Numéros Quantum Electroniques Différentiels, Comment Le Connaître Et Des Exemples

Le électron différentiel ou différentiateur est le dernier électron placé dans la séquence de la configuration électronique d'un atome. Pourquoi son nom est-il? Pour répondre à cette question, la structure de base d'un atome est nécessaire: son noyau, son vide et ses électrons.

Le noyau est un agrégat dense et compact de particules positives appelées protons et de particules neutres appelées neutrons. Les protons définissent le numéro atomique Z et forment avec les neutrons la masse atomique. Cependant, un atome ne peut pas porter que des charges positives; donc les électrons orbitent autour du noyau pour le neutraliser.

Ainsi, pour chaque proton ajouté au noyau, un nouvel électron est incorporé dans ses orbitales pour contrer l'augmentation de la charge positive. De cette manière, le nouvel électron ajouté, l’électron différentiel, est étroitement lié au numéro atomique Z.

L'électron différentiel est dans la couche électronique la plus externe: la couche de valence. Par conséquent, plus vous êtes loin du noyau, plus l’énergie qui lui est associée est grande. Cette énergie est responsable de leur participation, ainsi que le reste des électrons de valence dans les caractéristiques des réactions chimiques des éléments.

Index

• 1 nombres quantiques
• 2 Comment connaître l'électron différentiel?
• 3 exemples dans plusieurs éléments
  • 3.1 chlore
  • 3.2 ↑↓  ↑↓  ↑_
  • 3.3 magnésium
  • 3.4 ↑↓
  • 3,5 zirconium
  • 3.6 Elément inconnu
  • 3.7 ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓
• 4 références

Nombres quantiques

Comme le reste des électrons, l'électron différentiel peut être identifié par ses quatre nombres quantiques. Mais quels sont les nombres quantiques? Ils sont "n", "l", "m" et "s".

Le nombre quantique "n" désigne la taille de l'atome et les niveaux d'énergie (K, L, M, N, O, P, Q). « L » est le nombre quantique secondaire ou azimutale, ce qui indique la forme des orbitales atomiques, et prend des valeurs de 0, 1, 2 et 3 de « s », « p » orbital, « d » et « f » , respectivement.

"M" est le nombre quantique magnétique et indique l'orientation spatiale des orbitales sous un champ magnétique. Ainsi, 0 pour l'orbitale "s"; -1, 0, +1, pour l'orbitale "p"; -2, -1, 0, +1, +2 pour l'orbitale "d"; et -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, pour l'orbitale "f". Enfin, le nombre quantique de spin "s" (+1/2 pour ↑ et -1/2 pour ↓).

Par conséquent, un électron différentiel a les nombres quantiques précédents associés ("n", "l", "m", "s"). Comme il contrecarre la nouvelle charge positive générée par le proton supplémentaire, il fournit également le numéro atomique Z de l'élément.

Comment connaître l'électron différentiel?

Dans l'image supérieure, les configurations électroniques pour les éléments de l'hydrogène au gaz néon (H → Ne) sont représentées.

En cela, les électrons des couches ouvertes sont indiqués avec la couleur rouge, tandis que ceux des couches fermées sont indiqués avec la couleur bleue. Les couches se réfèrent au nombre quantique "n", le premier des quatre.

Ainsi, la valence de configuration H (↑ rouge) ajoute un autre électron avec une orientation opposée à devenir I (↓ ↑, à la fois bleu parce que le niveau 1 est maintenant fermé). Cet électron ajouté est alors l'électron différentiel.

Ainsi, on peut voir graphiquement comment l'électron différentiel ajoute à la couche de valence (flèches rouges) des éléments, distincts les uns des autres. Électrons remplir le principe orbital le respect des règles de Hund et l'exclusion Pauling (parfaitement observé de B à Ne).

Et qu'en est-il des nombres quantiques? Ceux-ci définissent chacun -es flèche dire, chaque électron et leurs valeurs peuvent être établies par la configuration électronique pour connaître l'électron différentiel ou non.

