DIFFERENTIAALIELEKTRONI: KVANTILUVUT JA ESIMERKIT - KEMIA - 2026

Ero tai erottaa elektroni on viimeinen elektronin sijoitettu sekvenssi elektronikonfiguraatio atomin. Mikä sen nimi on? Tähän kysymykseen vastaamiseksi tarvitaan atomin perusrakenne: sen ydin, tyhjiö ja elektronit.

Ydin on tiheä ja kompakti yhdistelmä positiivisia hiukkasia, joita kutsutaan protoneiksi, ja neutraaleja hiukkasia, joita kutsutaan neutroneiksi. Protonit määrittelevät atominumeron Z ja muodostavat yhdessä neutronien kanssa atomimassan. Atomissa ei kuitenkaan voi olla vain positiivisia varauksia; sen vuoksi elektronit kiertävät ytimen ympärillä sen neutraloimiseksi.

Siten jokaiselle ytimeen liittyvälle protonille uusi elektroni liittyy sen kiertoradalle vastatakseen kasvavaan positiiviseen varaukseen. Tällä tavalla äskettäin lisätty elektroni, differentiaalielektroni, on läheisesti sukua atominumeroon Z.

Differentiaalielektroni on uloimmassa elektronisessa kuoressa: valenssikuori. Siksi mitä kauemmas olet ytimestä, sitä suurempi energia siihen liittyy. Juuri tämä energia on vastuussa heidän sekä muiden valenssielektronien osallistumisesta elementtien ominaisiin kemiallisiin reaktioihin.

Kvanttiluvut

Kuten muutkin elektronit, differentiaalielektroni voidaan tunnistaa sen neljällä kvantinumerolla. Mutta mitä ovat kvanttiluvut? Ne ovat "n", "l", "m" ja "s".

Kvanttinumero "n" tarkoittaa atomin kokoa ja energiatasoja (K, L, M, N, O, P, Q). «L» on sekundaarinen tai atsimuutti kvantiluku, joka ilmaisee atomiorbitaalien muodon ja saa arvot 0, 1, 2 ja 3 kiertoradalle «s», «p», «d» ja «f» vastaavasti.

"M" on magneettinen kvanttinumero ja ilmaisee kiertoratojen spatiaalisen suunnan magneettikentän alla. Siten 0 kiertoradalla "s"; -1, 0, +1 "p" -orbitaalille; -2, -1, 0, +1, +2 "d" -orbitaalille; ja -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, "f" -orbitalille. Lopuksi spin-kvanttiluku «s» (+1/2 for: lle ja -1/2 ↓: lle).

Siksi differentiaalielektroni on liittänyt aikaisemmat kvantiluvut ("n", "l", "m", "s"). Koska se estää ylimääräisen protonin tuottaman uuden positiivisen varauksen, se tarjoaa myös elementin atominumeron Z.

Kuinka tietää differentiaalielektroni?

Yllä oleva kuva edustaa vetystä neonkaasuun (H → Ne) kuuluvien elementtien elektronikonfiguraatioita.

Tässä avoimien kuorien elektronit on merkitty punaisella, kun taas suljettujen kuorien elektronit on merkitty sinisellä. Kerrokset viittaavat kvanttilukuun "n", joka on ensimmäinen neljästä.

Tällä tavoin H: n (configuration punaisella) valenssikonfiguraatio lisää toisen elektronin, jolla on vastakkainen suunta, tulla He: n (↓ ↑, molemmat siniset, koska nyt taso 1 on suljettu). Tämä lisätty elektroni on sitten differentiaalielektroni.

Siten graafisesti voidaan nähdä, kuinka differentiaalielektroni lisää elementtien valenssikuoreen (punaiset nuolet), erottaen ne toisistaan. Elektronit täyttävät kiertoradat kunnioittaen Hundin sääntöä ja Paulingin poissulkemisperiaatetta (tarkkailtu täydellisesti B: stä Ne: iin).

Entä kvanttiluvut? Ne määrittelevät jokaisen nuolen - toisin sanoen jokaisen elektronin - ja niiden arvot voidaan vahvistaa elektronikonfiguraation avulla tietääkseen, ovatko ne differentiaalielektronin arvoja.

