อิเล็กตรอนดิฟเฟอเรนเชียล: จำนวนควอนตัมและตัวอย่าง - เคมี - 2025

อิเล็กตรอนดิฟเฟอเรนเชียลหรือดิฟเฟอเรนเชียลเป็นอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายที่อยู่ในลำดับของการกำหนดค่าอิเล็กตรอนของอะตอม มันชื่ออะไร? เพื่อตอบคำถามนี้จำเป็นต้องมีโครงสร้างพื้นฐานของอะตอม: นิวเคลียสสุญญากาศและอิเล็กตรอน

นิวเคลียสเป็นอนุภาคบวกที่หนาแน่นและกะทัดรัดเรียกว่าโปรตอนและอนุภาคเป็นกลางเรียกว่านิวตรอน โปรตอนกำหนดเลขอะตอม Z และรวมกับนิวตรอนประกอบเป็นมวลอะตอม อย่างไรก็ตามอะตอมไม่สามารถมีเพียงประจุบวกเท่านั้น ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงโคจรรอบนิวเคลียสเพื่อทำให้เป็นกลาง

ดังนั้นสำหรับทุกโปรตอนที่เข้าร่วมนิวเคลียสอิเล็กตรอนใหม่จะเข้าร่วมวงโคจรของมันเพื่อต่อต้านประจุบวกที่เพิ่มขึ้น ด้วยวิธีนี้อิเล็กตรอนที่เพิ่มเข้ามาใหม่ซึ่งเป็นอิเล็กตรอนที่แตกต่างมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับเลขอะตอม Z

อิเล็กตรอนที่แตกต่างกันอยู่ในเปลือกอิเล็กทรอนิกส์ชั้นนอกสุด: วาเลนซ์เชลล์ ดังนั้นยิ่งคุณอยู่ห่างจากนิวเคลียสมากเท่าไหร่พลังงานที่เกี่ยวข้องก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น มันเป็นพลังงานที่รับผิดชอบต่อการมีส่วนร่วมของพวกเขาเช่นเดียวกับส่วนที่เหลือของเวเลนซ์อิเล็กตรอนในปฏิกิริยาทางเคมีขององค์ประกอบ

ตัวเลขควอนตัม

เช่นเดียวกับอิเล็กตรอนที่เหลืออิเล็กตรอนที่แตกต่างสามารถระบุได้ด้วยเลขควอนตัมทั้งสี่ของมัน แต่ตัวเลขควอนตัมคืออะไร? พวกเขาคือ "n", "l", "m" และ "s"

จำนวนควอนตัม "n" หมายถึงขนาดของอะตอมและระดับพลังงาน (K, L, M, N, O, P, Q) « L »เป็นเลขควอนตัมรองหรือ azimuthal ซึ่งบ่งบอกถึงรูปร่างของออร์บิทัลอะตอมและรับค่า 0, 1, 2 และ 3 สำหรับออร์บิทัล« s », « p », « d »และ« f » ตามลำดับ

"M" คือเลขควอนตัมแม่เหล็กและบ่งชี้การวางแนวเชิงพื้นที่ของวงโคจรภายใต้สนามแม่เหล็ก ดังนั้น 0 สำหรับออร์บิทัล« s »; -1, 0, +1 สำหรับออร์บิทัล "p"; -2, -1, 0, +1, +2 สำหรับออร์บิทัล "d"; และ -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 สำหรับออร์บิทัล "f" สุดท้ายหมายเลขควอนตัมหมุน« s » (+1/2 สำหรับ↑และ -1/2 สำหรับ↓)

ดังนั้นอิเล็กตรอนที่แตกต่างจึงเชื่อมโยงกับตัวเลขควอนตัมก่อนหน้านี้ ("n", "l", "m", "s") เนื่องจากมันต่อต้านประจุบวกใหม่ที่สร้างโดยโปรตอนส่วนเกินจึงให้เลขอะตอมของธาตุ Z ด้วย

จะทราบอิเล็กตรอนที่แตกต่างได้อย่างไร?

