Migliore risposta
Sto cercando di rispondere alla prima parte senza passare alleffetto relativistico. Lenergia dellelettrone è quantizzata. Pertanto, quando assorbe particolari quanti di energia, salta al livello più alto che corrisponde alla nuova quantità di energia nellelettrone che assomiglia a questo. Torna al suo stato fondamentale quando perde lenergia sotto forma di radiazione.
Leffetto relativistico si verifica quando la velocità di lelettrone raggiunge quasi quella della velocità della luce. Mentre orbita in un percorso ellittico, lelettrone si avvicina al nucleo. Per evitare di cadere, accelera fino quasi alla velocità della luce. Ora, come teoria della relatività, lelettrone guadagna massa in modo da non violare il limite di velocità cosmica. A causa della variazione del momento angolare, il suo asse principale si sposta e lorbita ha un aspetto simile a questo.
Questo cambiamento di energia può essere rintracciato nella struttura fine degli spettri atomici. Questo si chiama precessione dellelettrone. Altri effetti relativistici sono lo stato liquido del mercurio a temperatura ambiente e il colore dorato delloro e del cesio. Leffetto relativista controlla anche il numero di elementi. Man mano che il numero di protoni aumenta, la sua attrazione per lelettrone 1s aumenta quindi lelettrone 1s deve muoversi ad alta velocità per evitare di cadere. Secondo la teoria della relatività, questa velocità non può superare la velocità della luce quindi il numero massimo di protoni , un elemento può possedere, è 137.
Modifica: “Mi rendo conto che a causa del limite di caratteri nella domanda ha causato una certa vaghezza e un diverso domanda interamente. Nei lantanidi ci sono elettroni nellorbitale 6d invece che nel 4f. Il mio insegnante di chimica ha detto che questo è dovuto alleffetto relativistico. Puoi spiegarlo? “
In Lanthanides, cè 5d orbitale, non 6d e in Lanthanum, non cè 4f orbitale. 5d = 5 + 2 = 7 e 4f = 4 + 3 = 7, 4f ha un numero quantico di principio inferiore a (4 ), 4f deve essere riempito prima di 5d. Man mano che la carica nucleare aumenta, cè un insieme complicato di interazioni tra gli elettroni e il nucleo, nonché tra gli elettroni stessi. Questo è ciò che alla fine produce una configurazione elettronica. Quindi la configurazione elettronica varia allaumentare del numero atomico, il che viola la regola di Madelung / aufbau. A un numero atomico più alto la configurazione elettronica dipende dalla stabilità finale dellatomo che dipende dalla carica nucleare effettiva degli elettroni. Per La (numero atomico 57), 5d è più stabile di 4f. Quindi entra in 5d prima di 4f.
Gli elettroni 6s si muovono a una velocità prossima a quella della luce, mentre penetrano negli elettroni schermanti vicino al nucleo, dando luogo a un effetto relativistico. Ciò aumenta la sua quantità di moto che diminuisce la sua lunghezza donda contraendo così 6s più di 5d. Questo effetto relativistico insieme alla scarsa schermatura da 4f, danno origine alla contrazione dei lantanidi, penso che questo sia ciò a cui si riferiva il tuo insegnante.
P.S. Leffetto simile lo troverai negli elementi d-block. Gli elettroni immettono prima 4s poi 3d perché cè più spazio in 4s che in 3d, quindi cè meno repulsione elettrone-elettrone. Ma una volta che entrano in 3d, vengono attratti più dal nucleo che dagli elettroni 4s. Quindi, quando passano allo stato di ossidazione, dovrebbero perdere lultimo elettrone inserito ma rilasciano lelettrone da 4s, non da 3d, violando così la regola dellultimo in ultimo . Riguarda la stabilità del singolo atomo. La regola n + l fornisce solo unapprossimazione corretta fino al calcio, verificata mediante analisi spettrale. Quindi è la stabilità finale che conta. Non sono esperto in questo campo. È necessaria unopinione saggia.
Risposta
Gli elettroni negli atomi esistono in stati di energia specifica. Al di sopra degli stati fondamentali ci sono ulteriori livelli di energia in cui può trovarsi lelettrone e se un fotone dellenergia appropriata viene assorbito dallatomo, lelettrone può cambiare stato e sarà quindi in quello superiore, che di solito è molto breve -vive senza un aiuto inusuale, e lelettrone ricade allo stato fondamentale, direttamente o attraverso uno stato intermedio, e ad ogni transizione emette foto dellenergia corrispondente alla differenza di energia. Questo non ha nulla a che fare con la relatività, sebbene sia ciò che ha fatto funzionare la meccanica quantistica nelle prime fasi. Queste transizioni, e i fotoni di accompagnamento, danno origine a spettri caratteristici.
La confusione qui potrebbe essere che con alcune transizioni, come lo spettro di un elemento come loro, non sono esattamente ciò che le persone si aspettano, e i chimici computazionali affermano che il colore delloro è dovuto a un effetto relativistico, dove gli elettroni interni stanno andando così veloci da avere una velocità nominale che tra laltro è una frazione significativa di c, la velocità della luce. (Si noti che lelettrone NON ha una traiettoria nel senso classico; questa “velocità” è proprio ciò che dovrebbe avere per avere unenergia cinetica in accordo con il teorema viriale.) Largomento è, se si estrapola la so- chiamato termine di screening per rame e argento, quindi loro è una via duscita. A mio parere, questo è sbagliato: estrapolare da due punti è sbagliato e ho pubblicato un documento che mostra perché questo è sbagliato. Questo è al di fuori del tuo livello di interesse in questo momento. Secondo me dovresti tornare su questo quando hai un po più di fisica sotto la cintura e, al tuo livello attuale, accettare che gli spettri degli elementi sono semplicemente dovuti alle transizioni energetiche tra stati stazionari che sono determinati dalla meccanica quantistica, e in particolare il Equazione di Schrödinger. Le energie sono troppo basse in generale perché la relatività sia importante.