DIFERANSIYEL ELEKTRON: KUANTUM SAYILARI VE ÖRNEKLER - KIMYA - 2025

Diferansiyel veya farklılaşma elektron bir atomun elektron konfigürasyonunun bir dizi halinde yerleştirilmek geçen elektron vericidir. Onun adı ne? Bu soruyu cevaplamak için, bir atomun temel yapısı gereklidir: çekirdeği, vakum ve elektronlar.

Çekirdek, proton adı verilen pozitif parçacıkların ve nötron adı verilen nötr parçacıkların yoğun ve kompakt bir kümesidir. Protonlar atom numarası Z'yi tanımlar ve nötronlarla birlikte atomik kütleyi oluşturur. Bununla birlikte, bir atom yalnızca pozitif yükler taşıyamaz; bu nedenle elektronlar çekirdeğin etrafında dönerek onu nötralize eder.

Böylece, çekirdeğe katılan her proton için yeni bir elektron, artan pozitif yüke karşı koymak için yörüngelerine katılır. Bu şekilde, yeni eklenen elektron olan diferansiyel elektron, Z atom numarasıyla yakından ilişkilidir.

Diferansiyel elektron en dıştaki elektronik kabuktadır: değerlik kabuğu. Bu nedenle, çekirdekten ne kadar uzaklaşırsanız, onunla ilişkili enerji o kadar büyük olur. Elementlerin karakteristik kimyasal reaksiyonlarına onların ve diğer değerlik elektronlarının katılımından sorumlu olan bu enerjidir.

Kuantum sayıları

Elektronların geri kalanı gibi, diferansiyel elektron da dört kuantum numarasıyla tanımlanabilir. Peki kuantum sayıları nedir? Bunlar "n", "l", "m" ve "s" dir.

Kuantum sayısı "n", atomun boyutunu ve enerji seviyelerini (K, L, M, N, O, P, Q) gösterir. «L», atomik orbitallerin şeklini gösteren ve «s», «p», «d» ve «f» orbitalleri için 0, 1, 2 ve 3 değerlerini alan ikincil veya azimut kuantum sayısıdır. , sırasıyla.

"M" manyetik kuantum sayısıdır ve bir manyetik alan altındaki orbitallerin uzamsal yönelimini belirtir. Böylece, yörünge «s» için 0; "P" orbitali için -1, 0, +1; "D" orbitali için -2, -1, 0, +1, +2; ve "f" orbitali için -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Son olarak, spin kuantum sayısı «s» (↑ için +1/2 ve ↓ için -1/2).

Bu nedenle, bir diferansiyel elektron önceki kuantum sayılarını ("n", "l", "m", "s") ilişkilendirmiştir. Ekstra protonun ürettiği yeni pozitif yüke karşı koyduğu için, elementin atom numarası Z'yi de sağlar.

Diferansiyel elektron nasıl anlaşılır?

Yukarıdaki görüntü, hidrojenden neon gazına (H → Ne) kadar elementler için elektron konfigürasyonlarını temsil etmektedir.

Bunda, açık kabukların elektronları kırmızı renkle gösterilirken, kapalı kabukların elektronları mavi renkle gösterilir. Katmanlar, dördünden ilki olan "n" kuantum sayısını ifade eder.

Böylece, H'nin değerlik konfigürasyonu (kırmızı olarak ↑) He'ye dönüşmek için zıt yöne sahip başka bir elektron ekler (↓ ↑, şimdi seviye 1 kapalı olduğu için ikisi de mavi). Bu eklenen elektron daha sonra diferansiyel elektrondur.

Böylelikle, grafiksel olarak diferansiyel elektronun, elementlerin değerlik kabuğuna (kırmızı oklar) nasıl eklendiğini ve onları birbirinden farklılaştırdığı görülebilir. Elektronlar orbitalleri Hund kuralına ve Pauling'in dışlama ilkesine (B'den Ne'ye mükemmel bir şekilde gözlemlenmiştir) göre doldurur.

Peki ya kuantum sayıları? Bunlar, her oku - yani her elektronu - tanımlar ve bunların değerleri, diferansiyel elektron olup olmadıklarını bilmek için elektron konfigürasyonuyla desteklenebilir.

