Numerele electronice cuantice cu electroni, cum să le cunoști și exemplele

electron diferențial sau diferențiator este ultimul electron plasat în secvența configurației electronice a unui atom. De ce este numele lui? Pentru a răspunde la această întrebare, structura de bază a unui atom este necesară: nucleul, vidul și electronii.

Nucleul este un agregat dens și compact de particule pozitive numite protoni și de particule neutre numite neutroni. Protonii definesc numărul atomic Z și, împreună cu neutronii, formează masa atomică. Cu toate acestea, un atom nu poate purta numai taxe pozitive; prin urmare, electronii orbitează în jurul nucleului pentru al neutraliza.

Astfel, pentru fiecare proton care este adăugat la nucleu, un nou electron este încorporat în orbitele acestuia pentru a contracara sarcina pozitivă crescătoare. În acest fel, noul electron adăugat, electronul diferențial, este strâns legat de numărul atomic Z.

Electronul diferențial se află în cel mai exterior strat electronic: stratul de valență. Prin urmare, cu cât sunteți mai departe de nucleu, cu atât este mai mare energia asociată cu ea. Această energie este responsabilă pentru participarea sa, precum și pentru restul electronilor de valență, în reacțiile chimice caracteristice elementelor.

index

• 1 Numere cuantice
• 2 Cum se cunoaște electronul diferențial?
• 3 Exemple în mai multe elemente
  • 3.1 Clor
  • 3.2 ↑↓  ↑↓  ↑_
  • 3.3 Magneziu
  • 3.4 ↑↓
  • 3,5 Zirconiu
  • 3.6 Element necunoscut
  • 3.7 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
• 4 Referințe

Numerele cuantice

Ca și restul electronilor, electronul diferențial poate fi identificat prin cele patru numere cuantice. Dar care sunt numerele cuantice? Ele sunt "n", "l", "m" și "s".

Numărul cuantic "n" denotă dimensiunea atomului și nivelurile de energie (K, L, M, N, O, P, Q). "L" este numărul cuantic secundar sau azimutal, care indică forma orbitalilor atomici și ia valorile 0, 1, 2 și 3 pentru orbitele "s", "p", "d" și "f" , respectiv.

"M" este numărul magnetic cuantic și indică orientarea spațială a orbitalilor sub un câmp magnetic. Astfel, 0 pentru orbitalul "s"; -1, 0, +1, pentru orbitalul "p"; -2, -1, 0, +1, +2, pentru orbitalul "d"; și -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, pentru orbitalul "f". În cele din urmă, numărul cuantic al rotației "s" (+1/2 pentru ↑ și -1/2 pentru ↓).

Prin urmare, un electron diferențial are numerele cuantice precedente asociate ("n", "l", "m", "s"). Deoarece contracarează noua sarcină pozitivă generată de protonul suplimentar, ea furnizează și numărul atomic Z al elementului.

Cum să cunoști electronul diferențial?

În imaginea superioară sunt reprezentate configurațiile electronice pentru elementele de la hidrogen la gaz neon (H → Ne).

În acest caz, electronii straturilor deschise sunt indicate cu culoarea roșie, iar cele ale straturilor închise sunt indicate cu culoarea albastră. Straturile se referă la numărul cuantic "n", primul din cele patru.

În acest fel, configurația de valență a lui H (↑ de culoare roșie) adaugă un alt electron cu orientare opusă pentru a deveni cel al lui He (↓ ↑, ambele albastre deoarece acum nivelul 1 este închis). Acest electron adăugat este apoi electronul diferențial.

Astfel, grafic se poate observa modul în care se adaugă electronul diferențial la stratul de valență (săgeți roșii) a elementelor, diferențiându-se una de cealaltă. Electronii umple orbitalele respectând regula lui Hund și principiul excluziunii lui Pauling (perfect observat de la B la Ne).

Și numerele cuantice? Acestea definesc fiecare săgeată - adică fiecare electron - și valorile lor pot fi coroborate cu configurația electronică pentru a ști dacă ele sunt sau nu cele ale electronului diferențial.

