อิเล็กตรอนเชิงอนุพันธ์: ตัวเลขควอนตัม, วิธีการรู้และตัวอย่าง
อิเล็กตรอนแบบ ดิฟเฟอเรน เชียล หรือดิฟเฟอเรน นิง เป็น อิเล็กตรอน ตัวสุดท้ายที่เรียงตามลำดับการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม ทำไมชื่อของเขา? ในการตอบคำถามนี้จำเป็นต้องมีโครงสร้างพื้นฐานของอะตอมนั่นคือนิวเคลียสสุญญากาศและอิเล็กตรอน
นิวเคลียสเป็นมวลรวมหนาแน่นของอนุภาคบวกที่เรียกว่าโปรตอนและอนุภาคเป็นกลางที่เรียกว่านิวตรอน โปรตอนกำหนดหมายเลขอะตอม Z และร่วมกับนิวตรอนพวกมันประกอบขึ้นเป็นมวลอะตอม อย่างไรก็ตามอะตอมไม่สามารถมีประจุบวกเท่านั้น ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงโคจรรอบนิวเคลียสเพื่อทำให้เป็นกลาง
ดังนั้นสำหรับโปรตอนแต่ละอันที่ถูกเพิ่มเข้าไปในนิวเคลียสอิเล็กตรอนใหม่จะถูกรวมเข้าไปในวงโคจรของมันเพื่อต่อต้านประจุบวกที่เพิ่มขึ้น ด้วยวิธีนี้อิเล็กตรอนที่เพิ่มเข้ามาใหม่ซึ่งเป็นอิเล็กตรอนที่แตกต่างนั้นมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับเลขอะตอม Z
อิเล็กตรอนที่ต่างกันอยู่ในเลเยอร์อิเล็กทรอนิกส์ภายนอกสุดคือเลเยอร์วาเลนซ์ ดังนั้นยิ่งคุณอยู่ห่างจากนิวเคลียสมากเท่าไหร่พลังงานที่เกี่ยวข้องก็ยิ่งมากเท่านั้น พลังงานนี้รับผิดชอบการมีส่วนร่วมเช่นเดียวกับส่วนที่เหลือของอิเล็กตรอนวาเลนซ์ในลักษณะปฏิกิริยาทางเคมีขององค์ประกอบ
ตัวเลขควอนตัม
เช่นเดียวกับส่วนที่เหลือของอิเล็กตรอนอิเล็กตรอนที่แตกต่างสามารถระบุได้โดยตัวเลขควอนตัมสี่ตัว 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" คือหมายเลขควอนตัมแม่เหล็กและบ่งชี้การวางแนวอวกาศของวงโคจรภายใต้สนามแม่เหล็ก ดังนั้น 0 สำหรับ« s »วงโคจร; -1, 0, +1, สำหรับ« p » orbital; -2, -1, 0, +1, +2, สำหรับวงโคจร« d »; และ -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 สำหรับวงโคจร« f » สุดท้ายจำนวนควอนตัมของการหมุน« s » (+1/2 สำหรับ↑และ -1/2 สำหรับ↓)
ดังนั้นอิเล็กตรอนที่แตกต่างจึงมีตัวเลขควอนตัมก่อนหน้าที่เกี่ยวข้อง (« n », « l », « m », « s ») เนื่องจากมันตอบโต้ประจุบวกใหม่ที่สร้างขึ้นโดยโปรตอนเพิ่มเติมมันจึงให้เลขอะตอม Z ขององค์ประกอบ
จะรู้ได้อย่างไรว่าอิเล็กตรอนต่างกัน
ในภาพด้านบนแสดงการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์สำหรับองค์ประกอบจากไฮโดรเจนเป็นก๊าซนีออน (H → Ne)
ในนี้อิเล็กตรอนของเลเยอร์ที่เปิดจะถูกระบุด้วยสีแดงในขณะที่อิเลคตรอนของชั้นที่ปิดนั้นจะถูกแสดงด้วยสีฟ้า เลเยอร์อ้างถึงจำนวนควอนตัม "n" แรกของสี่
ด้วยวิธีนี้การกำหนดค่าความจุของ H (↑ของสีแดง) เพิ่มอิเล็กตรอนอีกตัวที่มีทิศทางตรงข้ามเพื่อให้กลายเป็นของเขา (↓↑สีน้ำเงินทั้งสองเพราะตอนนี้ระดับ 1 ถูกปิด) อิเล็กตรอนที่เพิ่มเข้ามานี้ก็คืออิเล็กตรอนอนุพันธ์
ด้วยเหตุนี้มันสามารถสังเกตเห็นได้ว่ามีการเพิ่มอิเล็กตรอนต่างกันในเลเยอร์เลเยอร์ (ลูกศรสีแดง) ขององค์ประกอบโดยแยกความแตกต่างจากกันและกัน อิเล็กตรอนจะเติมวงโคจรที่เคารพกฎของ Hund และหลักการของการแยกตัวของ Pauling (สังเกตได้อย่างสมบูรณ์จาก B ถึง Ne)
