ตัวเลขควอนตัมอิเลคตรอนแบบต่าง ๆ วิธีรู้และตัวอย่าง

อิเล็กตรอนที่ต่างกัน หรือ differentiator เป็นอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายที่อยู่ในลำดับการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม ทำไมชื่อของเขา? เพื่อตอบคำถามนี้จำเป็นต้องมีโครงสร้างพื้นฐานของอะตอมเช่นนิวเคลียสสุญญากาศและอิเล็กตรอน.

นิวเคลียสเป็นมวลรวมหนาแน่นของอนุภาคบวกที่เรียกว่าโปรตอนและอนุภาคเป็นกลางที่เรียกว่านิวตรอน โปรตอนกำหนดหมายเลขอะตอม Z และรวมกับนิวตรอนพวกมันประกอบขึ้นเป็นมวลอะตอม อย่างไรก็ตามอะตอมไม่สามารถมีประจุบวกเท่านั้น นั่นเป็นสาเหตุที่อิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสเพื่อทำให้เป็นกลาง. 

ดังนั้นสำหรับโปรตอนแต่ละตัวที่ถูกเพิ่มเข้าไปในนิวเคลียสอิเล็กตรอนใหม่จะถูกรวมเข้าไปในวงโคจรของมันเพื่อต่อต้านประจุบวกที่เพิ่มขึ้น ด้วยวิธีนี้อิเล็กตรอนที่เพิ่มเข้ามาใหม่ซึ่งเป็นอิเล็กตรอนที่แตกต่างนั้นมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับเลขอะตอม Z.

อิเล็กตรอนที่ต่างกันอยู่ในเลเยอร์อิเล็กทรอนิกส์ภายนอกสุดคือเลเยอร์วาเลนซ์ ดังนั้นยิ่งคุณอยู่ห่างจากนิวเคลียสมากเท่าไหร่พลังงานที่เกี่ยวข้องก็ยิ่งมากเท่านั้น พลังงานนี้มีส่วนร่วมในการมีส่วนร่วมของพวกเขาเช่นเดียวกับส่วนที่เหลือของวาเลนซ์อิเล็กตรอนในลักษณะปฏิกิริยาทางเคมีขององค์ประกอบ.

ดัชนี

• 1 ตัวเลขควอนตัม
• 2 จะรู้ได้อย่างไรว่าอิเล็กตรอนต่างกัน?
• 3 ตัวอย่างในองค์ประกอบหลาย ๆ
  • 3.1 คลอรีน
  • 3.2 ↑↓↑↓↑ _
  • 3.3 แมกนีเซียม
  • 3.4 ↑↓
  • 3.5 เซอร์โคเนียม
  • 3.6 องค์ประกอบที่ไม่รู้จัก
  • 3.7 ↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓
• 4 อ้างอิง

ตัวเลขควอนตัม

เช่นเดียวกับส่วนที่เหลือของอิเล็กตรอนอิเล็กตรอนที่แตกต่างสามารถระบุได้โดยตัวเลขสี่ตัว แต่ตัวเลขควอนตัมคืออะไร? พวกเขาคือ "n", "l", "m" และ "s".

จำนวนควอนตัม "n" หมายถึงขนาดของอะตอมและระดับพลังงาน (K, L, M, N, O, P, Q) "L" คือหมายเลขควอนตัมตัวที่สองหรือ azimuthal ซึ่งระบุรูปร่างของอะตอม orbitals และรับค่า 0, 1, 2 และ 3 สำหรับ orbitals "s", "p", "d" และ "f" ตามลำดับ.

"M" เป็นหมายเลขควอนตัมแม่เหล็กและบ่งชี้การวางแนวอวกาศของวงโคจรภายใต้สนามแม่เหล็ก ดังนั้น 0 สำหรับวง "s"; -1, 0, +1 สำหรับวง "p"; -2, -1, 0, +1, +2, สำหรับวงโคจร "d"; และ -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 สำหรับวง "f" สุดท้ายจำนวนควอนตัมของการหมุน "s" (+1/2 สำหรับ↑และ -1/2 สำหรับ↓).

