Дифференциальные электронные квантовые числа, как их знать и примеры

дифференциальный электрон или дифференциатор - последний электрон, помещенный в последовательность электронной конфигурации атома. Почему его зовут? Чтобы ответить на этот вопрос, необходима основная структура атома: его ядро, вакуум и электроны..

Ядро представляет собой плотную компактную совокупность положительных частиц, называемых протонами, и нейтральных частиц, называемых нейтронами. Протоны определяют атомный номер Z и вместе с нейтронами составляют атомную массу. Однако атом не может нести только положительные заряды; вот почему электроны вращаются вокруг ядра, чтобы нейтрализовать его. 

Таким образом, для каждого протона, который добавляется к ядру, новый электрон включается в его орбитали, чтобы противодействовать возрастающему положительному заряду. Таким образом, новый добавленный электрон, дифференциальный электрон, тесно связан с атомным номером Z.

Дифференциальный электрон находится в самом внешнем электронном слое: валентном слое. Следовательно, чем дальше вы находитесь от ядра, тем больше энергии связано с ним. Эта энергия ответственна за их участие, как и остальные валентные электроны, в химических реакциях, характерных для элементов..

индекс

• 1 Квантовые числа
• 2 Как узнать дифференциальный электрон?
• 3 примера в нескольких элементах
  • 3.1 Хлор
  • 3.2 ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ _
  • 3.3 Магний
  • 3.4 ↑ ↓
  • 3.5 Цирконий
  • 3.6 Неизвестный элемент
  • 3.7 ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓
• 4 Ссылки

Квантовые числа

Как и остальные электроны, дифференциальный электрон может быть идентифицирован по его четырем квантовым числам. Но каковы квантовые числа? Это "n", "l", "m" и "s".

Квантовое число «n» обозначает размер атома и уровни энергии (K, L, M, N, O, P, Q). «L» - это вторичное или азимутальное квантовое число, которое указывает форму атомных орбиталей и принимает значения 0, 1, 2 и 3 для орбиталей «s», «p», «d» и «f» соответственно.

«М» является магнитным квантовым числом и указывает пространственную ориентацию орбиталей под магнитным полем. Таким образом, 0 для орбиты "s"; -1, 0, +1, для орбиты "p"; -2, -1, 0, +1, +2, для орбиты "d"; и -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, для орбиты "f". Наконец, квантовое число спина "s" (+1/2 для ↑ и -1/2 для ↓).

Следовательно, дифференциальный электрон имеет соответствующие предыдущие квантовые числа («n», «l», «m», «s»). Поскольку он противодействует новому положительному заряду, генерируемому дополнительным протоном, он также обеспечивает атомный номер Z элемента.

Как узнать дифференциальный электрон?

На верхнем рисунке представлены электронные конфигурации элементов от водорода до неона (H → Ne).

При этом электроны открытых слоев обозначены красным цветом, а электроны закрытых слоев - синим цветом. Слои относятся к квантовому числу «n», первому из четырех.

Таким образом, валентная конфигурация H (red красного цвета) добавляет еще один электрон с противоположной ориентацией, чтобы стать таковой для He (↓ ↑, оба синего цвета, потому что теперь уровень 1 закрыт). Этот добавленный электрон является тогда дифференциальным электроном.

Таким образом, графически можно наблюдать, как дифференциальный электрон добавляется в валентный слой (красные стрелки) элементов, дифференцируя их друг от друга. Электроны заполняют орбитали, соблюдая правило Хунда и принцип исключения Полинга (отлично наблюдаемый от B до Ne).

А как насчет квантовых чисел? Они определяют каждую стрелку, то есть каждый электрон, и их значения могут быть подтверждены электронной конфигурацией, чтобы узнать, являются ли они дифференциальным электроном..

Примеры в нескольких элементах

хлор

В случае хлора (Cl) его атомный номер Z равен 17. Электронная конфигурация равна 1 с.²2s²зр⁶3S²3p⁵. Орбитали, отмеченные красным цветом, соответствуют орбитали валентного слоя, который представляет открытый уровень 3.

Дифференциальный электрон - это последний электрон, который помещен в электронную конфигурацию, а атом хлора - это атом 3p-орбитали, расположение которого следующее:

↓ ↓  ↓ ↓  ↑ _

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

Уважая правило Хунда, сначала заполните 3p орбитали равной энергии (одна стрелка вверх на каждой орбите). Во-вторых, другие электроны соединяются с уединенных электронами слева направо. Дифференциальный электрон представлен в зеленой рамке.

Таким образом, дифференциальный электрон для хлора имеет следующие квантовые числа: (3, 1, 0, -1/2). То есть «n» равно 3; «L» равно 1, орбитальный «р»; «М» равно 0, потому что это «р» орбиталь среды; и "s" равно -1/2, так как стрелка указывает вниз.

магний

Электронная конфигурация для атома магния 1с²2s²зр⁶3S², одинаковое представление орбитали и ее валентного электрона:

↓ ↓

3S

0

На этот раз дифференциальный электрон имеет квантовые числа 3, 0, 0, -1/2. Единственное отличие в этом случае по отношению к хлору состоит в том, что квантовое число «l» равно 0, поскольку электрон занимает орбиталь «s» (3s)..

цирконий

Электронная конфигурация для атома циркония (переходного металла) равна 1 с²2s²зр⁶3S²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5S²4d². Как и в предыдущих случаях, представление валентных орбиталей и электронов выглядит следующим образом:

Таким образом, квантовые числа для дифференциального электрона, отмеченного зеленым цветом: 4, 2, -1, +1/2. Здесь, поскольку электрон занимает вторую орбиту "d", он имеет квантовое число "m", равное -1. Кроме того, поскольку стрелка направлена ​​вверх, ее число вращения "s" равно +1/2..

Неизвестный элемент

Квантовые числа дифференциального электрона для неизвестного элемента составляют 3, 2, +2, -1/2. Что такое атомный номер Z элемента? Зная Z, вы можете расшифровать, что является элементом.

На этот раз, поскольку «n» равно 3, это означает, что элемент находится в третьем периоде периодической таблицы, а орбитали «d» являются валентным слоем («l» равно 2). Следовательно, орбитали представлены как в предыдущем примере:

↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓

Квантовые числа "m", равные +2, и "s", равные -1/2, являются ключами для правильного определения местоположения дифференциального электрона на последней 3d орбите..

Таким образом, искомый элемент имеет 3d-орбитали¹⁰ полный, как и его внутренние электронные слои. В заключение, элемент является металлическим цинком (Zn).

Однако квантовые числа дифференциального электрона не могут различить цинк и медь, поскольку последний также имеет полные 3d-орбитали. Почему? Потому что медь - это металл, который по квантовым причинам не соответствует правилам заполнения электронов.

ссылки

1. Джим Брэнсон (2013). Правила Хунда Получено 21 апреля 2018 г. из: Quantmechanics.ucsd.edu.
2. Лекция 27: правила Хунда. Получено 21 апреля 2018 г. по адресу: ph.qmul.ac.uk
3. Университет Пердью. Квантовые числа и электронные конфигурации. Получено 21 апреля 2018 г. из: chemed.chem.purdue.edu
4. Сальватская энциклопедия наук. (1968). Физика Сальват, С.А. Ediciones Pamplona, ​​том 12, Испания, с. 314-322.
5. Уолтер Дж. Мур. (1963). Физическая химия в частицы и волны. Четвертое издание, Лонгманс.