Differentiellt elektronkvantum, hur man vet det och exempel



den differentialelektron eller differentiator är den sista elektronen placerad i sekvensen av en atoms elektroniska konfiguration. Varför heter han? För att svara på denna fråga är den grundläggande strukturen hos en atom nödvändig: dess kärna, vakuum och elektroner.

Kärnan är ett tätt, kompakt aggregat av positiva partiklar som kallas protoner, och av neutrala partiklar kallas neutroner. Protonerna definierar atomnummeret Z och utgör tillsammans med neutronerna atommassan. En atom kan dock inte bära endast positiva laddningar. det är därför elektronerna cirklar runt kärnan för att neutralisera det. 

För varje proton som läggs till kärnan införlivas således en ny elektron i sina orbitaler för att motverka den ökande positiva laddningen. På detta sätt är den nya tillförda elektronen, differentialelektronen, nära besläktad med atomnummeret Z.

Differenselektronen ligger i det mest externa elektroniska skiktet: valensskiktet. Därför är ju längre bort du är från kärnan, desto större är energin i samband med den. Denna energi är ansvarig för deras deltagande, liksom resten av valenselektronerna, i de kemiska reaktionerna som är karakteristiska för elementen.

index

  • 1 Kvantum
  • 2 Hur man känner till differentialelektronen?
  • 3 Exempel i flera delar
    • 3,1 klor
    • 3.2 ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ _
    • 3,3 magnesium
    • 3,4 ↑ ↓
    • 3,5 zirkonium
    • 3,6 okänd element
    • 3,7 ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓
  • 4 referenser

Kvantum

Liksom resten av elektronerna kan differentialelektronen identifieras med sina fyra kvantnummer. Men vad är kvantnummer? De är "n", "l", "m" och "s".

Kvantnumret "n" betecknar atomens storlek och energinivåerna (K, L, M, N, O, P, Q). "L" är den sekundära kvantnummer eller azimutal, som anger formen på atomorbitaler, och tar värden av 0, 1, 2 och 3 för orbital "s", "p", "d" och "f" , respektive.

"M" är magnetkvantumtalet och indikerar orbitalernas rymdorientering under ett magnetfält. Således 0 för "s" orbitalen; -1, 0, +1, för "p" -banan; -2, -1, 0, +1, +2, för orbitalen "d"; och -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, för "f" -kretsen. Slutligen är kvanttalet för spin "s" (+1/2 för ↑ och -1/2 för ↓).

Därför har en differentialelektron de associerade tidigare kvantnumren ("n", "l", "m", "s"). Eftersom den motverkar den nya positiva laddningen som genereras av den extra protonen, ger den också elementets atomnummer Z.

Hur man känner till differentialelektronen?

I den övre bilden representeras de elektroniska konfigurationerna för elementen från väte till neongas (H → Ne).

I detta indikeras elektronerna hos de öppna skikten med den röda färgen, medan de av de slutna skikten är indikerade med den blå färgen. Skikten refererar till kvantnumret "n", den första av de fyra.

Sålunda, konfigurationen valensen H (↑ röd) lägger till en annan elektron med motsatt orientering för att bli den I (↓ ↑, både blått eftersom nivå 1 är nu stängd). Denna tillsatta elektron är då differentialelektronen.

Således kan man observera grafiskt hur differentialelektronen läggs till elementets valensskikt (röda pilar), som skiljer dem från varandra. Elektronerna fyller orbitalerna med respekt för Hundens regel och Principen om uteslutning av Pauling (helt observerad från B till Ne).

Och vad sägs om kvantnummer? Dessa definierar varje pil - det vill säga varje elektron - och deras värden kan bekräftas med den elektroniska konfigurationen för att veta huruvida de är differentialelektronen.

Exempel i flera delar

klor

I fallet med klor (Cl) är dess atomnummer Z lika med 17. Den elektroniska konfigurationen är då 1s22s2sp63S23p5. Orbitalerna markerade i rött motsvarar de i valensskiktet, vilket ger nivå 3 öppen.

Differenselektronen är den sista elektronen som placeras i den elektroniska konfigurationen, och kloratom är den hos 3p-banan, vars disposition är följande:

↑ ↓  ↑ ↓  ↑ _

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

Respektera Hunds regel, fyller först 3p-orbitalerna av lika energi (en pil upp i varje omlopp). För det andra parar de andra elektronerna med de ensamma elektronerna från vänster till höger. Differenselektronen representeras i en grön ram.

Således har differentialelektronen för klor följande kvantantal: (3, 1, 0, -1/2). Det vill säga "n" är 3; "L" är 1, orbital "p"; "M" är 0, eftersom det är "p" -omgången i mediet; och "s" är -1/2, eftersom pilen pekar ner.

magnesium

Den elektroniska konfigurationen för magnesiumatomen är 1s22s2sp63S2, representerar orbitalen och dess valenselektron på samma sätt:

↑ ↓

3S

0

Denna tidsskillnad har elektron kvanttal 3, 0, 0, -1 / 2. Den enda skillnaden i detta fall med avseende på klor är kvantnummer "l" är 0 eftersom elektronen upptar en orbital "s" (3s).

zirkonium

Den elektroniska konfigurationen för zirkoniumatomen (övergångsmetall) är 1s22s2sp63S23p64s23d104p65S24d2. På samma sätt som tidigare fall är representationen av valensorbitalerna och elektronerna följande:

Således är kvanttal för differentialelektronen markerade i grön: 4, 2, -1, +1/2. Här, eftersom elektronen upptar den andra orbitalen "d", har den ett kvantnummer "m" lika med -1. Dessutom, eftersom pilen pekar upp, är dess rotationsnummer "s" lika med +1/2.

Okänt element

Kvantantalet för differentialelektronen för ett okänt element är 3, 2, +2, -1/2. Vad är elementets atomnummer Z? Att veta Z kan du dechiffrera vad som är elementet.

Denna tid, eftersom "n" är lika med 3, innebär att elementet är i den tredje perioden i det periodiska systemet, med orbital "d", allteftersom valensen skikt (lika med 2 "l"). Därför representeras orbitalerna som i föregående exempel:

↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

Den kvantnummer "m" är lika med 2, och "s" är lika med -1/2, är nyckeln till att korrekt lokalisera den differentiella elektronen i 3d orbital sista.

Således har elementet som söks har 3d orbitalerna10 full, precis som dess interna elektroniska lager. Sammanfattningsvis är elementet zinkmetall (Zn).

Differentelektronens kvanttal kan dock inte skilja mellan zink och koppar, eftersom sistnämnda också har fulla 3d-orbitaler. Varför? Eftersom koppar är en metall som inte överensstämmer med reglerna för fyllning av elektroner av kvantumskäl.

referenser

  1. Jim Branson (2013). Hundens Regler Hämtat den 21 april 2018, från: quantummechanics.ucsd.edu
  2. Föreläsning 27: Hundens regler. Hämtad den 21 april 2018, från: ph.qmul.ac.uk
  3. Purdue University. Kvantumtal och elektronkonfigurationer. Hämtat den 21 april 2018, från: chemed.chem.purdue.edu
  4. Salvat Encyclopedia of Sciences. (1968). Fysik Salvat, S.A. av Ediciones Pamplona, ​​volym 12, Spanien, sid. 314-322.
  5. Walter J. Moore. (1963). Fysisk kemi i partiklar och vågor. Fjärde upplagan, Longmans.