ELECTRON DIFERENȚIAL: NUMERE CUANTICE ȘI EXEMPLE - CHIMIE

Diferențială sau de diferențiere electron este ultimul electron plasat în secvența configurația electronică a unui atom. Care îi este numele? Pentru a răspunde la această întrebare, este necesară structura de bază a unui atom: nucleul său, vidul și electronii.

Nucleul este un agregat dens și compact de particule pozitive numite protoni și de particule neutre numite neutroni. Protonii definesc numărul atomic Z și, împreună cu neutronii, alcătuiesc masa atomică. Cu toate acestea, un atom nu poate transporta decât sarcini pozitive; prin urmare, electronii orbitează în jurul nucleului pentru a-l neutraliza.

Astfel, pentru fiecare proton care se alătură nucleului, un nou electron se alătură orbitelor sale pentru a contracara sarcina pozitivă din ce în ce mai mare. În acest fel, electronul nou adăugat, electronul diferențial, este strâns legat de numărul atomic Z.

Electronul diferențial se află în carcasa electronică cea mai exterioară: coaja de valență. Prin urmare, cu cât ești mai departe de nucleu, cu atât este mai mare energia asociată cu acesta. Această energie este responsabilă de participarea lor, precum și de restul electronilor de valență, la reacțiile chimice caracteristice ale elementelor.

Numerele cuantice

Ca și restul electronilor, electronul diferențial poate fi identificat prin cele patru numere cuantice ale acestuia. Dar care sunt numerele cuantice? Sunt „n”, „l”, „m” și „s”.

Numărul cuantic „n” indică mărimea atomului și nivelurile de energie (K, L, M, N, O, P, Q). «L» este numărul cuantic secundar sau azimutal, care indică forma orbitalelor atomice și ia valori 0, 1, 2 și 3 pentru orbitalii «s», «p», «d» și «f» , respectiv.

„M” este numărul cuantic magnetic și indică orientarea spațială a orbitalelor sub un câmp magnetic. Astfel, 0 pentru orbitalul „s”; -1, 0, +1, pentru orbitalul "p"; -2, -1, 0, +1, +2, pentru orbitalul "d"; și -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, pentru orbitalul "f". În cele din urmă, numărul cuantic de spin «s» (+1/2 pentru ↑, și -1/2 pentru ↓).

Prin urmare, un electron diferențial a asociat numerele cuantice anterioare ("n", "l", "m", "s"). Deoarece contracarează noua încărcare pozitivă generată de protonul suplimentar, furnizează și numărul atomic Z al elementului.

Cum se cunoaște electronul diferențial?

Imaginea de mai sus reprezintă configurațiile electronilor pentru elemente de la hidrogen la gaz neon (H → Ne).

În acest sens, electronii carcaselor deschise sunt indicați de culoarea roșie, în timp ce cele ale carcaselor închise sunt indicate de culoarea albastră. Straturile se referă la numărul cuantic „n”, primul dintre cele patru.

În acest fel, configurația de valență a lui H (↑ în roșu) adaugă un alt electron cu orientare opusă pentru a deveni cel al lui He (↓ ↑, ambele albastre, deoarece acum nivelul 1 este închis). Acest electron adăugat este apoi electronul diferențial.

Astfel, grafic, se poate vedea cum electronul diferențial se adaugă la coaja de valență (săgețile roșii) ale elementelor, diferențindu-le unele de altele. Electronii umplu orbitalii respectând regula lui Hund și principiul excluderii lui Pauling (perfect observat de la B la Ne).

Ce zici de numerele cuantice? Acestea definesc fiecare săgeată - adică fiecare electron - și valorile lor pot fi coroborate cu configurația electronilor pentru a ști dacă sunt sau nu cele ale electronului diferențial.

Exemple în mai multe elemente

Clor

În cazul clorului (Cl), numărul său atomic Z este egal cu 17. Configurația electronilor este apoi 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁵ . Orbitalele marcate cu roșu corespund cu cele ale cochiliei de valență, care are un nivel deschis 3.

Electronul diferențial este ultimul electron plasat în configurația electronilor, iar atomul de clor este cel al orbitalului 3p, a cărui dispunere este următoarea:

↑ ↓

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

Respectând regula lui Hund, orbitele de 3p de energie egală sunt completate mai întâi (o săgeată în sus în fiecare orbital). În al doilea rând, ceilalți electroni se împerechează cu electronii singulari de la stânga la dreapta. Electronul diferențial este reprezentat într-un cadru verde.

Astfel, electronul diferențial pentru clor are următoarele numere cuantice: (3, 1, 0, -1/2). Adică „n” este 3; "L" este 1, orbital "p"; „M” este 0, deoarece este orbitalul „p” de mijloc; iar „s” este -1/2, deoarece săgeata indică în jos.

Magneziu

Configurația electronilor pentru atomul de magneziu este 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² , reprezentând orbitalul și electronul de valență în același mod:

↑ ↓

De data aceasta, electronul diferențial are numerele cuantice 3, 0, 0, -1/2. Singura diferență în acest caz în ceea ce privește clorul este că numărul cuantic «l» este 0, deoarece electronul ocupă un «s» orbital (cele 3s).

zirconiul

Configurația electronilor pentru atomul de zirconiu (metal de tranziție) este 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ² . În același mod ca și în cazurile anterioare, reprezentarea orbitalelor și a electronilor de valență este următoarea:

Astfel, numerele cuantice pentru electronul diferențial marcat cu verde sunt: 4, 2, -1, +1/2. Aici, deoarece electronul ocupă cel de-al doilea orbital „d”, acesta are un număr cuantic „m” egal cu -1. De asemenea, deoarece săgeata indică în sus, numărul său de rotire „s” este egal cu +1/2.

Element necunoscut

Numerele cuantice electronice diferențiale pentru un element necunoscut sunt 3, 2, +2, -1/2. Care este numărul atomic Z al elementului? Știind Z vă puteți da seama care este elementul.

De această dată, întrucât „n” este egal cu 3, înseamnă că elementul se află în a treia perioadă a tabelului periodic, cu orbitale „d” ca cochilie de valență („l” egală cu 2). Prin urmare, orbitalele sunt reprezentate ca în exemplul precedent:

↑ ↓

Numerele cuantice „m” egale cu +2 și „s” egale cu -1/2, sunt cheie pentru localizarea corectă a electronului diferențial în ultimul orbital 3d.

Astfel, elementul fiind căutat are full 3D ¹⁰ orbitali , precum și cochilii sale electronice interne. În concluzie, elementul este zincul metalic (Zn).

Cu toate acestea, numerele cuantice ale electronului diferențial nu pot face distincția între zinc și cupru, deoarece acesta din urmă are și orbitale 3d complete. De ce? Deoarece cuprul este un metal care nu respectă regulile privind umplerea electronilor din motive cuantice.

Referințe

Jim Branson. (2013). Regulile lui Hund. Preluat pe 21 aprilie 2018, de la: quantummechanics.ucsd.edu
Lectură 27: regulile sutei. Preluat pe 21 aprilie 2018, de la: ph.qmul.ac.uk
Universitatea Purdue. Numerele cuantice și configurațiile electronilor. Preluat pe 21 aprilie 2018, de la: chemed.chem.purdue.edu
Enciclopedia Salvat a Științelor. (1968). Física Salvat, SA de Ediciones Pamplona, volumul 12, Spania, paginile 314-322.
Walter J. Moore. (1963). Chimie Fizica. În particule și unde. Ediția a patra, Longmans.

ELECTRON DIFERENȚIAL: NUMERE CUANTICE ȘI EXEMPLE - CHIMIE - 2025