Exemples dans plusieurs éléments

Chlore

Pour le cas du chlore (Cl), son numéro atomique Z est égal à 17. La configuration électronique est alors 1s²2s²sp⁶3s²3p⁵. Les orbitales marquées en rouge correspondent à celles de la couche de valence dont le niveau 3 est ouvert.

L'électron différentiel est le dernier électron placé dans la configuration électronique et l'atome de chlore est celui de l'orbitale 3p, dont la disposition est la suivante:

↑↓  ↑↓  ↑_

3px 3py 3pz

(-1)  (0)  (+1)

En respectant la règle de Hund, remplissez d'abord les orbitales 3p d'énergie égale (une flèche dans chaque orbitale). Deuxièmement, les autres électrons se couplent avec les électrons solitaires de gauche à droite. L'électron différentiel est représenté dans un cadre vert.

Ainsi, l'électron différentiel du chlore a les nombres quantiques suivants: (3, 1, 0, -1/2).C'est-à-dire que "n" est 3; "L" est 1, orbitale "p"; "M" est 0, car c'est l'orbitale "p" du milieu; et "s" est -1/2, puisque la flèche pointe vers le bas.

Magnésium

La configuration électronique de l'atome de magnésium est 1s²2s²sp⁶3s², représentant l'orbitale et son électron de valence de la même manière:

↑↓

3s

0

Cette fois, l'électron différentiel a les nombres quantiques 3, 0, 0, -1/2. La seule différence en ce qui concerne le chlore est que le nombre quantique "l" est égal à 0 car l'électron occupe une orbitale "s" (les 3).

Zirconium

La configuration électronique de l'atome de zirconium (métal de transition) est de 1s²2s²sp⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d². Au même titre que les cas précédents, la représentation des orbitales de valence et des électrons est la suivante:

Ainsi, les nombres quantiques pour l’électron différentiel marqué en vert sont: 4, 2, -1, +1/2. Ici, puisque l'électron occupe la deuxième orbitale "d", il a un nombre quantique "m" égal à -1. De plus, comme la flèche pointe vers le haut, son numéro de spin "s" est égal à +1/2.

Élément inconnu

Les nombres quantiques de l'électron différentiel pour un élément inconnu sont 3, 2, +2, -1/2. Quel est le numéro atomique Z de l'élément? Connaissant Z, vous pouvez déchiffrer l'élément.

Cette fois, puisque "n" est égal à 3, cela signifie que l'élément est dans la troisième période du tableau périodique, avec "d" orbitales comme couche de valence ("l" égal à 2). Par conséquent, les orbitales sont représentées comme dans l'exemple précédent:

↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓

Les nombres quantiques "m" égaux à +2, et "s" égal à -1/2, sont des clés pour localiser correctement l'électron différentiel dans la dernière orbitale 3d.

Ainsi, l'élément recherché a les orbitales 3d¹⁰ complet, tout comme ses couches électroniques internes. En conclusion, l'élément est en zinc métal (Zn).

Cependant, les nombres quantiques de l'électron différentiel ne peuvent pas distinguer le zinc et le cuivre, car ce dernier possède également des orbitales 3D complètes. Parce que? Parce que le cuivre est un métal qui ne respecte pas les règles de remplissage des électrons pour des raisons quantiques.

Références

1. Jim Branson (2013). Règles de Hund. Récupéré le 21 avril 2018 de: quantummechanics.ucsd.edu
2. Cours 27: Règles de Hund. Récupéré le 21 avril 2018 de: ph.qmul.ac.uk
3. Université Purdue. Numéros quantiques et configurations électroniques. Récupéré le 21 avril 2018 de: chemed.chem.purdue.edu
4. Salvat Encyclopédie des sciences. (1968). Physique Salvat, S.A. des Ediciones Pamplona, ​​volume 12, Espagne, pp. 314-322.
5. Walter J. Moore. (1963). Chimie physique Dans particules et vagues. Quatrième édition, Longmans.