ดังนั้นอิเล็กตรอนที่ต่างกันจึงมีจำนวนควอนตัมก่อนหน้าที่เกี่ยวข้อง ("n", "l", "m", "s") เนื่องจากมันตอบโต้ประจุบวกใหม่ที่สร้างขึ้นโดยโปรตอนเพิ่มเติมมันจึงให้เลขอะตอม Z ขององค์ประกอบ.

จะรู้ได้อย่างไรว่าอิเลคตรอนแบบต่าง ๆ?

ในภาพด้านบนแสดงการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์สำหรับองค์ประกอบจากไฮโดรเจนเป็นก๊าซนีออน (H → Ne).

ในนี้อิเล็กตรอนของเลเยอร์ที่เปิดจะถูกระบุด้วยสีแดงในขณะที่อิเลคตรอนของชั้นที่ปิดนั้นจะถูกแสดงด้วยสีฟ้า เลเยอร์อ้างถึงจำนวนควอนตัม "n" ซึ่งเป็นครั้งแรกของทั้งสี่.

ด้วยวิธีนี้การกำหนดค่าความจุของ H (↑ของสีแดง) เพิ่มอิเล็กตรอนอีกตัวที่มีทิศทางตรงข้ามเพื่อให้กลายเป็นของเขา (↓↑ทั้งคู่สีน้ำเงินเพราะตอนนี้ระดับ 1 ถูกปิด) อิเล็กตรอนที่เพิ่มเข้ามานี้ก็คืออิเล็กตรอนอนุพันธ์.

ด้วยเหตุนี้มันสามารถสังเกตเห็นได้ว่ามีการเพิ่มอิเล็กตรอนต่างกันในเลเยอร์เลเยอร์ (ลูกศรสีแดง) ขององค์ประกอบโดยแยกความแตกต่างจากกันและกัน อิเล็กตรอนเติมวงโคจรที่เคารพกฎของ Hund และหลักการของการแยกตัวของ Pauling (สังเกตได้อย่างสมบูรณ์จาก B ถึง Ne).

แล้วตัวเลขควอนตัมล่ะ? สิ่งเหล่านี้กำหนดลูกศรแต่ละอัน - นั่นคืออิเล็กตรอนแต่ละตัว - และค่าของพวกมันสามารถยืนยันด้วยการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์เพื่อรู้ว่าพวกเขาเป็นอิเล็กตรอนเชิงอนุพันธ์หรือไม่.

ตัวอย่างในองค์ประกอบหลายอย่าง

คลอรีน

สำหรับกรณีของคลอรีน (Cl) เลขอะตอมของมัน Z เท่ากับ 17 การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์คือ 1 วินาที²2s²SP⁶3S²3p⁵. วงโคจรที่ทำเครื่องหมายด้วยสีแดงจะสัมพันธ์กับเลเยอร์เลเยอร์ซึ่งเปิดระดับ 3.

อิเลคตรอนแบบดิฟเฟอเรนเชียลเป็นอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายที่อยู่ในรูปแบบอิเล็กทรอนิกส์และอะตอมของคลอรีนเป็นของวง 3p ซึ่งมีการจัดการดังนี้:

↑↓  ↑↓  ↑ _

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

เคารพกฎของ Hund ก่อนอื่นเติมวงโคจร 3p ของพลังงานเท่ากัน (ลูกศรหนึ่งลูกในแต่ละวงโคจร) ประการที่สองอิเล็กตรอนอื่นจับคู่กับอิเล็กตรอนเดี่ยวจากซ้ายไปขวา อิเลคตรอนที่แตกต่างจะแสดงอยู่ในกรอบสีเขียว.

ดังนั้นอิเล็กตรอนที่แตกต่างกันสำหรับคลอรีนจึงมีจำนวนควอนตัมดังต่อไปนี้: (3, 1, 0, -1/2) นั่นคือ "n" คือ 3; "L" คือ 1, โคจร "p"; "M" คือ 0 เพราะมันคือ "p" การโคจรของสื่อ และ "s" คือ -1/2 เนื่องจากลูกศรชี้ลง.

