Nejlepší odpověď
Snažím se odpovědět na první část, aniž bych přešel k relativistickému efektu. Energie elektronu je kvantována. Když tedy absorbuje určité množství energie, skočí na vyšší úroveň, která odpovídá novému množství energie v elektronu, které vypadá nějak takto. Vrátí se do základního stavu, když ztratí energii ve formě záření.
Relativistický efekt nastane, když rychlost elektron dosahuje téměř rychlosti světla. Při obíhání po eliptické dráze se elektron blíží k jádru. Aby se zabránilo pádu dovnitř, zrychluje až na téměř rychlost světla. Nyní, jako teorie relativity, elektron získává hmotu tak, aby neporušoval limit kosmické rychlosti. Kvůli změně momentu hybnosti se její hlavní osa posune a oběžná dráha vypadá asi takto.
Tato změna energie lze vysledovat v jemné struktuře atomových spekter. Tomu se říká precese elektronu. Dalšími relativistickými efekty jsou kapalný stav rtuti při pokojové teplotě a zlatá barva zlata a cesia. Relativistický efekt také řídí počet prvků. Jak se počet protonů zvyšuje, jeho přitažlivost k elektronu 1 s se zvyšuje, proto se elektron 1 s musí pohybovat vysokou rychlostí, aby se zabránilo pádu dovnitř. Podle teorie relativity nemůže tato rychlost překročit rychlost světla, takže maximální počet protonů , prvek, který může vlastnit, je 137.
Upravit: „Uvědomuji si, že vzhledem k limitu znaků v otázce způsobila určitá neurčitost a odlišnost otázka úplně. V lanthanidech jsou elektrony na 6d oběžné dráze místo 4f. Můj učitel chemie řekl, že je to kvůli relativistickému efektu. Můžeš to vysvětlit? “
V Lanthanides je 5d orbitál, ne 6d a v Lanthanum není 4f orbitál. 5d = 5 + 2 = 7 a 4f = 4 + 3 = 7, 4f má nižší princip Kvantové číslo než (4 ), 4f by měl být vyplněn jako první před 5d. Jak se zvyšuje jaderný náboj, existuje složitá sada interakcí mezi elektrony a jádrem i mezi elektrony samotnými. To je to, co nakonec vytváří elektronickou konfiguraci. Konfigurace elektronů se tedy mění s rostoucím atomovým číslem, což porušuje pravidlo Madelung / aufbau. Při vyšším atomovém čísle závisí elektronová konfigurace na konečné stabilitě atomu, která závisí na účinném jaderném náboji na elektronech. Pro La (atomové číslo 57) je 5d stabilnější než 4f. Vstupuje tedy do 5d před 4f.
Elektrony 6s se pohybují téměř rychlostí světla, zatímco pronikají skríningovými elektrony blízko jádra, což vede k relativistickému efektu. Tím se zvyšuje jeho hybnost, která snižuje jeho vlnovou délku, čímž se smršťuje o 6 s více než 5 d. Tento relativistický efekt spolu se špatným stíněním 4f vede k lanthanidové kontrakci, myslím, že to měl na mysli váš učitel.
P.S. Podobný efekt najdete v prvcích d-bloku. Elektrony nejdříve zadají 4 s, poté 3d , protože za 4 s je více prostoru než 3d, takže dochází k menšímu odpuzování elektronů od elektronů. Ale jakmile vstoupí do 3d, přitahují je více jádra než elektrony za 4 s. Když tedy přecházejí do oxidačního stavu, měli by ztratit poslední zadaný elektron , ale uvolní elektron ze 4 s, ne z 3d, čímž porušují pravidlo last-in-last-out . Je to všechno o stabilitě jednotlivého atomu. Pravidlo n + l udává aproximaci, která je správná až do vápníku, ověřeno spektrální analýzou. Důležitá je tedy konečná stabilita. Nejsem odborník v této oblasti. Je nutný moudrý názor.
Odpověď
Elektrony v atomech existují ve stavech specifické energie. Nad základními stavy jsou další energetické úrovně, ve kterých může být elektron, a pokud je atom fotonu příslušné energie absorbován, může elektron měnit stavy a poté bude ve vyšší, která je obvykle velmi krátká – žil bez neobvyklé pomoci a elektron spadl zpět do základního stavu, buď přímo, nebo prostřednictvím přechodného stavu, a při každém přechodu vyzařuje fotografii energie odpovídající rozdílu energie. To nemá nic společného s relativitou, i když právě to v počátečních fázích rozběhlo kvantovou mechaniku. Tyto přechody a doprovodné fotony vytvářejí charakteristická spektra.
Nejasnosti zde mohou spočívat v tom, že u některých přechodů, jako je spektrum prvku, jako je zlato, není zcela to, co lidé očekávají, a výpočetní chemici tvrdí, že barva zlata je dána relativistickým efektem, kde vnitřní elektrony jdou tak rychle, že mají jmenovitou rychlost, mj. významný zlomek c, rychlost světla. (Všimněte si, že elektron NEMÁ trajektorii v klasickém smyslu; tato „rychlost“ je právě to, co by musela mít kinetická energie v souladu s viriální větou.) Argumentem je, pokud extrapolujete nazývaný screeningový termín pro měď a stříbro, pak je zlato cestou ven. Podle mého názoru je to špatné – extrapolace ze dvou bodů je špatná a já jsem publikoval článek, který ukazuje, proč je to špatné. To je teď mimo vaši úroveň zájmu. Podle mého názoru byste se k tomu měli vrátit, když máte za sebou více fyziky a na vaší současné úrovni akceptujte, že spektra prvků jsou jednoduše způsobena energetickými přechody mezi stacionárními stavy, které jsou určovány kvantovou mechanikou, a konkrétně Schrodingerova rovnice. Energie jsou obecně příliš nízké na to, aby byla relativita důležitá.