Квантни бројеви диференцијалних електрона, како то знати и примјери

Тхе диференцијални електрон или диференцијатор је последњи електрон смештен у секвенци електронске конфигурације атома. Зашто се зове? Да би се одговорило на ово питање неопходна је основна структура атома: њеног језгра, вакуума и електрона.

Језгро је густ, компактан агрегат позитивних честица званих протони и неутралних честица које се називају неутрони. Протони дефинишу атомски број З и заједно са неутронима чине атомску масу. Међутим, атом не може носити само позитивне набоје; зато електрони круже око језгра да би га неутралисали. 

Дакле, за сваки протон који се додаје у нуклеус, нови електрон се уграђује у његове орбитале да би се супротставио повећању позитивног набоја. На овај начин, нови додани електрон, диференцијални електрон, је уско повезан са атомским бројем З.

Диференцијални електрон је у најизолованијем електронском слоју: валентни слој. Дакле, што сте даље од језгра, већа је енергија повезана с њом. Ова енергија је одговорна за њихово учешће, као и за остале валентне електроне, у хемијским реакцијама карактеристичним за елементе.

Индек

• 1 Квантни бројеви
• 2 Како знати диференцијални електрон?
• 3 Примери у неколико елемената
  • 3.1 Хлор
  • 3.2 ↑ ↑
  • 3.3 Магнезијум
  • 3.4 ↓
  • 3.5 Цирконијум
  • 3.6 Непознати елемент
  • 3.7 ↑
• 4 Референце

Куантум нумберс

Као и остали електрони, диференцијални електрон се може идентификовати са четири квантна броја. Али који су квантни бројеви? Они су "н", "л", "м" и "с".

Квантни број "н" означава величину атома и нивое енергије (К, Л, М, Н, О, П, К). "Л" је секундарни или азимутни квантни број, који означава облик атомских орбитала, и узима вредности 0, 1, 2 и 3 за орбитале "с", "п", "д" и "ф" , респективно.

"М" је магнетни квантни број и указује на просторну оријентацију орбитала под магнетним пољем. Дакле, 0 за "с" орбиталу; -1, 0, +1 за орбиталу "п"; -2, -1, 0, +1, +2, за орбиталну "д"; и -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 за орбиталу "ф". Коначно, квантни број спин "с" (+1/2 за ↑, и -1/2 за ↓).

Стога, диференцијални електрон има придружене претходне квантне бројеве ("н", "л", "м", "с"). Пошто супротставља нови позитивни набој генерисан додатним протоном, он такође обезбеђује атомски број З елемента.

Како знати диференцијални електрон?

У горњој слици приказане су електронске конфигурације елемената од водоника до неонског гаса (Х → Не).

При томе, електрони отворених слојева означени су црвеном бојом, док су затворени слојеви означени плавом бојом. Слојеви се односе на квантни број "н", први од четири.

На тај начин валентна конфигурација Х (цолор црвене боје) додаје још један електрон са супротном оријентацијом да постане онај Хе (↑ ↑, оба плава јер је сада ниво 1 затворен). Овај додани електрон је онда диференцијални електрон.

Дакле, графички се може уочити како се диференцијални електрон додаје валентном слоју (црвеним стрелицама) елемената, диференцирајући их један од другог. Електрони испуњавају орбитале поштујући правило Хунда и принцип искључења Паулинга (савршено посматрано од Б до Не).

А квантни бројеви? Они дефинишу сваку стрелицу - то јест, сваки електрон - и њихове вредности могу бити поткрепљене електронском конфигурацијом да би се знало да ли су или не диференцијални електрон.

Примери у неколико елемената

Хлор

За случај хлора (Цл) његов атомски број З једнак је 17. Електронска конфигурација је тада 1с²2с²сп⁶3с²3п⁵. Орбитале означене црвеном бојом одговарају онима валентног слоја, који представља ниво 3 отворен.

Диференцијални електрон је последњи електрон који се налази у електронској конфигурацији, а атом хлора је онај 3п орбитале, чија је диспозиција следећа:

↓  ↓  ↑ _

3пк 3пи 3пз

(-1) (0) (+1)

Поштујући Хундово правило, прво попуните 3п орбитале једнаке енергије (једна стрелица горе у свакој орбитали). Друго, други електрони се спајају са осамљеним електронима с лијева на десно. Диференцијални електрон је приказан у зеленом оквиру.

Дакле, диференцијални електрон за хлор има следеће квантне бројеве: (3, 1, 0, -1/2). То јест, "н" је 3; "Л" је 1, орбитална "п"; "М" је 0, јер је "п" орбитална средина; и "с" је -1/2, пошто стрелица показује доле.

Магнезијум

Електронска конфигурација за атом магнезијума је 1с²2с²сп⁶3с², на исти начин представља орбиталу и њен валентни електрон:

↓

3с

0

Овај пут диференцијални електрон има квантне бројеве 3, 0, 0, -1/2. Једина разлика у овом случају у односу на хлор је да је квантни број "л" 0 јер електрон заузима "с" орбиталу (3с).

Цирконијум

Електронска конфигурација за атом цирконијума (прелазни метал) је 1с²2с²сп⁶3с²3п⁶4с²3д¹⁰4п⁶5с²4д². На исти начин као и претходни случајеви, приказ валентних орбитала и електрона је следећи:

Дакле, квантни бројеви за диференцијални електрон означени зеленом бојом су: 4, 2, -1, +1/2. Овде, пошто електрон заузима другу орбиталну "д", он има квантни број "м" једнак -1. Такође, пошто је стрелица окренута нагоре, број спина "с" је једнак +1/2.

Ункновн елемент

Квантни бројеви диференцијалног електрона за непознати елемент су 3, 2, +2, -1/2. Који је атомски број З елемента? Знајући З, можете дешифровати шта је елемент.

Овај пут, пошто је "н" једнак 3, то значи да је елемент у трећем периоду периодне табеле, са "д" орбиталама као валентним слојем ("л" једнаким 2). Због тога су орбитале представљене као у претходном примеру:

↓ ↓ ↓ ↓ ↓

Квантни бројеви "м" једнаки +2, и "с" једнаки -1/2, су кључеви за исправно лоцирање диференцијалног електрона у последњој 3д орбитали.

Дакле, тражени елемент има 3д орбитале¹⁰ пун, као и његови интерни електронски слојеви. У закључку, елемент је метал цинк (Зн).

Међутим, квантни бројеви диференцијалног електрона не могу разликовати између цинка и бакра, јер он има и пуне 3д орбитале. Зашто? Будући да је бакар метал који не испуњава правила за пуњење електрона за квантне разлоге.

Референце

1. Јим Брансон (2013). Хундова правила Преузето 21. априла 2018. године, са адресе: куантуммецханицс.уцсд.еду
2. Предавање 27: Хундова правила. Преузето 21. априла 2018. године, са: пх.кмул.ац.ук
3. Пурдуе Университи. Куантум Нумберс анд Елецтрон Цонфигуратионс. Преузето 21. априла 2018. године, из: цхемед.цхем.пурдуе.еду
4. Салват Енцицлопедиа оф Сциенцес. (1968). Пхисицс Салват, С.А. оф Едиционес Памплона, вол. 12, Шпанија, стр. 314-322.
5. Валтер Ј. Мооре. (1963). Пхисицал Цхемистри Ин честице и таласи. Четврто издање, Лонгманс.