Bedste svar
Jeg prøver at besvare den første del uden at gå til den relativistiske effekt. Elektronens energi kvantiseres. Derfor, når den absorberer en bestemt mængde energi, hopper den til det højere niveau, der svarer til den nye energimængde i elektron, der ser sådan ud. Den kommer tilbage til sin grundtilstand, når den mister energien i form af stråling.
Relativistisk effekt opstår, når hastigheden på elektron når næsten hastigheden af lysets hastighed. Mens det kredser i en elliptisk vej, kommer elektronen tættere på kernen. For at undgå at falde ind, accelererer det op til næsten lysets hastighed. Nu som relativitetsteorien vinder elektronen masse, så den ikke overtræder den kosmiske hastighedsgrænse. På grund af ændringen i vinkelmoment skifter dens hovedakse, og kredsløbet ser sådan ud.
Denne ændring af energi kan spores i fin struktur af atomspektre. Dette kaldes elektronpression. Andre relativistiske effekter er flydende tilstand af kviksølv ved stuetemperatur og den gyldne farve af guld og cæsium. Relativistisk effekt styrer også antallet af elementer. Efterhånden som antallet af protoner bliver højere, bliver dets tiltrækning til 1s-elektronen højere, hvorfor 1s-elektronen skal bevæge sig med høj hastighed for at undgå at falde ind. I henhold til relativitetsteorien kan denne hastighed ikke overstige lysets hastighed, så det maksimale antal protoner , et element kan have, er 137.
Rediger: “Jeg er klar over, at på grund af grænsen for tegn i spørgsmålet har forårsaget en vis vaghed og en spørgsmål helt. I Lanthaniderne er der elektroner i 6d orbital i stedet for 4f. Min kemlærer sagde, at dette skyldtes den relativistiske effekt. Kan du forklare dette? ”
I Lanthanides er der 5d orbital, ikke 6d, og i Lanthanum er der ingen 4f orbital. 5d = 5 + 2 = 7 og 4f = 4 + 3 = 7, 4f har lavere princip Kvantumtal end (4 ), 4f skal udfyldes først inden 5d. Når nuklear ladning stiger, er der et kompliceret sæt interaktioner mellem elektronerne og kernen såvel som mellem elektronerne selv. Dette er, hvad der i sidste ende producerer en elektronisk konfiguration. Så elektronkonfiguration varierer, når atomnummeret stiger, hvilket overtræder Madelung / aufbau-reglen. Ved højere atomnummer afhænger elektronkonfigurationen af den endelige stabilitet af atom, som afhænger af effektiv nuklear ladning på elektronerne. For La (atomnummer 57) er 5d mere stabil end 4f. Så den kommer ind i 5d før 4f.
6s-elektronerne bevæger sig med hastigheden næsten lysets hastighed, mens de trænger ind i screeningselektronerne nær kernen, hvilket giver anledning til relativistisk effekt. Dette øger dens momentum, hvilket formindsker dets bølgelængde og kontraherer 6s mere end 5d. Denne relativistiske effekt sammen med dårlig afskærmning ved 4f giver anledning til Lanthanid-sammentrækning, jeg tror, det er det, din lærer henviste til.
P.S. Den lignende effekt finder du i d-blokelementer. Elektroner indtaster først 4s derefter 3d fordi der er mere plads i 4s end 3d, så der er mindre elektron-elektronafstødning. Men når de først kommer ind i 3d, bliver de mere tiltrukket af kerner end 4ers elektroner. Så når de går til oxidationstilstand, skal de miste den sidste elektron, der blev indtastet , men de frigiver elektronen fra 4s, ikke fra 3d, og overtræder således sidste-i-sidste-ud-regel . Det handler om stabilitet af det enkelte atom. n + l-regel giver bare en tilnærmelse, der er korrekt indtil Calcium, verificeret ved spektralanalyse. Så det er den endelige stabilitet, der betyder noget. Jeg er ikke ekspert på dette område. Der kræves klog mening.
Svar
Elektroner i atomer findes i tilstande med specifik energi. Over jordtilstande er der yderligere energiniveauer, som elektronen kan være i, og hvis en foton af den passende energi absorberes af atomet, så kan elektronen ændre tilstand og vil så være i den højere, hvilket normalt er meget kort -levet uden usædvanlig hjælp, og elektronen falder tilbage til jordtilstanden, enten direkte eller gennem en mellemtilstand, og med hver overgang udsender den foto af den energi, der svarer til den energiforskel. Dette har intet at gøre med relativitet, selvom det er det, der fik kvantemekanik til at gå i de tidlige stadier. Disse overgange og de medfølgende fotoner giver anledning til karakteristiske spektre.
Forvirringen her kan være, at med nogle overgange, såsom spektret af et element som guld ikke er helt, hvad folk forventer, og beregningskemikere siger, at farven på guld skyldes en relativistisk effekt, hvor de indre elektroner går så hurtigt, at de har en nominel hastighed, som en betydelig brøkdel af c, lysets hastighed. (Bemærk, at elektronen IKKE har en bane i klassisk forstand; denne “hastighed” er netop, hvad den skal have for at have en kinetisk energi i overensstemmelse med virialsætningen.) Argumentet er, hvis du ekstrapolerer so- kaldes screeningbetegnelse for kobber og sølv, så er guld ude. Efter min mening er dette forkert – ekstrapolering fra to punkter er forkert, og jeg har offentliggjort et papir, der viser, hvorfor dette er forkert. Det er uden for dit interesseniveau lige nu. Efter min mening bør du vende tilbage til dette, når du har lidt mere fysik under dit bælte, og på dit nuværende niveau skal du acceptere, at elementernes spektre simpelthen skyldes energiomskiftninger mellem stationære tilstande, der bestemmes gennem kvantemekanik og specifikt Schrodinger ligning. Energierne er generelt alt for lave til, at relativitet kan være vigtig.