Elettrone differenziale

Lui elettrone differenziale o Differenziatore è l'ultimo elettrone inserito nella sequenza della configurazione elettronica di un atomo. Come ti chiami? Per rispondere a questa domanda è necessario conoscere la struttura di base di un atomo: il suo nucleo, il vuoto e gli elettroni.

Il nucleo è un aggregato denso e compatto di particelle positive chiamate protoni e particelle neutre chiamate neutroni. I protoni definiscono il numero atomico Z e, insieme ai neutroni, costituiscono la massa atomica. Tuttavia, un atomo non può trasportare solo cariche positive; Pertanto gli elettroni orbitano attorno al nucleo per neutralizzarlo.

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Pertanto, per ogni protone che si aggiunge al nucleo, un nuovo elettrone è incorporato nei suoi orbitali per contrastare la carica positiva in crescita. In questo modo, il nuovo elettrone aggiunto, l'elettrone differenziale, è strettamente correlato al numero atomico Z.

L'elettrone differenziale si trova nello strato elettronico più esterno: lo strato di Valencia. Pertanto, più è il nucleo, maggiore è l'energia associata ad esso. Questa energia è responsabile della sua partecipazione, così come quella del resto degli elettroni di Valencia, nelle reazioni chimiche caratteristiche degli elementi.

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Numeri quantici

Oltre al resto degli elettroni, l'elettrone differenziale può essere identificato dai suoi quattro numeri quantici. Ma quali sono i numeri quantici? Sono "n", "l", "m" e "s".

Il numero quantico "N" indica le dimensioni dei livelli di atomo e energia (k, l, m, n, o, p, q). "L" è il numero quantico secondario o acemutale, che indica la forma degli orbitali atomici e prende valori di 0, 1, 2 e 3 per gli orbitali "S", "P", "D" e "F ", rispettivamente.

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"M" è il numero quantico magnetico e indica l'orientamento spaziale degli orbitali in un campo magnetico. Pertanto, 0 per l'orbitale "s"; -1, 0, +1, per l'orbitale "p"; -2, -1, 0, +1, +2, per l'orbitale "d"; e -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, per l'orbitale "F". Infine, il numero quantico di spin “S” (+1/2 per ↑ e -1/2 per ↓).

Pertanto, un elettrone differenziale ha associato i precedenti numeri quantici ("n", "l", "m", "s"). Poiché contrasta il nuovo carico positivo generato dal protone aggiuntivo, fornisce anche il numero atomico Z dell'elemento.

Come conoscere l'elettrone differenziale?

Nell'immagine superiore, le configurazioni elettroniche sono rappresentate per gli elementi dall'idrogeno a gas neon (H → NE).

In questo, gli elettroni degli strati aperti sono indicati con il colore rosso, mentre quelli degli strati chiusi sono indicati con il colore blu. Gli strati si riferiscono al numero quantico "N", il primo dei quattro.

In questo modo, la configurazione di Valencia dell'H (↑ del rosso) aggiunge un altro elettrone con orientamento opposto per diventare quello di HE (↓ ↑, entrambi blu perché ora il livello 1 è chiuso). Questo elettrone aggiunto è quindi l'elettrone differenziale.

Pertanto, si può osservare come l'elettrone differenziale si aggiunge allo strato di valenza (frecce rosse) dagli elementi, differenziandoli l'uno dall'altro. Gli elettroni riempiono gli orbitali che rispettano la regola del lavandino e il principio di esclusione di Pauling (perfettamente osservato da B a NE).

E che dire dei numeri quantici? Questi definiscono ogni freccia - cioè ogni elettrone - e i suoi valori possono essere corroborati con la configurazione elettronica per sapere se quelli dell'elettrone differenziale sono o no.

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Esempi di elettroni differenziali in diversi elementi

Cloro

Nel caso del cloro (Cl) il suo numero atomico z è uguale a 17. La configurazione elettronica è quindi 1s²2s²sp⁶3s²3p⁵. Gli orbitali contrassegnati in rosso corrispondono a quelli dello strato di Valencia, che presenta il livello 3 aperto.

L'elettrone differenziale è l'ultimo elettrone inserito nella configurazione elettronica e l'atomo di cloro è quello dell'orbitale 3p, la cui disposizione è la seguente:

↑ ↓ ↑ ↓ ↑ _

3px 3pz 3pz

(-1) (0) (+1)

Rispettando la regola del lavandino, gli orbitali 3p vengono prima riempiti di uguale energia (una freccia verso l'alto in ciascun orbitale). In secondo luogo, gli altri elettroni si accoppiano con elettroni da sinistra a destra da soli. L'elettrone differenziale è rappresentato in una cornice verde.

Pertanto, l'elettrone differenziale per il cloro ha i seguenti numeri quantici: (3, 1, 0, -1/2). Cioè, "n" è 3; "L" è 1, orbitale "p"; "M" è 0, perché è l'orbitale "P" del mezzo; E "s" è -1/2, poiché la freccia indica verso il basso.

Magnesio

Configurazione elettronica di magnesio. Fonte: Electron_Shell_012_Magnesio.SVG: Pumbaa (Opera originale di Greg Robson) lavoro derivato: Kizar, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

La configurazione elettronica per l'atomo di magnesio è 1s²2s²sp⁶3s², Rappresentando l'orbitale e il suo elettrone di Valencia allo stesso modo:

↑ ↓

3s

0

Questa volta, l'elettrone differenziale ha numeri quantici 3, 0, 0, -1/2. L'unica differenza in questo caso rispetto al cloro è che il numero quantico "L" è 0 perché l'elettrone occupa una "s" orbitale (i 3s).

Zirconio

La configurazione elettronica per l'atomo di zirconio (metallo di transizione) è 1s²2s²sp⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d². Allo stesso modo in cui i casi precedenti, la rappresentazione degli orbitali e degli elettroni di Valencia è la seguente:

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Pertanto, i numeri quantici per l'elettrone differenziale contrassegnato in verde sono: 4, 2, -1, +1/2. Qui, mentre l'elettrone occupa la seconda "d" orbitale, ha un numero quantico "m" uguale a -1. Inoltre, poiché la freccia punta in aumento, il suo numero di spin "s" è uguale a +1/2.

Elemento sconosciuto

I numeri quantici dell'elettrone differenziale per un elemento sconosciuto sono 3, 2, +2, -1/2. Qual è il numero atomico z dell'elemento? Conoscere Z può decifrare qual è l'elemento.

Questa volta, poiché "N" è lo stesso 3, significa che l'elemento è nel terzo periodo della tabella periodica, con orbitali "d" come strato di Valencia ("L" uguale a 2). Pertanto, gli orbitali sono rappresentati come nell'esempio precedente:

↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓

I numeri quantici "m" uguali a +2 e "s" uguali a -1/2, sono la chiave per individuare correttamente l'elettrone differenziale nell'ultimo orbitale 3D.

Pertanto, l'elemento richiesto ha orbitali 3D¹⁰ pieno, come i suoi strati elettronici interni. In conclusione, l'elemento è lo zinco metallico (Zn).

Tuttavia, il numero quantico dell'elettrone differenziale non può discernere tra zinco e rame, perché quest'ultimo elemento presenta anche orbitali 3D. Perché? Perché il rame è un metallo che fallisce con le regole di piena di elettroni per motivi quantici.

Riferimenti

1. Jim Branson. (2013). Regole di Sink. Estratto da quantumechanics.Ucsd.Edu
2. Lezione 27: Regole di Sink. Recuperato da pH.Qmul.AC.UK
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