ภาพด้านบนแสดงการกำหนดค่าอิเล็กตรอนสำหรับองค์ประกอบจากไฮโดรเจนเป็นก๊าซนีออน (H → Ne)

ในสิ่งนี้อิเล็กตรอนของเปลือกหอยเปิดจะถูกระบุด้วยสีแดงในขณะที่ของเปลือกหอยปิดจะแสดงด้วยสีฟ้า เลเยอร์หมายถึงจำนวนควอนตัม "n" ซึ่งเป็นอันดับแรกของทั้งสี่

ด้วยวิธีนี้การกำหนดค่าความจุของ H (↑เป็นสีแดง) จะเพิ่มอิเล็กตรอนอีกตัวหนึ่งที่มีทิศทางตรงกันข้ามให้กลายเป็นของ He (↓↑ทั้งสีน้ำเงินเพราะตอนนี้ระดับ 1 ถูกปิด) อิเล็กตรอนที่เพิ่มเข้ามานี้จะเป็นอิเล็กตรอนที่แตกต่างกัน

ดังนั้นในทางกราฟิกจึงสามารถเห็นได้ว่าอิเล็กตรอนที่แตกต่างกันเพิ่มเข้าไปในเปลือกวาเลนซ์ (ลูกศรสีแดง) ขององค์ประกอบอย่างไรโดยทำให้พวกมันแตกต่างจากกัน อิเล็กตรอนเติมเต็มวงโคจรตามกฎของ Hund และหลักการกีดกันของ Pauling (สังเกตได้อย่างสมบูรณ์แบบจาก B ถึง Ne)

แล้วเลขควอนตัมล่ะ? สิ่งเหล่านี้กำหนดลูกศรแต่ละลูกนั่นคืออิเล็กตรอนแต่ละตัวและค่าของมันสามารถยืนยันได้กับโครงร่างของอิเล็กตรอนเพื่อให้ทราบว่าเป็นของอิเล็กตรอนที่แตกต่างกันหรือไม่

ตัวอย่างในหลายองค์ประกอบ

คลอรีน

ในกรณีของคลอรีน (Cl) จำนวนอะตอม Z มีค่าเท่ากับ 17 อิเล็กตรอนเป็นแล้ว 1S ² 2s ² SP ⁶ 3s ² 3p 5 ออร์บิทัลที่ทำเครื่องหมายด้วยสีแดงตรงกับของวาเลนซ์เชลล์ซึ่งมีระดับเปิด 3

อิเล็กตรอนที่แตกต่างเป็นอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายที่จะวางในโครงร่างของอิเล็กตรอนและอะตอมของคลอรีนเป็นของออร์บิทัล 3p ซึ่งมีการจัดเรียงดังนี้:

↑↓

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

ตามกฎของ Hund วงโคจร 3p ที่มีพลังงานเท่ากันจะถูกเติมเต็มก่อน (ลูกศรขึ้นในแต่ละวงโคจร) ประการที่สองอิเล็กตรอนอีกตัวจะจับคู่กับอิเล็กตรอนตัวเดียวจากซ้ายไปขวา อิเล็กตรอนที่แตกต่างจะแสดงในกรอบสีเขียว

ดังนั้นอิเล็กตรอนที่แตกต่างกันของคลอรีนจึงมีตัวเลขควอนตัมดังต่อไปนี้: (3, 1, 0, -1/2) นั่นคือ "n" คือ 3; "L" คือ 1 ออร์บิทัล "p"; "M" คือ 0 เนื่องจากเป็นออร์บิทัล "p" ตรงกลาง และ "s" คือ -1/2 เนื่องจากลูกศรชี้ลง

แมกนีเซียม

โครงร่างอิเล็กตรอนสำหรับอะตอมแมกนีเซียมคือ 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ²ซึ่งแสดงถึงออร์บิทัลและเวเลนซ์อิเล็กตรอนในลักษณะเดียวกัน:

