أرقام الكم الإلكترون التفاضلية ، كيف نعرفها وأمثلة

ال الإلكترون التفاضلي أو التفاضل هو آخر إلكترون يوضع في تسلسل التكوين الإلكتروني للذرة. لماذا اسمه؟ للإجابة على هذا السؤال ، فإن البنية الأساسية للذرة ضرورية: النواة والفراغ والإلكترونات.

النواة عبارة عن مجموعة كثيفة مدمجة من الجسيمات الموجبة تسمى البروتونات ، وجزيئات محايدة تسمى النيوترونات. تعرف البروتونات الرقم الذري Z ، وكذلك النيوترونات ، تشكل الكتلة الذرية. ومع ذلك ، لا يمكن أن تحمل الذرة شحنة موجبة فقط ؛ لهذا السبب تدور الإلكترونات حول النواة لتحييدها. 

وهكذا ، لكل بروتون يضاف إلى النواة ، يتم دمج إلكترون جديد في مداراته للتصدي للشحنة الإيجابية المتزايدة. وبهذه الطريقة ، يرتبط الإلكترون الجديد المضافة ، الإلكترون التفاضلي ، ارتباطًا وثيقًا بالرقم الذري Z.

يوجد الإلكترون التفاضلي في الطبقة الإلكترونية الخارجية: طبقة التكافؤ. لذلك ، كلما كنت بعيدًا عن النواة ، زادت الطاقة المرتبطة بها. هذه الطاقة هي المسؤولة عن مشاركتها ، وكذلك بقية الإلكترونات التكافؤ ، في التفاعلات الكيميائية المميزة للعناصر.

مؤشر

• 1 أرقام الكم
• 2 كيف تعرف الإلكترون التفاضلي?
• 3 أمثلة في عدة عناصر
  • 3.1 الكلور
  • 3.2 ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ _
  • 3.3 المغنيسيوم
  • 3.4 ↑ ↓
  • 3.5 الزركونيوم
  • 3.6 عنصر غير معروف
  • 3.7 ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓
• 4 المراجع

أرقام الكم

مثل بقية الإلكترونات ، يمكن تعريف الإلكترون التفاضلي بأعداده الكمومية الأربعة. ولكن ما هي الأرقام الكمومية؟ هم "n" ، "l" ، "m" و "s".

يشير الرقم الكم "n" إلى حجم الذرة ومستويات الطاقة (K ، L ، M ، N ، O ، P ، Q). "L" هو رقم الكم الثانوي أو السمتي ، الذي يشير إلى شكل المدارات الذرية ، ويأخذ قيم 0 و 1 و 2 و 3 بالنسبة للمدارات "s" و "p" و "d" و "f" ، على التوالي.

"M" هو الرقم الكم المغناطيسي ويشير إلى الاتجاه المكاني للمدارات تحت مجال مغناطيسي. وهكذا ، 0 من أجل المدارية "s" ؛ -1 ، 0 ، +1 ، من أجل المدارية "p" ؛ -2، -1، 0، +1، +2 for the المداري "d"؛ و -3 ، -2 ، -1 ، 0 ، +1 ، +2 ، +3 ، للمدار "f". أخيرًا ، العدد الكمي لـ "دوران" (+1/2 لـ ↑ ، و -1/2 لـ ↓).

لذلك ، يحتوي الإلكترون التفاضلي على الأرقام الكمومية السابقة المرتبطة ("n" ، "l" ، "m" ، "s"). لأنه يتصدى للشحنة الموجبة الجديدة الناتجة عن البروتون الإضافي ، فإنه يوفر أيضًا الرقم الذري Z للعنصر.

كيف تعرف الإلكترون التفاضلي?

في الصورة العليا ، يتم تمثيل التكوينات الإلكترونية للعناصر من الهيدروجين إلى غاز النيون (H → Ne).

في هذا ، يشار إلى إلكترونات الطبقات المفتوحة باللون الأحمر ، بينما يشار إلى تلك الإلكترونات من الطبقات المغلقة باللون الأزرق. تشير الطبقات إلى الرقم الكم "n" ، الأول من الأربعة.

وبهذه الطريقة ، يضيف تكوين التكافؤ لـ H (red من اللون الأحمر) إلكترونًا آخر ذو اتجاه معاكس ليصبح هو He (↑ ↑ ، كلاهما أزرق لأن المستوى 1 مغلق الآن). هذا الإلكترون المضافة هو الإلكترون التفاضلي.

وهكذا ، من الناحية الرسومية ، يمكن ملاحظة كيفية إضافة الإلكترون التفاضلي إلى طبقة التكافؤ (الأسهم الحمراء) للعناصر ، وتمييزها عن بعضها البعض. تملأ الإلكترونات المدارات التي تحترم حكم هوند ومبدأ استبعاد بولينج (تمت ملاحظته تمامًا من B إلى Ne).

وماذا عن الأرقام الكمومية؟ يحدد ذلك كل سهم - أي كل إلكترون - ويمكن دعم قيمها بالتكوين الإلكتروني لمعرفة ما إذا كانوا الإلكترون التفاضلي أم لا..