Birden çok öğedeki örnekler

Klor

Klor (CI) durumunda, atom numarası Z elektron konfigürasyon daha sonra 1s 17'ye eşittir ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁵ . Kırmızı ile işaretlenmiş orbitaller, açık bir seviye 3'e sahip olan valans kabuğunun orbitallerine karşılık gelir.

Diferansiyel elektron, elektron konfigürasyonuna yerleştirilecek son elektrondur ve klor atomu, düzeni aşağıdaki gibi olan 3p orbitalindendir:

↑ ↓

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

Hund kuralına göre, eşit enerjiye sahip 3p yörüngeleri önce doldurulur (her yörüngede bir yukarı ok). İkincisi, diğer elektronlar soldan sağa yalnız elektronlarla eşleşir. Diferansiyel elektron, yeşil bir çerçevede gösterilir.

Bu nedenle, klor için diferansiyel elektron aşağıdaki kuantum numaralarına sahiptir: (3, 1, 0, -1/2). Yani "n" 3'tür; "L" 1, yörünge "p" dir; "M" 0, çünkü ortadaki "p" yörüngesidir; ve "s" -1/2'dir, çünkü ok aşağıyı gösterir.

Magnezyum

Magnezyum atomunun elektron konfigürasyonu 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ^{2 olup} , yörüngeyi ve değerlik elektronunu aynı şekilde temsil eder:

↑ ↓

3s

0

Bu sefer, diferansiyel elektron 3, 0, 0, -1/2 kuantum sayılarına sahiptir. Bu durumda klorla ilgili tek fark, kuantum sayısının "l" 0 olmasıdır, çünkü elektron orbital bir "s" (3s) işgal eder.

Zirkonyum

Zirkonyum (geçiş metali) atomunun elektron konfigürasyonu 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ^2'dir . Önceki durumlarda olduğu gibi, orbitallerin ve değerlik elektronlarının temsili aşağıdaki gibidir:

Böylece, yeşille işaretlenmiş diferansiyel elektron için kuantum numaraları: 4, 2, -1, +1/2. Burada elektron ikinci "d" yörüngesini işgal ettiğinden, kuantum sayısı "m" -1'e eşittir. Ayrıca, ok yukarıyı gösterdiğinden, dönüş numarası "s" +1 / 2'ye eşittir.

Bilinmeyen öğe

Bilinmeyen bir element için diferansiyel elektron kuantum sayıları 3, 2, +2, -1 / 2'dir. Elementin atom numarası Z nedir? Z'yi bilmek, elementin ne olduğunu anlayabilirsiniz.

Bu sefer, "n" 3'e eşit olduğundan, elementin periyodik tablonun üçüncü periyodunda olduğu ve değerlik kabuğu olarak "d" orbitallerinin ("l" 2'ye eşit) olduğu anlamına gelir. Bu nedenle orbitaller önceki örnekteki gibi temsil edilir:

↑ ↓

Kuantum sayıları "m" +2'ye eşit ve "s" -1 / 2'ye eşit, diferansiyel elektronun son 3B yörüngesinde doğru bir şekilde konumlandırılmasında anahtar rol oynar.

Böylece, aranan element tam 3 boyutlu ¹⁰ orbitallere ve dahili elektronik kabuklarına sahiptir. Sonuç olarak, element metal çinkodur (Zn).

Bununla birlikte, diferansiyel elektronun kuantum sayıları çinko ve bakır arasında ayrım yapamaz, çünkü ikinci element de tam 3 boyutlu orbitallere sahiptir. Neden? Çünkü bakır, kuantum nedenlerle elektron doldurma kurallarına uymayan bir metaldir.

Referanslar

1. Jim Branson. (2013). Hund Kuralları. Quantummechanics.ucsd.edu'dan 21 Nisan 2018'de alındı
2. Ders 27: Hund'un kuralları. 21 Nisan 2018'de ph.qmul.ac.uk adresinden alındı
3. Purdue Üniversitesi. Kuantum Sayıları ve Elektron Yapılandırmaları. Chemed.chem.purdue.edu adresinden 21 Nisan 2018'de alındı
4. Salvat Encyclopedia of Sciences. (1968). Física Salvat, SA de Ediciones Pamplona, ​​cilt 12, İspanya, sayfalar 314-322.
5. Walter J. Moore. (1963). Fiziksel kimya. Parçacıklarda ve dalgalarda. Dördüncü baskı, Longmans.