Số lượng tử điện tử khác biệt, cách nhận biết và ví dụ



các điện tử vi sai hoặc bộ phân biệt là electron cuối cùng được đặt trong chuỗi cấu hình điện tử của nguyên tử. Tại sao tên của anh ấy? Để trả lời câu hỏi này, cấu trúc cơ bản của một nguyên tử là cần thiết: hạt nhân, chân không và electron của nó.

Hạt nhân là một tập hợp dày đặc, nhỏ gọn của các hạt dương gọi là proton và của các hạt trung tính gọi là neutron. Các proton xác định số nguyên tử Z và cùng với các neutron, chúng tạo thành khối lượng nguyên tử. Tuy nhiên, một nguyên tử không thể chỉ mang điện tích dương; đó là lý do tại sao các electron quay quanh hạt nhân để trung hòa nó. 

Do đó, đối với mỗi proton được thêm vào hạt nhân, một electron mới được tích hợp vào quỹ đạo của nó để chống lại điện tích dương tăng dần. Theo cách này, electron mới được thêm vào, electron khác biệt, có liên quan chặt chẽ với số nguyên tử Z.

Các electron khác biệt nằm trong lớp điện tử bên ngoài nhất: lớp hóa trị. Do đó, bạn càng ở xa hạt nhân, năng lượng liên kết với nó càng lớn. Năng lượng này chịu trách nhiệm cho sự tham gia của chúng, cũng như phần còn lại của các electron hóa trị, trong các phản ứng hóa học đặc trưng của các nguyên tố.

Chỉ số

  • 1 số lượng tử
  • 2 Làm thế nào để biết electron khác biệt?
  • 3 ví dụ trong một số yếu tố
    • 3.1 Clo
    • 3,2 ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ _
    • 3,3 Magiê
    • 3,4 ↑
    • 3.5 zirconi
    • 3.6 Phần tử không xác định
    • 3,7 ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↓ ↑ ↓
  • 4 tài liệu tham khảo

Số lượng tử

Giống như các electron còn lại, electron khác biệt có thể được xác định bằng bốn số lượng tử của nó. Nhưng các số lượng tử là gì? Chúng là "n", "l", "m" và "s".

Số lượng tử "n" biểu thị kích thước của nguyên tử và các mức năng lượng (K, L, M, N, O, P, Q). "L" là số lượng tử thứ cấp hoặc phương vị, biểu thị hình dạng của các quỹ đạo nguyên tử và lấy các giá trị 0, 1, 2 và 3 cho các quỹ đạo "s", "p", "d" và "f" , tương ứng.

"M" là số lượng tử từ và cho biết hướng không gian của các quỹ đạo dưới một từ trường. Do đó, 0 cho quỹ đạo "s"; -1, 0, +1, cho quỹ đạo "p"; -2, -1, 0, +1, +2, cho quỹ đạo "d"; và -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, cho quỹ đạo "f". Cuối cùng, số lượng tử của spin "s" (+1/2 cho ↑ và -1/2 cho ↓).

Do đó, một electron khác biệt có các số lượng tử liên quan trước đó ("n", "l", "m", "s"). Bởi vì nó chống lại điện tích dương mới được tạo ra bởi proton bổ sung, nó cũng cung cấp số nguyên tử Z của nguyên tố.

Làm thế nào để biết electron khác biệt?

Trong hình trên, các cấu hình điện tử cho các nguyên tố từ hydro đến khí neon (H → Ne) được trình bày.

Trong đó, các electron của các lớp mở được chỉ định bằng màu đỏ, trong khi các lớp của các lớp kín được chỉ định bằng màu xanh lam. Các lớp đề cập đến số lượng tử "n", lớp đầu tiên trong bốn.

Theo cách này, cấu hình hóa trị của H (màu đỏ) thêm một electron khác có hướng ngược lại để trở thành của He (, cả hai màu xanh lam vì hiện tại cấp 1 đã đóng). Electron được thêm vào này sau đó là electron khác biệt.

Do đó, về mặt đồ họa có thể quan sát được cách thức electron khác biệt được thêm vào lớp hóa trị (mũi tên đỏ) của các nguyên tố, phân biệt chúng với nhau. Các electron điền vào các quỹ đạo tôn trọng quy tắc của Hund và nguyên tắc loại trừ Pauling (quan sát hoàn hảo từ B đến Ne).

Và những gì về số lượng tử? Chúng xác định từng mũi tên - nghĩa là, mỗi electron - và các giá trị của chúng có thể được chứng thực bằng cấu hình điện tử để biết liệu chúng có phải là electron khác biệt hay không.

