ELEKTRON PEMBEZAAN: NOMBOR DAN CONTOH KUANTUM - KIMIA - 2025

The pengkamiran atau membezakan elektron adalah elektron terakhir diletakkan di urutan konfigurasi elektron bagi atom. Siapa namanya? Untuk menjawab soalan ini, struktur asas atom diperlukan: inti, vakum dan elektronnya.

Inti adalah agregat zarah positif yang padat dan padat yang disebut proton, dan zarah neutral yang disebut neutron. Proton menentukan nombor atom Z dan, bersama dengan neutron, membentuk jisim atom. Walau bagaimanapun, atom tidak dapat membawa muatan positif sahaja; oleh itu elektron mengorbit di sekitar nukleus untuk meneutralkannya.

Oleh itu, bagi setiap proton yang bergabung dengan nukleus, elektron baru bergabung dengan orbitnya untuk mengatasi kenaikan cas positif. Dengan cara ini, elektron yang baru ditambahkan, elektron pembezaan, berkait rapat dengan nombor atom Z.

Elektron pembezaan terdapat dalam shell elektronik terluar: shell valensi. Oleh itu, semakin jauh anda dari inti, semakin besar tenaga yang berkaitan dengannya. Tenaga inilah yang bertanggungjawab untuk penyertaan mereka, dan juga tenaga elektron valens yang lain, dalam tindak balas kimia ciri unsur tersebut.

Nombor kuantum

Seperti elektron yang lain, elektron pembezaan dapat dikenal pasti dengan empat nombor kuantumnya. Tetapi apa itu nombor kuantum? Mereka adalah "n", "l", "m" dan "s".

Nombor kuantum "n" menunjukkan ukuran atom dan tahap tenaga (K, L, M, N, O, P, Q). «L» adalah nombor kuantum sekunder atau azimuthal, yang menunjukkan bentuk orbit atom, dan mengambil nilai 0, 1, 2 dan 3 untuk orbital «s», «p», «d» dan «f» , masing-masing.

"M" adalah nombor kuantum magnetik dan menunjukkan orientasi spasial orbit di bawah medan magnet. Oleh itu, 0 untuk orbital «s»; -1, 0, +1, untuk orbit "p"; -2, -1, 0, +1, +2, untuk orbit "d"; dan -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, untuk orbit "f". Akhirnya, nombor kuantum putaran «s» (+1/2 untuk ↑, dan -1/2 untuk ↓).

Oleh itu, elektron pembezaan telah menghubungkan nombor kuantum sebelumnya ("n", "l", "m", "s"). Kerana menangkis cas positif baru yang dihasilkan oleh proton tambahan, ia juga memberikan nombor atom unsur Z.

Bagaimana mengetahui elektron pembezaan?

Gambar di atas mewakili konfigurasi elektron untuk elemen dari hidrogen hingga gas neon (H → Ne).

Dalam hal ini, elektron dari cangkang terbuka ditunjukkan dengan warna merah, sementara cengkerang tertutup ditunjukkan dengan warna biru. Lapisan merujuk kepada nombor kuantum "n", yang pertama dari empat.

Oleh itu, konfigurasi valensi H (↑ dalam warna merah) menambah elektron lain dengan orientasi berlawanan untuk menjadi yang Dia (↓ ↑, kedua-duanya berwarna biru kerana sekarang tahap 1 ditutup). Elektron tambahan ini kemudiannya adalah elektron pembezaan.

Oleh itu, secara grafik dapat dilihat bagaimana elektron pembezaan menambah shell valensi (anak panah merah) unsur-unsur, membezakannya antara satu sama lain. Elektron memenuhi orbit yang menghormati peraturan Hund dan prinsip pengecualian Pauling (diperhatikan dengan sempurna dari B hingga Ne).

Dan bagaimana dengan nombor kuantum? Ini menentukan setiap anak panah - iaitu setiap elektron - dan nilainya dapat diselaraskan dengan konfigurasi elektron untuk mengetahui sama ada mereka adalah elektron pembezaan atau tidak.

