DIFFERENCIÁL ELEKTRON: KVANTUMSZÁMOK ÉS PÉLDÁK - KÉMIA - 2026

A differenciáló vagy differenciáló elektron az utolsó elektron, amely az atom elektronkonfigurációjának sorrendjében helyezkedik el. Mi a neve? E kérdés megválaszolásához szükséges egy atom alapszerkezete: atommagja, vákuuma és elektronjai.

A mag egy protonnak nevezett pozitív részecskék és neutronnak nevezett semleges részecskék sűrű és kompakt aggregátuma. A protonok meghatározzák a Z atomszámot, és a neutronokkal együtt képezik az atomtömegét. Az atom azonban nem képes csak pozitív töltéseket viselni; ezért az elektronok keringnek a mag körül, hogy semlegesítsék.

Így minden egyes protonhoz, amely csatlakozik a maghoz, egy új elektron csatlakozik pályájához, hogy ellensúlyozza a növekvő pozitív töltést. Ily módon az újonnan hozzáadott elektron, a differenciál-elektron szorosan kapcsolódik a Z atomszámhoz.

A differenciál-elektron a legkülső elektronikus héjában található: a valenciahéjban. Ezért minél távolabb helyezkedsz el a atommagtól, annál nagyobb az energiája ahhoz társítva. Ez az energia felelős részvételükért, csakúgy, mint a valenciaelektronok többi részének az elemek jellegzetes kémiai reakcióiban.

Kvantumszámok

A többi elektronhoz hasonlóan a differenciál-elektron azonosítható négy kvantumszáma alapján. De mi a kvantumszám? Ezek "n", "l", "m" és "s".

Az "n" kvantumszám az atom méretét és az energiaszinteket (K, L, M, N, O, P, Q) jelöli. «L» a szekunder vagy azimutális kvantumszám, amely jelzi az atompályák alakját, és 0, 1, 2 és 3 értéket vesz fel az «s», «p», «d» és «f» körüli pályákon., ill.

"M" a mágneses kvantumszám, és jelzi a pályák térbeli tájolását mágneses mező alatt. Tehát 0 az orbitális «s» számára; -1, 0, +1 a "p" pályára; -2, -1, 0, +1, +2, a "d" pályára; és -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 az "f" pályára. Végül a «s» spin kvantumszám (+1/2 ↑ esetén és -1/2 ↓ esetén).

Ezért egy differenciális elektron társította az előző kvantumszámokat ("n", "l", "m", "s"). Mivel ellensúlyozza az extra proton által generált új pozitív töltést, biztosítja az elem Z-atomszámát is.

Hogyan lehet megismerni a differenciál elektronot?

A fenti ábra a hidrogéntől a neongázzal (H → Ne) rendelkező elemek elektronkonfigurációját ábrázolja.

Ebben a nyitott héj elektronjait a vörös szín jelzi, míg a zárt héj elektronjait kék szín jelzi. A rétegek az "n" kvantumszámra utalnak, amely a négy közül az első.

Ily módon a H (red vörös) valencia-konfigurációja hozzáad egy másik, ellentétes irányú elektronot He-hez (↓ ↑, mindkettő kék, mert most az 1. szint le van zárva). Ez a hozzáadott elektron ezután a differenciál elektron.

Így grafikusan megfigyelhető, hogy a differenciál-elektron hogyan növeli az elemek valenciahéját (piros nyilak), megkülönböztetve őket egymástól. Az elektronok kitöltik az orbitákat, tiszteletben tartva Hund szabályát és Pauling kizárási elvét (tökéletesen megfigyelve B-től Ne-ig).

És mi van a kvantumszámokkal? Ezek meghatározzák az egyes nyilakat - azaz az egyes elektronokat - és értéküket megerősíthetjük az elektron konfigurációval, hogy megtudjuk, vannak-e a differenciál elektron értékei.

