DIFFERENTIALELEKTRON: KVANTANTAL OCH EXEMPEL - KEMI - 2026

Den differentiella eller differentiera elektron är den sista elektron placeras i sekvensen av konfigurationen elektron av en atom. Vad heter det? För att besvara denna fråga är en atoms grundstruktur nödvändig: dess kärna, vakuumet och elektronerna.

Kärnan är ett tätt och kompakt aggregat av positiva partiklar som kallas protoner och neutrala partiklar som kallas neutroner. Protoner definierar atomnumret Z och utgör, tillsammans med neutroner, atommassan. Emellertid kan en atom inte endast bära positiva laddningar; därför kretsar elektronerna runt kärnan för att neutralisera den.

För varje proton som ansluter sig till kärnan går alltså en ny elektron i sina orbitaler för att motverka den ökande positiva laddningen. På detta sätt är den nyligen tillagda elektronen, differentiell elektron, nära besläktad med atomnumret Z.

Differentialelektronen finns i det yttersta elektroniska skalet: valensskalet. Därför, ju längre bort du är från kärnan, desto större är den energi som är associerad med den. Det är denna energi som är ansvarig för deras deltagande, liksom för resten av valenselektronerna, i de karakteristiska kemiska reaktionerna hos elementen.

Kvantantal

Precis som resten av elektronerna kan differentieringselektronen identifieras med dess fyra kvantantal. Men vad är kvantantal? De är "n", "l", "m" och "s".

Kvantantalet "n" anger storleken på atomen och energinivåerna (K, L, M, N, O, P, Q). «L» är det sekundära eller azimutala kvantantalet, som indikerar formen på de atomiska orbitalerna och tar värden 0, 1, 2 och 3 för orbitalerna «s», «p», «d» och «f» respektive.

"M" är det magnetiska kvantantalet och indikerar den rumsliga orienteringen av orbitalerna under ett magnetfält. Således 0 för omlopps «; -1, 0, +1, för "p" -banan; -2, -1, 0, +1, +2, för "d" -banan; och -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, för "f" -banan. Slutligen spinnkvantantalet «s» (+1/2 för ↑ och -1/2 för ↓).

Därför har en differentiell elektron kopplat de tidigare kvantumren ("n", "l", "m", "s"). Eftersom det motverkar den nya positiva laddningen som genereras av den extra protonen ger den också elementets atomnummer Z.

Hur vet man skillnadselektronen?

Bilden ovan representerar elektronkonfigurationerna för element från väte till neongas (H → Ne).

I detta indikeras de öppna skalens elektroner med färgen röd, medan de från de stängda skalen indikeras med färgen blå. Skikten hänvisar till kvantantalet "n", det första av de fyra.

Således tillför valenskonfigurationen av H (↑ i rött) en annan elektron med motsatt orientering för att bli den för He (↓ ↑, båda blå eftersom nu nivå 1 är stängd). Denna tillagda elektron är då den differentiella elektronen.

Således kan man grafiskt se hur skillnadselektronen lägger till elementens valensskal (röda pilar) och skiljer dem från varandra. Elektronerna fyller orbitalerna som respekterar Hunds regel och Paulings uteslutningsprincip (perfekt observerad från B till Ne).

Och hur är det med kvantantal? Dessa definierar varje pil - det vill säga varje elektron - och deras värden kan bekräftas med elektronkonfigurationen för att veta om de är differentiella elektroners eller inte.

Exempel i flera element

Klor

När det gäller klor (Cl) är dess atomnummer lika med 17. Elektronkonfigurationen är då 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁵ . Orbitalen markerade med rött motsvarar de för valensskalet, som har en öppen nivå 3.

Differentialelektronen är den sista elektron som placeras i elektronkonfigurationen, och kloratom är den för 3p-omloppet, vars arrangemang är som följer:

↑ ↓

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

Genom att respektera Hunds regel fylls 3p-orbitalerna med lika energi först (en pil upp i varje omloppsbana). För det andra parar de andra elektronerna sig med de ensamma elektronerna från vänster till höger. Differentialelektronen representeras i en grön ram.

Således har differentiell elektron för klor följande kvantantal: (3, 1, 0, -1/2). Det vill säga "n" är 3; "L" är 1, kretslopp "p"; "M" är 0, eftersom det är den mellersta "p" -banan; och "s" är -1/2, eftersom pilen pekar nedåt.

Magnesium

Elektronkonfigurationen för magnesiumatomen är 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² , som representerar kretsloppet och dess valenselektron på samma sätt:

↑ ↓

3s

0

Den här gången har differenselektronen kvantnumren 3, 0, 0, -1/2. Den enda skillnaden i detta fall med avseende på klor är att kvantantalet «l» är 0 eftersom elektronen upptar en orbital «s» (3s).

zirkonium

Elektronkonfigurationen för zirkoniumatomen (övergångsmetall) är 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ² . På samma sätt som de tidigare fallen är representationen av orbitalerna och valenselektronerna följande:

Således är kvantumren för den differentiella elektron som är markerade med grönt: 4, 2, -1, +1/2. Eftersom elektronen upptar den andra "d" -banan har den ett kvanttal "m" lika med -1. Eftersom pilen pekar upp är dess vridnummer "s" lika med +1/2.

Okänt element

Differentialelektronkvantantalet för ett okänt element är 3, 2, +2, -1/2. Vad är elementets atomnummer Z? Genom att veta Z kan du ta reda på vad elementet är.

Denna gång, eftersom "n" är lika med 3, betyder det att elementet befinner sig i den tredje perioden i det periodiska systemet, med "d" orbitaler som valensskalet ("l" lika med 2). Därför representeras orbitalerna som i föregående exempel:

↑ ↓

Kvanttalen "m" lika med +2 och "s" lika med -1/2, är nyckeln till korrekt lokalisering av differenselektronen i den sista 3d-banan.

Således har det sökta elementet fullständiga 3d ¹⁰ orbitaler , liksom dess interna elektroniska skal. Sammanfattningsvis är elementet metallzink (Zn).

Skillnadselektronens kvantantal kan emellertid inte skilja mellan zink och koppar, eftersom det senare elementet också har fullständiga 3d-orbitaler. Varför? Eftersom koppar är en metall som inte uppfyller reglerna för att fylla elektroner av kvantitetsskäl.

referenser

1. Jim Branson. (2013). Hunds regler. Hämtad 21 april 2018 från: quantummechanics.ucsd.edu
2. Föreläsning 27: Hunds regler. Hämtad 21 april 2018 från: ph.qmul.ac.uk
3. Purdue University. Kvantnummer och elektronkonfigurationer. Hämtad 21 april 2018 från: chemed.chem.purdue.edu
4. Salvat Encyclopedia of Sciences. (1968). Física Salvat, SA de Ediciones Pamplona, ​​bind 12, Spanien, sidorna 314-322.
5. Walter J. Moore. (1963). Fysisk kemi. I partiklar och vågor. Fjärde upplagan, Longmans.