↑↓

3s

0

คราวนี้อิเล็กตรอนที่แตกต่างมีเลขควอนตัม 3, 0, 0, -1/2 ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวในกรณีนี้เกี่ยวกับคลอรีนคือจำนวนควอนตัม« l »เป็น 0 เนื่องจากอิเล็กตรอนอยู่ในวงโคจร« s » (3s)

เซอร์โคเนียม

การกำหนดค่าสำหรับอิเล็กตรอนเซอร์โคเนียม (เปลี่ยนแปลงโลหะ) อะตอมเป็น 1s ² 2s ² SP ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d 2 ในทำนองเดียวกันกับกรณีก่อนหน้านี้การแสดงออร์บิทัลและเวเลนซ์อิเล็กตรอนมีดังนี้:

ดังนั้นจำนวนควอนตัมสำหรับอิเล็กตรอนที่แตกต่างที่ทำเครื่องหมายด้วยสีเขียวคือ 4, 2, -1, +1/2 ที่นี่เนื่องจากอิเล็กตรอนอยู่ในวงโคจร "d" ที่สองจึงมีจำนวนควอนตัม "m" เท่ากับ -1 นอกจากนี้เนื่องจากลูกศรชี้ขึ้นจำนวนหมุน "s" จึงเท่ากับ +1/2

องค์ประกอบที่ไม่รู้จัก

จำนวนควอนตัมของอิเล็กตรอนที่แตกต่างกันสำหรับองค์ประกอบที่ไม่รู้จักคือ 3, 2, +2, -1/2 เลขอะตอม Z ของธาตุคืออะไร? การรู้ Z คุณสามารถเข้าใจได้ว่าองค์ประกอบคืออะไร

คราวนี้เนื่องจาก "n" เท่ากับ 3 หมายความว่าองค์ประกอบนั้นอยู่ในช่วงที่สามของตารางธาตุโดยมี "d" ออร์บิทัลเป็นวาเลนซ์เชลล์ ("l" เท่ากับ 2) ดังนั้นวงโคจรจะแสดงดังตัวอย่างก่อนหน้านี้:

↑↓

เลขควอนตัม "m" เท่ากับ +2 และ "s" เท่ากับ -1/2 เป็นกุญแจสำคัญในการระบุตำแหน่งของอิเล็กตรอนที่แตกต่างกันอย่างถูกต้องในออร์บิทัล 3 มิติสุดท้าย

ดังนั้นองค์ประกอบที่ต้องการจึงมีวงโคจร¹⁰มิติเต็มรูปแบบ¹⁰มิติรวมทั้งเปลือกอิเล็กทรอนิกส์ภายใน สรุปได้ว่าองค์ประกอบคือโลหะสังกะสี (Zn)

อย่างไรก็ตามจำนวนควอนตัมของอิเล็กตรอนที่แตกต่างไม่สามารถแยกความแตกต่างระหว่างสังกะสีและทองแดงได้เนื่องจากองค์ประกอบหลังมีวงโคจร 3 มิติเต็มรูปแบบ ทำไม? เนื่องจากทองแดงเป็นโลหะที่ไม่เป็นไปตามกฎการเติมอิเล็กตรอนด้วยเหตุผลทางควอนตัม

อ้างอิง

1. จิมแบรนสัน (2013) กฎของ Hund สืบค้นเมื่อ 21 เมษายน 2561 จาก: quantummechanics.ucsd.edu
2. บทที่ 27: กฎของ Hund สืบค้นเมื่อ 21 เมษายน 2561, จาก: ph.qmul.ac.uk
3. มหาวิทยาลัย Purdue การกำหนดค่าตัวเลขควอนตัมและอิเล็กตรอน สืบค้นเมื่อ 21 เมษายน 2561 จาก: chemed.chem.purdue.edu
4. สารานุกรมวิทยาศาสตร์ Salvat (1968) Física Salvat, SA de Ediciones Pamplona, ​​เล่ม 12, สเปน, หน้า 314-322
5. วอลเตอร์เจมัวร์ (1963) เคมีกายภาพ. ในอนุภาคและคลื่น รุ่นที่สี่ Longmans