أمثلة في عدة عناصر

الكلور

بالنسبة لحالة الكلور (الكلور) ، فإن رقمها الذري Z يساوي 17. التكوين الإلكتروني يساوي 1 ثانية²2S²س⁶3S²3P⁵. تتوافق المدارات المميزة باللون الأحمر مع تلك الموجودة في طبقة التكافؤ ، والتي تعرض المستوى 3 مفتوحًا.

الإلكترون التفاضلي هو آخر إلكترون يوضع في التكوين الإلكتروني ، وذرة الكلور هي تلك الموجودة في المدار 3p ، والذي يكون التخلص منه كما يلي:

↑ ↓  ↑ ↓  ↑ _

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

فيما يتعلق بقاعدة Hund ، املأ أولاً مدارات 3p من الطاقة المتساوية (سهم واحد للأعلى في كل مدار). ثانياً ، الإلكترونات الأخرى تتزاوج مع الإلكترونات الانفرادية من اليسار إلى اليمين. يتم تمثيل الإلكترون التفاضلي في إطار أخضر.

وبالتالي ، فإن الإلكترون التفاضلي للكلور لديه أرقام الكم التالية: (3 ، 1 ، 0 ، -1/2). وهذا هو ، "ن" هو 3 ؛ "L" هي 1 ، المدارية "p" ؛ "M" تساوي 0 ، لأنها المدار "p" للوسط ؛ و "s" هي -1/2 ، لأن السهم يشير لأسفل.

المغنيسيوم

التكوين الإلكتروني لذرة المغنيسيوم هو 1 ثانية²2S²س⁶3S², يمثل المدار والإلكترون التكافؤ بنفس الطريقة:

↑ ↓

3S

0

هذه المرة ، يحتوي الإلكترون التفاضلي على الأرقام الكمومية 3 ، 0 ، 0 ، -1/2. والفرق الوحيد في هذه الحالة فيما يتعلق بالكلور هو أن العدد الكمي "l" يساوي 0 لأن الإلكترون يشغل المدار "s" (3s).

الزركونيوم

التكوين الإلكتروني لذرة الزركونيوم (معدن الانتقال) هو 1 ثانية²2S²س⁶3S²3P⁶4S²3D¹⁰4P⁶5S²4D². بنفس طريقة الحالات السابقة ، يكون تمثيل المدارات التكافلية والإلكترونات كما يلي:

وبالتالي ، فإن الأرقام الكمومية للإلكترون التفاضلي الموضحة باللون الأخضر هي: 4 ، 2 ، -1 ، +1/2. هنا ، بما أن الإلكترون يشغل المدار الثاني "d" ، فإنه يحتوي على عدد كمي "m" يساوي -1. أيضًا ، نظرًا لأن السهم يشير إلى الأعلى ، فإن رقمه "تدور" يساوي +1/2.

عنصر غير معروف

الأرقام الكمومية للإلكترون التفاضلي لعنصر غير معروف هي 3 ، 2 ، +2 ، -1/2. ما هو الرقم الذري Z للعنصر؟ مع العلم Z يمكنك فك ما هو العنصر.

هذه المرة ، بما أن "n" تساوي 3 ، فهذا يعني أن العنصر هو في الفترة الثالثة من الجدول الدوري ، مع مدارات "d" باعتبارها طبقة التكافؤ ("l" تساوي 2). لذلك ، يتم تمثيل المدارات كما في المثال السابق:

↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

الأرقام الكمية "m" التي تساوي +2 و "s" التي تساوي -1/2 ، هي مفاتيح لتحديد موقع الإلكترون التفاضلي بشكل صحيح في آخر المدار ثلاثي الأبعاد.

وبالتالي ، فإن العنصر المطلوب هو المدارات ثلاثية الأبعاد¹⁰ كامل ، تماما مثل الطبقات الإلكترونية الداخلية. في الختام ، العنصر هو معدن الزنك (الزنك).

ومع ذلك ، لا يمكن للأعداد الكمومية للإلكترون التفاضلي التمييز بين الزنك والنحاس ، لأن الأخير يحتوي أيضًا على مدارات ثلاثية الأبعاد كاملة. لماذا؟ لأن النحاس معدن لا يتوافق مع قواعد ملء الإلكترونات لأسباب كمومية.

مراجع

1. جيم برانسون (2013). قواعد هوند تم الاسترجاع في 21 أبريل 2018 ، من: quantummechanics.ucsd.edu
2. محاضرة 27: قواعد هوند. تم الاسترجاع في 21 أبريل 2018 من: ph.qmul.ac.uk
3. جامعة بوردو. أعداد الكم وتكوينات الإلكترون. تم الاسترجاع في 21 أبريل 2018 ، من: chemed.chem.purdue.edu
4. موسوعة سلفات للعلوم. (1968). فيزياء سلفات ، س. Ediciones Pamplona ، المجلد 12 ، إسبانيا ، الصفحات 314-322.
5. والتر جيه مور. (1963). كيمياء فيزيائية في الجزيئات والأمواج. الطبعة الرابعة ، Longmans.