แล้วตัวเลขควอนตัมล่ะ? สิ่งเหล่านี้กำหนดลูกศรแต่ละอัน - นั่นคืออิเล็กตรอนแต่ละตัว - และค่าของมันสามารถยืนยันด้วยการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์เพื่อรู้ว่าพวกเขาเป็นอิเล็กตรอนที่แตกต่างกันหรือไม่
ตัวอย่างในองค์ประกอบหลายอย่าง
คลอรีน
สำหรับกรณีของคลอรีน (Cl) เลขอะตอมของมัน Z เท่ากับ 17 การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์คือ 1s22s2sp63s23p5 วงโคจรที่ทำเครื่องหมายด้วยสีแดงจะสัมพันธ์กับเลเยอร์เลเยอร์ซึ่งเปิดระดับ 3
อิเลคตรอนแบบดิฟเฟอเรนเชียลเป็นอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายที่อยู่ในรูปแบบอิเล็กทรอนิกส์และอะตอมของคลอรีนคือ 3p ของการโคจรซึ่งมีการจัดการดังนี้:
↑↓↑↓↑ _
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, วงโคจร« p »; "M" คือ 0 เพราะมันคือ "p" การโคจรของสื่อ และ« s »คือ -1/2 เนื่องจากลูกศรชี้ลง
แมกนีเซียม
การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์สำหรับอะตอมแมกนีเซียมคือ 1s22s2sp63s2 ซึ่งแสดงถึงการโคจรและอิเล็กตรอนของวาเลนซ์ในลักษณะเดียวกัน:
↑↓
3S
0
เวลานี้อิเล็กตรอนอนุพันธ์จะมีจำนวนควอนตัม 3, 0, 0, -1/2 ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวในกรณีนี้คือคลอรีนคือจำนวนควอนตัม "l" คือ 0 เพราะอิเล็กตรอนมีวง "s" (3 วินาที)
เซอร์โคเนียม
การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์สำหรับอะตอมเซอร์โคเนียม (โลหะทรานซิชัน) คือ 1s22s2sp63s23p64s23d104p65s24d2 ในทำนองเดียวกันกับกรณีก่อนหน้านี้การแทนของวาเลนซ์ orbitals และอิเล็กตรอนมีดังต่อไปนี้:
ดังนั้นตัวเลขควอนตัมสำหรับอิเล็กตรอนที่แตกต่างที่ทำเครื่องหมายเป็นสีเขียวคือ: 4, 2, -1, +1/2 ที่นี่เนื่องจากอิเล็กตรอนอยู่ในวงโคจรที่สอง "d" จึงมีจำนวนควอนตัม "m" เท่ากับ -1 นอกจากนี้เนื่องจากลูกศรชี้ขึ้นจำนวนการหมุนของ« s »จะเท่ากับ +1/2
องค์ประกอบที่ไม่รู้จัก
หมายเลขควอนตัมของอิเลคตรอนแบบแยกส่วนสำหรับองค์ประกอบที่ไม่รู้จักคือ 3, 2, +2, -1/2 เลขอะตอม Z ขององค์ประกอบคืออะไร เมื่อรู้ Z คุณสามารถถอดรหัสองค์ประกอบได้
เวลานี้เนื่องจาก "n" เท่ากับ 3 หมายความว่าองค์ประกอบนั้นอยู่ในช่วงที่สามของตารางธาตุโดยมี orbitals "d" เป็นเลเยอร์วาเลนซ์ ("l" เท่ากับ 2) ดังนั้นวงโคจรจะแสดงในตัวอย่างก่อนหน้านี้:
↓↓↑↓↑↓↑↓↑↓
ตัวเลขควอนตัม "m" เท่ากับ +2 และ "s" เท่ากับ -1/2 เป็นกุญแจที่จะค้นหาตำแหน่งอิเลคตรอนที่แตกต่างในวงโคจรสามมิติสุดท้ายได้อย่างถูกต้อง
ดังนั้นองค์ประกอบที่ต้องการมีวงโคจร 3d10 เต็มเช่นเดียวกับเลเยอร์อิเล็กทรอนิกส์ภายใน โดยสรุปองค์ประกอบคือโลหะสังกะสี (Zn)
อย่างไรก็ตามตัวเลขควอนตัมของอิเลคตรอนแบบแยกส่วนไม่สามารถแยกแยะระหว่างสังกะสีและทองแดงได้เนื่องจากชิ้นหลังมีวงโคจร 3 มิติเต็มรูปแบบ ทำไม? เพราะทองแดงเป็นโลหะที่ไม่สอดคล้องกับกฎการเติมอิเล็กตรอนด้วยเหตุผลควอนตัม