Ví dụ trong một số yếu tố

Clo

Đối với trường hợp clo (Cl) số nguyên tử Z của nó bằng 17. Cấu hình điện tử sau đó là 1s22s2sp63s23p5. Các quỹ đạo được đánh dấu màu đỏ tương ứng với các quỹ đạo của lớp hóa trị, mở ra mức 3.

Electron vi phân là electron cuối cùng được đặt trong cấu hình điện tử và nguyên tử clo là quỹ đạo 3p, có tính chất như sau:

↑ ↓  ↑ ↓  ↑ _

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

Tôn trọng quy tắc của Hund, trước tiên hãy điền vào quỹ đạo 3p năng lượng bằng nhau (một mũi tên hướng lên trong mỗi quỹ đạo). Thứ hai, các electron khác ghép với các electron đơn độc từ trái sang phải. Các electron khác biệt được biểu diễn trong một khung màu xanh lá cây.

Do đó, electron vi phân cho clo có các số lượng tử sau: (3, 1, 0, -1/2). Đó là, "n" là 3; "L" là 1, quỹ đạo "p"; "M" là 0, vì nó là quỹ đạo "p" của môi trường; và "s" là -1/2, vì mũi tên chỉ xuống.

Magiê

Cấu hình điện tử cho nguyên tử magiê là 1s22s2sp63s2, đại diện cho quỹ đạo và electron hóa trị của nó theo cùng một cách:

↑ ↓

3s

0

Lần này, electron vi phân có các số lượng tử 3, 0, 0, -1/2. Sự khác biệt duy nhất trong trường hợp này đối với clo là số lượng tử "l" là 0 do electron chiếm một quỹ đạo "s" (3s).

Zirconi

Cấu hình điện tử cho nguyên tử zirconium (kim loại chuyển tiếp) là 1s22s2sp63s23p64 giây23d104p65 giây24ngày2. Theo cách tương tự như các trường hợp trước, việc biểu diễn các quỹ đạo hóa trị và electron như sau:

Do đó, các số lượng tử cho electron khác biệt được đánh dấu màu xanh lá cây là: 4, 2, -1, +1/2. Ở đây, do electron chiếm quỹ đạo thứ hai "d", nên nó có số lượng tử "m" bằng -1. Ngoài ra, vì mũi tên hướng lên, số vòng quay của nó "s" bằng +1/2.

Yếu tố không xác định

Số lượng tử của electron vi phân cho một nguyên tố chưa biết là 3, 2, +2, -1/2. Số nguyên tử Z của nguyên tố là gì? Biết Z bạn có thể giải mã được phần tử là gì.

Lần này, vì "n" bằng 3, có nghĩa là phần tử nằm trong khoảng thời gian thứ ba của bảng tuần hoàn, với quỹ đạo "d" là lớp hóa trị ("l" bằng 2). Do đó, các quỹ đạo được biểu diễn như trong ví dụ trước:

↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

Các số lượng tử "m" bằng +2 và "s" bằng -1/2, là các phím để xác định chính xác electron khác biệt trong quỹ đạo 3d cuối cùng.

Do đó, phần tử được tìm kiếm có quỹ đạo 3d10 đầy đủ, giống như các lớp điện tử nội bộ của nó. Tóm lại, nguyên tố là kim loại kẽm (Zn).

Tuy nhiên, số lượng tử của electron vi sai không thể phân biệt giữa kẽm và đồng, vì cái sau cũng có quỹ đạo 3d đầy đủ. Tại sao? Bởi vì đồng là kim loại không tuân thủ các quy tắc điền vào điện tử vì lý do lượng tử.

Tài liệu tham khảo

  1. Jim Branson (2013). Quy tắc của Hund Truy cập ngày 21 tháng 4 năm 2018, từ: quantummechanics.ucsd.edu
  2. Bài giảng 27: Quy tắc của Hund. Truy cập ngày 21 tháng 4 năm 2018, từ: ph.qmul.ac.uk
  3. Đại học Purdue. Số lượng tử và cấu hình điện tử. Truy cập ngày 21 tháng 4 năm 2018, từ: chemed.chem.purdue.edu
  4. Bách khoa toàn thư Salvat. (1968). Vật lý Salvat, S.A. của Ediciones Pamplona, ​​tập 12, Tây Ban Nha, trang 314-322.
  5. Walter J. Moore. (1963). Hóa lý Trong hạt và sóng. Phiên bản thứ tư, Longmans.