Contohnya dalam pelbagai unsur

Klorin

Bagi klorin (Cl), nombor atomnya sama dengan 17. Konfigurasi elektron adalah 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁵ . Orbit yang ditandai dengan warna merah sesuai dengan cangkang valens, yang mempunyai tahap terbuka 3.

Elektron pembezaan adalah elektron terakhir yang diletakkan dalam konfigurasi elektron, dan atom klorin adalah orbit 3p, yang susunannya adalah seperti berikut:

↑ ↓

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

Menghormati peraturan Hund, orbit 3p dengan tenaga yang sama diisi terlebih dahulu (anak panah ke atas di setiap orbit). Kedua, elektron lain berpasangan dengan elektron tunggal dari kiri ke kanan. Elektron pembezaan ditunjukkan dalam bingkai hijau.

Oleh itu, elektron pembezaan untuk klorin mempunyai nombor kuantum berikut: (3, 1, 0, -1/2). Iaitu, "n" adalah 3; "L" ialah 1, orbit "p"; "M" adalah 0, kerana ia adalah orbit "p" tengah; dan "s" adalah -1/2, kerana anak panah menunjuk ke bawah.

Magnesium

Konfigurasi elektron untuk atom magnesium adalah 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² , mewakili orbital dan elektron valensinya dengan cara yang sama:

↑ ↓

3s

0

Kali ini, elektron pembezaan mempunyai nombor kuantum 3, 0, 0, -1/2. Satu-satunya perbezaan dalam kes ini berkaitan dengan klorin ialah nombor kuantum "l" adalah 0 kerana elektron menempati orbit "s" (3s).

Zirkonium

Konfigurasi elektron bagi atom zirkonium (logam peralihan) ialah 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ² . Dengan cara yang sama seperti kes sebelumnya, perwakilan elektron orbital dan valensi adalah seperti berikut:

Oleh itu, nombor kuantum bagi elektron pembezaan yang ditandakan dengan warna hijau adalah: 4, 2, -1, +1/2. Di sini, kerana elektron menempati orbit "d" kedua, ia mempunyai nombor kuantum "m" sama dengan -1. Juga, kerana anak panah menunjuk ke atas, angka putarannya "s" sama dengan +1/2.

Elemen tidak diketahui

Nombor kuantum elektron pembezaan bagi unsur yang tidak diketahui ialah 3, 2, +2, -1/2. Berapakah nombor atom unsur Z? Mengetahui Z anda dapat mengetahui elemen apa itu.

Kali ini, kerana "n" sama dengan 3, ini bermaksud bahawa elemen tersebut berada pada periode ketiga dari jadual berkala, dengan orbital "d" sebagai shell valensi ("l" sama dengan 2). Oleh itu, orbit dinyatakan seperti contoh sebelumnya:

↑ ↓

Nombor kuantum "m" sama dengan +2, dan "s" sama dengan -1/2, adalah kunci untuk menentukan elektron pembezaan dengan betul pada orbit 3d terakhir.

Oleh itu, elemen yang dicari mempunyai orbit ^{10 10} penuh, dan juga cengkerang elektronik dalamannya. Kesimpulannya, elemen tersebut ialah zink logam (Zn).

Walau bagaimanapun, bilangan kuantum elektron pembezaan tidak dapat membezakan antara zink dan tembaga, kerana unsur terakhir juga mempunyai orbital 3d penuh. Kenapa? Kerana tembaga adalah logam yang tidak mematuhi peraturan untuk mengisi elektron dengan alasan kuantum.

Rujukan

1. Jim Branson. (2013). Peraturan Hund. Diakses pada 21 April 2018, dari: quantummechanics.ucsd.edu
2. Kuliah 27: Peraturan Hund. Diakses pada 21 April 2018, dari: ph.qmul.ac.uk
3. Universiti Purdue. Nombor Kuantum dan Konfigurasi Elektron. Diakses pada 21 April 2018, dari: chemed.chem.purdue.edu
4. Salvat Ensiklopedia Sains. (1968). Física Salvat, SA de Ediciones Pamplona, ​​jilid 12, Sepanyol, halaman 314-322.
5. Walter J. Moore. (1963). Kimia Fizikal. Dalam zarah dan gelombang. Edisi keempat, Longmans.