Mejor respuesta
Estoy tratando de responder la primera parte sin pasar al efecto relativista. La energía del electrón se cuantifica. Por lo tanto, cuando absorbe cuantos de energía particulares, salta al nivel superior que corresponde a la nueva cantidad de energía en el electrón que se parece a esto. Vuelve a su estado fundamental cuando pierde la energía en forma de radiación.
El efecto relativista ocurre cuando la velocidad de El electrón alcanza casi la velocidad de la luz. Mientras orbita en trayectoria elíptica, el electrón se acerca al núcleo. Para evitar caer, acelera hasta casi la velocidad de la luz. Ahora, según la teoría de la relatividad, el electrón gana masa para no violar el límite de velocidad cósmica. Debido al cambio en el momento angular, su eje mayor se desplaza y la órbita se parece a esto.
Este cambio de energía se puede rastrear en la estructura fina de los espectros atómicos. A esto se le llama precesión de electrones. Otros efectos relativistas son el estado líquido de Mercurio a temperatura ambiente y el color dorado del oro y el cesio. El efecto relativista también controla el número de elementos. A medida que aumenta el número de protones, su atracción por el electrón 1s aumenta, por lo que el electrón 1s debe moverse a alta velocidad para evitar caer. Según la teoría de la relatividad, esta velocidad no puede exceder la velocidad de la luz, por lo que el número máximo de protones , un elemento puede poseer, es 137.
Editar: «Me doy cuenta de que debido al límite de caracteres en la pregunta ha causado cierta vaguedad y una diferencia pregunta por completo. En los lantánidos hay electrones en el orbital 6d en lugar del 4f. Mi profesor de química dijo que esto se debe al efecto relativista. ¿Puedes explicar esto? ”
En los lantánidos, hay un orbital 5d, no 6d y en el lantano, no hay un orbital 4f. 5d = 5 + 2 = 7 y 4f = 4 + 3 = 7, 4f tiene un número cuántico de principio más bajo que (4 ), 4f debe llenarse primero antes de 5d. A medida que aumenta la carga nuclear, existe un complicado conjunto de interacciones entre los electrones y el núcleo, así como entre los propios electrones. Esto es lo que finalmente produce una configuración electrónica. Entonces, la configuración electrónica varía a medida que aumenta el número atómico, lo que viola la regla de Madelung / aufbau. A un número atómico más alto, la configuración electrónica depende de la estabilidad final del átomo, que depende de la carga nuclear efectiva de los electrones. Para La (número atómico 57), 5d es más estable que 4f. Entonces ingresa 5d antes que 4f.
Los electrones 6s se mueven a una velocidad cercana a la de la luz, mientras penetran los electrones de pantalla cerca del núcleo, dando lugar a un efecto relativista. Esto aumenta su impulso, lo que disminuye su longitud de onda, contrayéndose 6s más que 5d. Este efecto relativista, junto con un escudo deficiente de 4f, da lugar a la contracción de lantánidos, creo que a esto se refería su maestro.
P.D. El efecto similar que encontrará en los elementos del bloque d. Los electrones primero ingresan 4s y luego 3d porque hay más espacio en 4s que en 3d, por lo que hay menos repulsión electrón-electrón. Pero una vez que entran en 3d, se sienten más atraídos por el núcleo que los electrones 4s. Entonces, cuando pasan al estado de oxidación, deberían perder el último electrón ingresado pero liberan el electrón de 4s, no de 3d, violando así la regla de último en entrar . Se trata de la estabilidad del átomo individual. La regla n + l solo da una aproximación que es correcta hasta el calcio, verificado por análisis espectral. Así que lo que importa es la estabilidad final. No soy un experto en este campo. Se requiere una opinión sensata.
Respuesta
Los electrones en los átomos existen en estados de energía específica. Por encima del suelo, hay otros niveles de energía en los que puede estar el electrón, y si el átomo absorbe un fotón de la energía adecuada, entonces el electrón puede cambiar de estado y luego estará en el superior, que suele ser muy corto. -vive sin alguna ayuda inusual, y el electrón vuelve al estado fundamental, ya sea directamente o a través de un estado intermedio, y con cada transición emite una foto de la energía correspondiente a la diferencia de energía. Esto no tiene nada que ver con la relatividad, aunque es lo que impulsó la mecánica cuántica en las primeras etapas. Estas transiciones, y los fotones que las acompañan, dan lugar a espectros característicos.
La confusión aquí podría ser que con algunas transiciones, como el espectro de un elemento como el oro, no es exactamente lo que la gente espera, y los químicos computacionales afirman que el color del oro se debe a un efecto relativista, donde los electrones internos van tan rápido que tienen una velocidad nominal que es una fracción significativa de c, la velocidad de la luz. (Tenga en cuenta que el electrón NO tiene una trayectoria en el sentido clásico; esta «velocidad» es justo lo que tendría que tener para tener una energía cinética de acuerdo con el teorema del virial.) El argumento es, si extrapola el así- llamado término de detección para el cobre y la plata, entonces el oro está muy lejos. En mi opinión, esto está mal: extrapolar desde dos puntos está mal, y he publicado un artículo que muestra por qué esto está mal. Eso está fuera de su nivel de interés en este momento. En mi opinión, debería volver a esto cuando tenga algo más de física en su haber, y en su nivel actual, acepte que el espectro de los elementos se debe simplemente a las transiciones de energía entre estados estacionarios que se determinan a través de la mecánica cuántica, y específicamente la Ecuación de Schrodinger. Las energías son demasiado bajas en general para que la relatividad sea importante.