Példák több elemre

Klór

Klór (Cl) esetében Z atomszáma egyenlő 17. Az elektronkonfiguráció ekkor 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁵. A vörös színű pályák megegyeznek a valenciahéjéval, amelynek nyitott szintje 3.

A differenciál-elektron az utolsó elektron, amelyet az elektronkonfigurációba helyeznek, a klóratom pedig a 3p-es orbitalé, amelynek elrendezése a következő:

↑ ↓

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

Hund szabályának tiszteletben tartásával az egyenlő energia 3p-os pályáit először megtöltik (felfelé mutató nyíl mindegyik pályán). Másodszor, a többi elektron balról jobbra párosul a magányos elektronokkal. A differenciál elektron egy zöld keretben van ábrázolva.

Így a klór differenciál elektronja a következő kvantumszámmal rendelkezik (3, 1, 0, -1/2). Vagyis "n" értéke 3; "L" jelentése 1, "p" keringő; "M" 0, mert ez a középső "p" pálya; és "s" értéke -1/2, mivel a nyíl lefelé mutat.

Magnézium

A magnézium atom elektronkonfigurációja 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ², amely ugyanúgy képviseli az orbitális és valencia elektronát:

↑ ↓

3s

0

Ezúttal a differenciál-elektron kvantumszáma 3, 0, 0, -1/2. Ebben az esetben a klór vonatkozásában az egyetlen különbség, hogy az «l» kvantumszám 0, mert az elektron az orbitális «s« -t (3s) foglalja el.

Cirkónium

A cirkónium (átmeneti fém) atom elektronkonfigurációja 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ². Az előző esetekhez hasonlóan az orbitális és a valencia elektronok ábrázolása a következő:

Így a zöldvel jelölt differenciál elektron kvantumszáma: 4, 2, -1, +1/2. Mivel az elektron a második "d" pályát foglalja el, az "m" kvantumszáma -1-nek felel meg. Továbbá, mivel a nyíl felfelé mutat, a spin száma "s" egyenlő +1/2-vel.

Ismeretlen elem

Az ismeretlen elem differenciál elektron kvantumszáma 3, 2, +2, -1/2. Mi az elem Z atomszáma? A Z ismeretével kitalálhatja, mi az elem.

Ezúttal, mivel az "n" értéke 3, ez azt jelenti, hogy az elem a periódusos rendszer harmadik szakaszában van, "d" keringési pontokkal, mint valenciahéjjal ("l" egyenlő 2-vel). Ezért az orbitálisok ábrázolva vannak, mint az előző példában:

↑ ↓

A "m" +2-vel és az "s" -val egyenlõ -1: 2 kvantumszáma kulcsfontosságú a differenciál-elektron helyes elhelyezéséhez az utolsó 3d pályán.

Így a keresett elem teljes 3d ¹⁰ keringővel rendelkezik, valamint a belső elektronikus héjával. Összefoglalva, az elem a fém-cink (Zn).

A differenciál-elektron kvantumszáma azonban nem képes megkülönböztetni a cinket és a rézet, mivel ez utóbbi elemnek teljes 3D-es pályája van. Miért? Mivel a réz olyan fém, amely kvantum okokból nem felel meg az elektronok kitöltésére vonatkozó szabályoknak.

Irodalom

1. Jim Branson. (2013). Hund szabályai. Visszakeresve: 2018. április 21-én, a következő helyről: quantummechanics.ucsd.edu
2. 27. előadás: Hund szabályai. Visszakeresve: 2018. április 21-én, a következő helyről: ph.qmul.ac.uk
3. Purdue Egyetem. Kvantumszámok és elektronkonfigurációk. Visszakeresve: 2018. április 21-én, a következő címen: chemed.chem.purdue.edu
4. Salvat Encyclopedia of Sciences. (1968). Física Salvat, SA de Ediciones Pamplona, ​​12. kötet, Spanyolország, 314-322. Oldal.
5. Walter J. Moore. (1963). Fizikai kémia. Részecskékben és hullámokban. Negyedik kiadás, Longmans.