Differentiële elektron-quantumnummers, hoe te weten en voorbeelden

de differentieel elektron of differentiator is het laatste elektron geplaatst in de volgorde van de elektronische configuratie van een atoom. Waarom is zijn naam? Om deze vraag te beantwoorden is de basisstructuur van een atoom noodzakelijk: de kern, vacuüm en elektronen.

De kern is een dicht, compact aggregaat van positieve deeltjes, protonen genaamd, en neutrale deeltjes die neutronen worden genoemd. De protonen definiëren het atoomnummer Z en vormen samen met de neutronen de atomaire massa. Een atoom kan echter niet alleen positieve ladingen dragen; daarom cirkelen de elektronen rond de kern om het te neutraliseren. 

Dus, voor elk proton dat aan de kern wordt toegevoegd, wordt een nieuw elektron in zijn orbitalen opgenomen om de toenemende positieve lading te neutraliseren. Op deze manier is het nieuwe toegevoegde elektron, het differentiële elektron, nauw verwant aan het atoomnummer Z.

Het differentiële elektron bevindt zich in de meest externe elektronische laag: de valentie-laag. Hoe verder je uit de kern komt, hoe groter de energie die daarmee samenhangt. Deze energie is verantwoordelijk voor hun deelname, evenals de rest van de valentie-elektronen, in de chemische reacties die karakteristiek zijn voor de elementen.

index

• 1 Quantumnummers
• 2 Hoe het differentiële elektron te weten?
• 3 Voorbeelden in verschillende elementen
  • 3.1 Chloor
  • 3.2 ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ _
  • 3.3 Magnesium
  • 3.4 ↑ ↓
  • 3.5 Zirkonium
  • 3.6 Onbekend element
  • 3.7 ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓
• 4 Referenties

Kwantumnummers

Net als de rest van de elektronen kan het differentiële elektron worden geïdentificeerd aan de hand van zijn vier kwantumgetallen. Maar wat zijn de kwantumnummers? Ze zijn "n", "l", "m" en "s".

Het kwantumgetal "n" geeft de grootte van het atoom en de energieniveaus (K, L, M, N, O, P, Q) aan. "L" is het secundaire of azimutale kwantumgetal, dat de vorm van de atoomorbitalen aangeeft, en neemt waarden van 0, 1, 2 en 3 voor de orbitalen "s", "p", "d" en "f" , respectievelijk.

"M" is het magnetische kwantumgetal en geeft de ruimtelijke oriëntatie van de orbitalen onder een magnetisch veld aan. Dus 0 voor de "s" -orbit; -1, 0, +1, voor de "p" -orbitaal; -2, -1, 0, +1, +2, voor de orbitale "d"; en -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, voor de "f" orbitaal. Eindelijk, het quantumnummer van spin "s" (+1/2 voor ↑, en -1/2 voor ↓).

Daarom heeft een differentieel elektron de bijbehorende eerdere kwantumnummers ("n", "l", "m", "s"). Omdat het de nieuwe positieve lading die door het extra proton wordt gegenereerd, tegengaat, verschaft het ook het atoomnummer Z van het element.

Hoe het differentieel elektron te weten?

In het bovenste plaatje zijn de elektronische configuraties voor de elementen van waterstof tot neongas (H → Ne) weergegeven.

Hierin worden de elektronen van de open lagen aangegeven met de rode kleur, terwijl die van de gesloten lagen worden aangegeven met de blauwe kleur. De lagen verwijzen naar het quantumnummer "n", de eerste van de vier.

Op deze manier voegt de valentieconfiguratie van H (↑ van rode kleur) een ander elektron met tegengestelde oriëntatie toe om dat van Hij te worden (↓ ↑, beide blauw omdat nu niveau 1 gesloten is). Dit toegevoegde elektron is dan het differentiële elektron.

Zo kan grafisch worden waargenomen hoe het differentiële elektron wordt toegevoegd aan de valentie-laag (rode pijlen) van de elementen, waardoor deze van elkaar worden onderscheiden. De elektronen vullen de orbitalen met respect voor de regel van Hund en het principe van uitsluiting van Pauling (perfect waargenomen vanuit de B naar de Ne).

En hoe zit het met kwantumnummers? Deze definiëren elke pijl - dat wil zeggen, elk elektron - en hun waarden kunnen worden bevestigd met de elektronische configuratie om te weten of ze het differentiële elektron zijn of niet..

