DIFFERENSIALELEKTRON: KVANTETALL OG EKSEMPLER - KJEMI - 2026

Den differensial eller differensiere elektron er den siste elektron plassert i sekvensen av elektronkonfigurasjonen av et atom. Hva heter den? For å svare på dette spørsmålet er grunnstrukturen til et atom nødvendig: kjernen, vakuumet og elektronene.

Kjernen er et tett og kompakt aggregat av positive partikler som kalles protoner, og av nøytrale partikler som kalles nøytroner. Protoner definerer atomnummeret Z, og utgjør sammen med nøytroner atommassen. Imidlertid kan et atom ikke bare bære positive ladninger; derfor går elektronene i bane rundt kjernen for å nøytralisere den.

Dermed blir et nytt elektron for hvert proton som blir med i kjernen sammen med orbitalene sine for å motvirke den økende positive ladningen. På denne måten er det nylig tilførte elektronet, differensialelektronet, nært beslektet med atomnummeret Z.

Differensialelektronet er i det ytterste elektroniske skallet: valensskallet. Derfor, jo lenger borte du er fra kjernen, jo større er energien knyttet til den. Det er denne energien som er ansvarlig for deres deltakelse, så vel som for resten av valenselektronene, i de karakteristiske kjemiske reaksjonene til elementene.

Kvantetall

I likhet med resten av elektronene kan differensialelektronet identifiseres med dets fire kvantetall. Men hva er kvantetall? De er "n", "l", "m" og "s".

Kvantetallet "n" angir atomets størrelse og energinivåene (K, L, M, N, O, P, Q). «L» er det sekundære eller azimutale kvantetallet, som indikerer formen til de atomiske orbitalene, og tar verdier 0, 1, 2 og 3 for orbitalene «s», «p», «d» og «f» henholdsvis.

"M" er det magnetiske kvantetallet og indikerer den romlige orienteringen av orbitalene under et magnetfelt. Dermed 0 for orbitale «s»; -1, 0, +1, for "p" -banen; -2, -1, 0, +1, +2, for "d" -banen; og -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, for "f" -banen. Til slutt spin-kvantetallet «s» (+1/2 for ↑, og -1/2 for ↓).

Derfor har et differensialelektron tilknyttet de forrige kvantetallene ("n", "l", "m", "s"). Fordi det motvirker den nye positive ladningen som genereres av det ekstra protonet, gir det også elementets atomnummer Z.

Hvordan kjenne differensialelektronet?

Bildet over representerer elektronkonfigurasjonene for elementer fra hydrogen til neongass (H → Ne).

I dette er elektronene fra de åpne skjellene indikert med fargen rød, mens de av de lukkede skjellene er indikert med fargen blå. Lagene refererer til kvantetallet "n", det første av de fire.

På denne måten tilfører valenskonfigurasjonen til H (↑ i rødt) en annen elektron med motsatt retning for å bli den til He (↓ ↑, begge blå fordi nå nivå 1 er lukket). Dette tilførte elektronet er da differensialelektronet.

Grafisk kan det således sees hvordan differensialelektronet tilfører valensskallet (røde piler) til elementene, og skiller dem fra hverandre. Elektronene fyller orbitalene som respekterer Hunds regel og Paulings eksklusjonsprinsipp (perfekt observert fra B til Ne).

Og hva med kvantetall? Disse definerer hver pil - det vil si hvert elektron - og deres verdier kan bekreftes med elektronkonfigurasjonen for å vite om de er differensialelektronets eller ikke.

Eksempler i flere elementer

klor

Når det gjelder klor (Cl) er atomnummeret Z lik 17. Elektronkonfigurasjonen er da 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁵ . Orbitalene markert med rødt tilsvarer de for valensskallet, som har et åpent nivå 3.

Differensialelektronet er det siste elektronet som blir plassert i elektronkonfigurasjonen, og kloratom er det til 3p-bane, hvis arrangement er som følger:

↑ ↓

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

Ved å respektere Hunds regel blir 3p-orbitaler med lik energi først fylt (en pil opp i hver bane). For det andre er de andre elektronene sammenkoblet med ensomme elektronene fra venstre mot høyre. Differensialelektronet er representert i en grønn ramme.

Dermed har differensialelektronet for klor følgende kvantetall: (3, 1, 0, -1/2). Det vil si at "n" er 3; "L" er 1, bane "p"; "M" er 0, fordi det er den midterste "p" -banen; og "s" er -1/2, siden pilen peker nedover.

magnesium

Elektronkonfigurasjonen for magnesiumatomet er 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² , som representerer orbitalen og dens valenselektron på samme måte:

↑ ↓

3s

0

Denne gangen har differensialelektronet kvantetallene 3, 0, 0, -1/2. Den eneste forskjellen i dette tilfellet med hensyn til klor er at kvantetallet «l» er 0 fordi elektronet opptar en orbital «s» (3'ene).

zirkonium

Elektronkonfigurasjonen for zirkoniumatomet (overgangsmetall) er 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ² . På samme måte som de foregående tilfellene, er representasjonen av orbitalene og valenselektronene som følger:

Dermed er kvantetallene for differensialelektronet merket med grønt: 4, 2, -1, +1/2. Siden elektronet okkuperer den andre "d" orbitalen, har den et kvantetall "m" lik -1. Fordi pilen peker oppover, tilsvarer spinntallet "s" +1/2.

Ukjent element

Differensielle elektronkvantetall for et ukjent element er 3, 2, +2, -1/2. Hva er atomnummeret Z for elementet? Når du vet Z kan du finne ut hva elementet er.

Denne gangen, siden "n" er lik 3, betyr det at elementet er i den tredje perioden av den periodiske tabellen, med "d" orbitaler som valensskallet ("l" lik 2). Derfor er orbitalene representert som i forrige eksempel:

↑ ↓

Kvantetallene "m" lik +2 og "s" lik -1/2, er nøkkelen til riktig lokalisering av differensialelektronet i den siste 3d-orbitalen.

Dermed har elementet som søkes full 3d ¹⁰ orbitaler , så vel som interne elektroniske skall. Avslutningsvis er elementet metallzink (Zn).

Imidlertid kan ikke kvantumstallene til differensialelektronet skille mellom sink og kobber, fordi det sistnevnte elementet også har fulle 3d orbitaler. Hvorfor? Fordi kobber er et metall som ikke er i samsvar med reglene for fylling av elektroner av kvanteårsaker.

referanser

1. Jim Branson. (2013). Hunds regler. Hentet 21. april 2018, fra: quantummechanics.ucsd.edu
2. Foredrag 27: Hunds regler. Hentet 21. april 2018, fra: ph.qmul.ac.uk
3. Purdue University. Kvantetall og elektronkonfigurasjoner. Hentet 21. april 2018, fra: chemed.chem.purdue.edu
4. Salvat Encyclopedia of Sciences. (1968). Física Salvat, SA de Ediciones Pamplona, ​​bind 12, Spania, side 314-322.
5. Walter J. Moore. (1963). Fysisk kjemi. I partikler og bølger. Fjerde utgave, Longmans.