Exemple în mai multe elemente

clor

Pentru cazul clorului (Cl) numărul său atomic Z este egal cu 17. Configurația electronică este apoi 1s²2s²sp⁶3S²3p⁵. Orbalii marcate cu roșu corespund cu cele ale stratului de valență, care are nivelul 3 deschis.

Electronul diferențial este ultimul electron care este plasat în configurația electronică, iar atomul de clor este acela al orbitalului 3p, a cărui dispoziție este următoarea:

↑↓  ↑↓  ↑_

3px 3py 3pz

(-1)  (0)  (+1)

Respectând regula lui Hund, umpleți mai întâi orbitele 3p de energie egală (o săgeată în sus în fiecare orbitală). În al doilea rând, cealaltă pereche de electroni cu electronii solitari de la stânga la dreapta. Electronul diferențial este reprezentat într-un cadru verde.

Astfel, electronul diferențial pentru clor are următoarele numere cuantice: (3, 1, 0, -1/2).Aceasta este, "n" este de 3; "L" este 1, orbital "p"; "M" este 0, deoarece este "orbitalul" p al mediului; și "s" este -1/2, deoarece săgeata indică în jos.

magneziu

Configurația electronică pentru atomul de magneziu este de 1 s²2s²sp⁶3S², reprezentând electronul orbital și valența acestuia în același mod:

↑↓

3S

0

De data aceasta, electronul diferențial are numerele cuantice 3, 0, 0, -1/2. Singura diferență în acest caz în ceea ce privește clorul este că numărul cuantic "l" este 0, deoarece electronul ocupă un orbital "s" (3s).

zirconiu

Configurația electronică pentru atomul de zirconiu (metal de tranziție) este 1s²2s²sp⁶3S²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5S²4d². În același mod ca și în cazurile anterioare, reprezentarea orbitalilor de valență și a electronilor este după cum urmează:

Astfel, numerele cuantice pentru electronul diferențial marcat cu verde sunt: ​​4, 2, -1, +1/2. Aici, deoarece electronul ocupă al doilea orbital "d", are un număr cuantum "m" egal cu -1. De asemenea, deoarece săgeata indică în sus, numărul spinului său "s" este egal cu +1 / 2.

Element necunoscut

Numerele cuantice ale electronului diferențial pentru un element necunoscut sunt 3, 2, +2, -1/2. Care este numărul atomic Z al elementului? Cunoscând Z, puteți să descifrați ce este elementul.

De data aceasta, deoarece "n" este egal cu 3, înseamnă că elementul se află în cea de-a treia perioadă a tabelului periodic, cu orbitalul "d" ca strat de valență ("l" egal cu 2). Prin urmare, orbitele sunt reprezentate ca în exemplul anterior:

↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓

Numerele cuantice "m" egale cu +2 și "s" egale cu -1/2, sunt cheile pentru a localiza corect electronul diferențial în ultimul orbital 3d.

Astfel, elementul căutat are orbitalii 3d¹⁰ plin, la fel ca straturile sale electronice interne. În concluzie, elementul este metal zinc (Zn).

Cu toate acestea, numerele cuantice ale electronului diferențial nu pot discerne între zinc și cupru, deoarece acesta din urmă are și orbite 3D complete. De ce? Deoarece cuprul este un metal care nu respectă regulile de umplere a electronilor din motive cuantice.

referințe

1. Jim Branson (2013). Regulile lui Hund. Adus pe 21 aprilie 2018, de la: quantummechanics.ucsd.edu
2. Cursul 27: Regulile lui Hund. Adus pe 21 aprilie 2018, de la: ph.qmul.ac.uk
3. Universitatea Purdue. Numerele cuantice și configurațiile de electroni. Adus pe 21 aprilie 2018, de la: chemed.chem.purdue.edu
4. Salvat Enciclopedia Științelor. (1968). Physics Salvat, S.A. de Ediciones Pamplona, ​​volumul 12, Spania, pp. 314-322.
5. Walter J. Moore. (1963). Chimie fizică în particule și valuri. A patra ediție, Longmans.