แมกนีเซียม

การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์สำหรับอะตอมแมกนีเซียมคือ 1 วินาที²2s²SP⁶3S², เป็นตัวแทนของวงโคจรและอิเล็กตรอนของวาเลนซ์ในลักษณะเดียวกัน:

↑↓

3S

0

เวลานี้อิเล็กตรอนอนุพันธ์จะมีจำนวนควอนตัม 3, 0, 0, -1/2 ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวในกรณีนี้คือคลอรีนคือจำนวนควอนตัม "l" คือ 0 เพราะอิเล็กตรอนมีวง "s" (3 วินาที).

เซอร์โคเนียม

การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์สำหรับเซอร์โคเนียมอะตอม (โลหะทรานซิชัน) คือ 1 วินาที²2s²SP⁶3S²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5S²4d². ในทำนองเดียวกันกับกรณีก่อนหน้านี้การแทนของวาเลนซ์ orbitals และอิเล็กตรอนมีดังนี้:

ดังนั้นตัวเลขควอนตัมสำหรับอิเล็กตรอนที่แตกต่างที่ทำเครื่องหมายเป็นสีเขียวคือ: 4, 2, -1, +1/2 ที่นี่เนื่องจากอิเล็กตรอนอยู่ในวงโคจรที่สอง "d" จึงมีจำนวนควอนตัม "m" เท่ากับ -1 นอกจากนี้เนื่องจากลูกศรชี้ขึ้นจำนวนการหมุน "s" จะเท่ากับ +1/2.

องค์ประกอบที่ไม่รู้จัก

หมายเลขควอนตัมของอิเลคตรอนแบบแยกส่วนสำหรับองค์ประกอบที่ไม่รู้จักคือ 3, 2, +2, -1/2 เลขอะตอม Z ขององค์ประกอบคืออะไร รู้ Z คุณสามารถถอดรหัสองค์ประกอบคืออะไร.

เวลานี้เนื่องจาก "n" มีค่าเท่ากับ 3 นั่นหมายความว่าองค์ประกอบอยู่ในช่วงเวลาที่สามของตารางธาตุโดยมี "d" orbitals เป็นเลเยอร์วาเลนซ์ ("l" เท่ากับ 2) ดังนั้นวงโคจรจะแสดงในตัวอย่างก่อนหน้านี้:

↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓

ตัวเลขควอนตัม "m" เท่ากับ +2 และ "s" เท่ากับ -1/2 เป็นกุญแจในการค้นหาตำแหน่งอิเลคตรอนที่แตกต่างในวงโคจร 3 มิติสุดท้าย.

ดังนั้นองค์ประกอบที่ต้องการคือวงโคจร 3 มิติ¹⁰ เต็มเหมือนกับชั้นอิเล็กทรอนิกส์ภายใน โดยสรุปองค์ประกอบคือโลหะสังกะสี (Zn).

อย่างไรก็ตามตัวเลขควอนตัมของอิเลคตรอนแบบแยกส่วนไม่สามารถแยกแยะระหว่างสังกะสีและทองแดงได้เนื่องจากชิ้นหลังมีวงโคจร 3 มิติเต็มรูปแบบ ทำไม? เพราะทองแดงเป็นโลหะที่ไม่สอดคล้องกับกฎการเติมอิเล็กตรอนด้วยเหตุผลควอนตัม.

การอ้างอิง

1. จิมแบรนสัน (2013) กฎของ Hund สืบค้นเมื่อวันที่ 21 เมษายน 2018 จาก: quantummechanics.ucsd.edu
2. การบรรยายตอนที่ 27: กฎของ Hund สืบค้นเมื่อวันที่ 21 เมษายน 2018 จาก: ph.qmul.ac.uk
3. มหาวิทยาลัยเพอร์ดู ตัวเลขควอนตัมและการกำหนดค่าอิเล็กตรอน สืบค้นเมื่อวันที่ 21 เมษายน 2018 จาก: chemed.chem.purdue.edu
4. สารานุกรมวิทยาศาสตร์ของ Salvat (1968) ฟิสิกส์ Salvat, S.A. ของ Ediciones Pamplona, ​​เล่มที่ 12, Spain, pp. 314-322.
5. วอลเตอร์เจมัวร์ (1963) เคมีเชิงฟิสิกส์ ใน อนุภาคและคลื่น. ฉบับที่สี่ Longmans.