Differensialelektron: Kvantum, Hvordan å vite det og eksempler

Differensial- eller differensieringselektronen er den siste elektronen plassert i sekvensen av den elektroniske konfigurasjonen av et atom. Hvorfor heter han? For å svare på dette spørsmålet, er den grunnleggende strukturen til et atom nødvendig: dens kjerne, vakuum og elektroner.

Kjernen er et tett, kompakt aggregat av positive partikler kalt protoner, og av nøytrale partikler kalt neutroner. Protonene definerer atomnummeret Z, og sammen med nøytronene utgjør de atommassen. Et atom kan imidlertid ikke bære bare positive ladninger; Derfor kredser elektronene rundt kjernen for å nøytralisere det.

For hvert proton som legges til kjernen, blir således et nytt elektron innlemmet i dets orbitaler for å motvirke den økende positive ladning. På denne måten er den nye tilsatte elektronen, differensialelektronen nært knyttet til atomnummeret Z.

Differensialelektronen er i det mest eksterne elektroniske laget: valenslaget. Derfor jo lengre unna er du fra kjernen, desto større er energien forbundet med den. Denne energien er ansvarlig for dens deltakelse, så vel som resten av valenselektronene, i de kjemiske reaksjonene som er karakteristiske for elementene.

Kvantum

I likhet med resten av elektronene kan differensialelektronen identifiseres med sine fire kvante tall. Men hva er kvante tallene? De er «n», «l», «m» og «s».

Kvantumet "n" angir atomens størrelse og energinivåene (K, L, M, N, O, P, Q). "L" er det sekundære eller azimutale kvantumet som indikerer formen av atomorbitaler, og tar verdier på 0, 1, 2 og 3 for orbitalerne "s", "p", "d" og "f", henholdsvis.

"M" er det magnetiske kvante nummeret og indikerer orkanalens romlige orientering under et magnetfelt. Dermed 0 for «s» orbital; -1, 0, +1, for «p» orbital; -2, -1, 0, +1, +2, for orbitalet «d»; og -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, for orbital «f». Til slutt, kvantetallet av spin «s» (+1/2 for ↑ og -1/2 for ↓).

Derfor har en differensialelektron de forrige kvantumene som er tilknyttet («n», «l», «m», «s»). Fordi den motvirker den nye positive ladningen som genereres av den ekstra proton, gir den også elementets atomnummer Z.

Hvordan kjenner man differensialelektronen?

I det øvre bildet er de elektroniske konfigurasjonene for elementene fra hydrogen til neongass (H → Ne) representert.

I dette er elektronene i de åpne lagene indikert med den røde fargen, mens de av de lukkede lagene er indikert med den blå fargen. Lagene refererer til kvantnummeret "n", den første av de fire.

På denne måten legger valenskonfigurasjonen av H (↑ med rød farge) til en annen elektron med motsatt orientering for å bli den av Han (↓ ↑, begge blå fordi nå nivå 1 er stengt). Denne ekstra elektronen er da differensialelektronen.

Dermed kan grafisk det observeres hvordan differensialelektronen legges til valenslaget (røde piler) av elementene, som skiller dem fra hverandre. Elektronene fyller orbitaler som respekterer Hundens regel og prinsippet om utelukkelse av Pauling (helt observert fra B til Ne).

Og hva med kvante tall? Disse definerer hver pil - det vil si hver elektron - og deres verdier kan bekreftes med den elektroniske konfigurasjonen for å vite om de er differensialelektronen eller ikke.

Eksempler i flere elementer

klor

I tilfelle av klor (Cl) er atomnummer Z lik 17. Den elektroniske konfigurasjonen er da 1s22s2sp63s23p5. Orbitaler merket med rødt, samsvarer med de av valenslaget, som har nivå 3 åpent.

Differensialelektronen er den siste elektronen som er plassert i den elektroniske konfigurasjonen, og kloratomet er det for 3p-bane, hvis disposisjon er følgende:

↑ ↓ ↑ ↓ ↑ _

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

Respekt hundens regel, fyll først 3p-orbitalene av lik energi (en pil opp i hver omgang). For det andre parrer de andre elektronene sammen med de ensomme elektronene fra venstre til høyre. Differensialelektronen er representert i en grønn ramme.

Dermed har differensialelektronen for klor følgende kvante tall: (3, 1, 0, -1/2). Det vil si at "n" er 3; «L» er 1, orbital «p»; "M" er 0, fordi det er "p" orbital av mediet; og «s» er -1/2, siden pilen peker nedover.

magnesium

Den elektroniske konfigurasjonen for magnesiumatomet er 1s22s2sp63s2, som representerer orbitalen og dens valenselektron på samme måte:

↑ ↓

3S

0

Denne gangen har differensialelektronen kvante tallene 3, 0, 0, -1/2. Den eneste forskjellen i dette tilfellet med hensyn til klor er at kvante nummeret "l" er 0 fordi elektronen har en s sirkel (3 s).

zirkonium

Den elektroniske konfigurasjonen for zirkoniumatomet (overgangsmetall) er 1s22s2sp63s23p64s23d104p65s24d2. På samme måte som forrige tilfeller er representasjonen av valensorbitaler og elektroner som følger:

Kvantumstallene for differensialelektronen merket i grønt er således: 4, 2, -1, +1/2. Her, siden elektronen opptar det andre orbitalet "d", har det et kvantum "m" lik -1. Dessuten, fordi pilen peker opp, er dens rotasjonsnummer «s» lik +1/2.

Ukjent element

Kvantumene til differensialelektronen for et ukjent element er 3, 2, +2, -1/2. Hva er elementets atomnummer Z? Å kjenne Z, du kan tyde på hva elementet er.

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

↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

Kvantumene "m" som er lik +2 og "s" er lik -1/2, er nøkler for riktig å finne differensialelektronen i det siste 3d-omløpet.

Dermed er elementet som er søkt, fullt av 3d10-orbitaler, så vel som dets interne elektroniske lag. Til slutt er elementet sinkmetall (Zn).

Imidlertid kan kvante tallene til differensialelektronen ikke skille mellom sink og kobber, fordi sistnevnte også har fulle 3d orbitaler. Hvorfor? Fordi kobber er et metall som ikke overholder reglene for fylling av elektroner av kvante årsaker.