الإلكترون التفاضلي: أرقام الكم ، وكيفية معرفة ذلك وأمثلة
الإلكترون التفاضلي أو التفاضلي 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 ؛ لذلك تدور الإلكترونات حول النواة لتحييدها.
وهكذا ، لكل بروتون يضاف إلى النواة ، يتم دمج إلكترون جديد في مداراته للتصدي للشحنة الإيجابية المتزايدة. بهذه الطريقة ، يرتبط الإلكترون الجديد المُضاف ، الإلكترون التفاضلي ، ارتباطًا وثيقًا بالرقم الذري Z.
الإلكترون التفاضلي في الطبقة الإلكترونية الخارجية: طبقة التكافؤ. لذلك ، كلما كنت بعيدًا عن النواة ، زادت الطاقة المرتبطة بها. هذه الطاقة مسؤولة عن مشاركتها ، وكذلك مشاركة بقية إلكترونات التكافؤ ، في التفاعلات الكيميائية المميزة للعناصر.
أرقام الكم
مثل بقية الإلكترونات ، يمكن تعريف الإلكترون التفاضلي بأعداده الكمومية الأربعة. ولكن ما هي الأرقام الكمومية؟ هم «n» و «l» و «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 قيمًا 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 ل «ق» المداري ؛ -1 ، 0 ، +1 ، لـ «p» المداري ؛ -2، -1، 0، +1، +2 for the المداري «d»؛ و -3 ، -2 ، -1 ، 0 ، +1 ، +2 ، +3 ، للمدار المداري «f». أخيرًا ، العدد الكمي لـ «الدوران» (+1/2 لـ ↑ ، و -1/2 لـ ↓).
لذلك ، يحتوي الإلكترون التفاضلي على أرقام الكم السابقة المرتبطة («n» ، «l» ، «m» ، «s»). نظرًا لأنه يقاوم الشحنة الإيجابية 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 (الملاحظ تمامًا من B إلى Ne).
وماذا عن الأرقام الكمومية؟ هذه تحدد كل سهم - أي كل إلكترون - ويمكن دعم قيمها بالتكوين الإلكتروني لمعرفة ما إذا كانت الإلكترون التفاضلي أم لا.
أمثلة في عدة عناصر
الكلور
بالنسبة لحالة الكلور (الكلور) ، فإن رقمها الذري Z يساوي 17. التكوين الإلكتروني هو 1s22s2sp63s23p5. تتوافق المدارات المميزة باللون الأحمر مع تلك الموجودة في طبقة التكافؤ ، والتي لها مستوى 3 مفتوح.
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 1s22s2sp63s2 ، ويمثل المدار والإلكترون التكافؤ بنفس الطريقة:
↑ ↓
3S
0
هذه المرة ، يحتوي الإلكترون التفاضلي على أرقام الكم 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 1s22s2sp63s23p64s23d104p65s24d2. على غرار الحالات السابقة ، فإن تمثيل المدارات التكافلية والإلكترونات على النحو التالي:
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 رقم الدوران الخاص به 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 في الفترة الثالثة من الجدول الدوري ، مع مدارات "d" كطبقة 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 الإلكترون التفاضلي بشكل صحيح في المدار ثلاثي الأبعاد الأخير.
وبالتالي ، فإن العنصر المطلوب هو مدارات 3d10 ممتلئة ، وكذلك طبقاتها 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.