Esimerkkejä useista elementeistä

Kloori

Kloorin (Cl) tapauksessa sen atominumero Z on yhtä suuri kuin 17. Elektronikonfiguraatio on tällöin 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁵. Punaisella merkityt kiertoradat vastaavat valenssikuoren, jolla on avoin taso 3, kiertoratoja.

Differentiaalielektroni on viimeinen elektroni, joka on asetettu elektronikonfiguraatioon, ja klooriatomi on 3p-kiertoradan oma, jonka järjestely on seuraava:

↑ ↓

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

Hundin sääntöä noudattaen, 3p: n samanarvoiset kiertoradat täytetään ensin (nuoli ylöspäin jokaisessa kiertoradalla). Toiseksi, muut elektronit parittuvat yksinäisten elektronien kanssa vasemmalta oikealle. Differentiaalielektroni on esitetty vihreässä kehyksessä.

Siksi kloorin differentiaalielektronilla on seuraavat kvanttiluvut: (3, 1, 0, -1/2). Eli "n" on 3; "L" on 1, kiertorata "p"; "M" on 0, koska se on keskimmäinen "p" kiertorata; ja "s" on -1/2, koska nuoli osoittaa alas.

Magnesium

Magnesiumatomin elektronikonfiguraatio on 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ², joka edustaa kiertorata- ja sen valenssielektronia samalla tavalla:

↑ ↓

3s

0

Tällä kertaa differentiaalielektronilla on kvantinumero 3, 0, 0, -1/2. Ainoa ero tässä suhteessa klooriin on, että kvantiluku «l» on 0, koska elektroni vie kiertoradan «s» (3s).

zirkonium

Sirkonium (siirtymämetallia) atomin elektronikonfiguraatio on 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ². Samoin kuin aikaisemmissa tapauksissa, orbitaalien ja valenssielektronien esitys on seuraava:

Siten vihreällä merkityn differentiaalielektronin kvantiluvut ovat: 4, 2, -1, +1/2. Koska elektroni miehittää toisen "d" -radan, sen kvanttiluku "m" on -1. Koska nuoli osoittaa ylöspäin, sen spin-luku "s" on myös +1/2.

Tuntematon elementti

Erottelemattomien elementtien elektronien kvanttiluvut ovat 3, 2, +2, -1/2. Mikä on elementin atominumero Z? Tietäen Z: n voit selvittää mikä elementti on.

Tällä kertaa, koska "n" on yhtä suuri kuin 3, se tarkoittaa, että elementti on jaksotaulukon kolmannessa jaksossa, jolloin valenssikuorena on "d" -orbitaalit ("l" on 2). Siksi kiertoradat esitetään kuten edellisessä esimerkissä:

↑ ↓

Kvanttiluvut "m", jotka ovat yhtä kuin +2, ja "s", jotka ovat yhtä kuin -1 / 2, ovat avain differentiaalielektronin oikean paikantamiseksi viimeisessä 3d-kiertoradassa.

Siten etsittävällä elementillä on täydet 3d ¹⁰ kiertorataa, samoin kuin sen sisäisillä elektronisilla kuorilla. Yhteenvetona voidaan todeta, että elementti on metallisinkki (Zn).

Eroelektronin kvanttiluvuilla ei kuitenkaan voida erottaa sinkkiä ja kuparia, koska jälkimmäisellä elementillä on myös täydet 3D-orbitaalit. Miksi? Koska kupari on metalli, joka ei kvantisyistä täytä elektronien täyttämistä koskevia sääntöjä.

Viitteet

1. Jim Branson. (2013). Hundin säännöt. Haettu 21. huhtikuuta 2018, osoitteesta: quantummechanics.ucsd.edu
2. Luento 27: Hundin säännöt. Haettu 21. huhtikuuta 2018, osoitteesta: ph.qmul.ac.uk
3. Purduen yliopisto. Kvantinumerot ja elektronien kokoonpanot. Haettu 21. huhtikuuta 2018, osoitteesta: chemed.chem.purdue.edu
4. Salvatin tietosanakirja. (1968). Física Salvat, SA de Ediciones Pamplona, ​​osa 12, Espanja, sivut 314-322.
5. Walter J. Moore. (1963). Fysikaalinen kemia. Hiukkasina ja aalloina. Neljäs painos, Longmans.