Voorbeelden in verschillende elementen

chloor

In het geval van chloor (Cl) is het atoomnummer Z gelijk aan 17. De elektronische configuratie is dan 1s²2s²sp⁶3S²3p⁵. De orbitalen gemarkeerd in rood komen overeen met die van de valentie laag, die niveau 3 open presenteert.

Het differentiële elektron is het laatste elektron dat in de elektronische configuratie wordt geplaatst, en het chlooratoom is dat van de 3p-orbitaal, waarvan de dispositie de volgende is:

↑ ↓  ↑ ↓  ↑ _

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

Respecteer Hund's regel, vul eerst de 3p orbitalen van gelijke energie (één pijl omhoog in elke orbitaal). Ten tweede, de andere elektronen paren met de solitaire elektronen van links naar rechts. Het differentiële elektron wordt weergegeven in een groen kader.

Aldus heeft het differentiële elektron voor chloor de volgende kwantumnummers: (3, 1, 0, -1/2). Dat wil zeggen, "n" is 3; "L" is 1, orbitaal "p"; "M" is 0, omdat het de "p" orbitaal van het medium is; en "s" is -1/2, omdat de pijl naar beneden wijst.

magnesium

De elektronische configuratie voor het magnesiumatoom is 1s²2s²sp⁶3S², de orbitaal en zijn valentie-elektron op dezelfde manier voorstellen:

↑ ↓

3S

0

Deze keer heeft het differentiële elektron de kwantumnummers 3, 0, 0, -1/2. Het enige verschil in dit geval met betrekking tot chloor is dat het kwantumgetal "l" 0 is omdat het elektron een "s" -orbitaal inneemt (de 3s).

zirkonium

De elektronische configuratie voor het zirkoniumatoom (overgangsmetaal) is 1s²2s²sp⁶3S²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5S²4d². Op dezelfde manier als de voorgaande gevallen, is de representatie van de valentieorbitalen en elektronen als volgt:

De kwantumgetallen voor het differentieel met elektronen gemarkeerd in groen zijn dus: 4, 2, -1, + 1/2. Hier, aangezien het elektron de tweede baan "d" inneemt, heeft het een kwantumgetal "m" gelijk aan -1. Omdat de pijl naar boven wijst, is het spinnummer "s" gelijk aan +1/2.

Onbekend element

De kwantumgetallen van het differentiële elektron voor een onbekend element zijn 3, 2, +2, -1/2. Wat is het atoomnummer Z van het element? Als je Z kent, kun je ontcijferen wat het element is.

Deze keer, omdat "n" gelijk is aan 3, betekent dit dat het element zich in de derde periode van het periodiek systeem bevindt, met "d" orbitalen als de valentie laag ("l" gelijk aan 2). Daarom worden de orbitalen weergegeven zoals in het vorige voorbeeld:

↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

De quantumnummers "m" gelijk aan +2, en "s" gelijk aan -1/2, zijn sleutels om het differentiële elektron in de laatste 3d orbitaal correct te lokaliseren.

Het element dat wordt gezocht heeft dus de 3d orbitalen¹⁰ volledig, net als de interne elektronische lagen. Concluderend, het element is zinkmetaal (Zn).

De kwantumnummers van het differentiële elektron kunnen echter geen onderscheid maken tussen zink en koper, omdat de laatste ook volledige 3d-orbitalen heeft. Waarom? Omdat koper een metaal is dat om kwantumredenen niet voldoet aan de regels voor het vullen van elektronen.

referenties

1. Jim Branson (2013). Regels van Hund Opgehaald op 21 april 2018, uit: quantummechanics.ucsd.edu
2. Lezing 27: de regels van Hund. Opgehaald op 21 april 2018, vanaf: ph.qmul.ac.uk
3. Purdue University. Quantumnummers en elektronconfiguraties. Opgehaald op 21 april 2018, van: chemed.chem.purdue.edu
4. Salvat Encyclopedia of Sciences. (1968). Physics Salvat, S.A. van Ediciones Pamplona, ​​volume 12, Spanje, pp. 314-322.
5. Walter J. Moore. (1963). Fysische chemie in deeltjes en golven. Vierde editie, Longmans.