ベストアンサー
相対論的効果に行かずに最初の部分に答えようとしています。電子のエネルギーが量子化されます。したがって、特定の量のエネルギーを吸収すると、次のような電子の新しいエネルギー量に対応するより高いレベルにジャンプします。放射線の形でエネルギーを失うと、基底状態に戻ります。
相対論的効果は、電子はほぼ光速に達します。楕円軌道を周回している間、電子は原子核に近づきます。落下を避けるために、ほぼ光速まで加速します。現在、相対性理論として、電子は質量を獲得し、宇宙の制限速度に違反しないようにしています。角運動量の変化により、その主軸がシフトし、軌道は次のようになります。
このエネルギーの変化原子スペクトルの微細構造で追跡することができます。これは電子の歳差運動と呼ばれます。他の相対論的効果は、室温での水銀の液体状態と、金とセシウムの黄金色です。相対論的効果も要素の数を制御します。陽子の数が増えると、1s電子への引力が高くなるため、1s電子は落下を避けるために高速で移動する必要があります。相対性理論によれば、この速度は光速を超えることはできないため、陽子の最大数、要素が所有できるのは137です。
編集：「質問の文字数が限られているため、あいまいさと違いが生じていることに気付きました。完全に質問します。ランタニドでは、4fではなく6d軌道に電子があります。私のChemの先生は、これは相対論的効果によるものだと言いました。これを説明できますか？」
ランタニドには6dではなく5d軌道があり、ランタンには4f軌道はありません。 5d = 5 + 2 = 7および4f = 4 + 3 = 7、4fの主量子数は（4 ）よりも小さいため、5dの前に4fを最初に埋める必要があります。 核電荷が増加すると、電子と原子核の間、および電子自体の間で複雑な一連の相互作用が発生します。 これが最終的に電子構成を生成するものです。したがって、電子配置は原子番号が増加するにつれて変化し、Madelung / aufbauの規則に違反します。より高い原子番号では、電子配置は原子の最終的な安定性に依存します。これは、電子の有効核電荷に依存します。 La（原子番号57）の場合、5dは4fよりも安定しています。したがって、4fの前に5dに入ります。
6sの電子は、光の速度に近い速度で移動し、核の近くのスクリーニング電子を透過して、相対論的効果を生み出します。これにより運動量が増加し、波長が減少するため、5dよりも6s収縮します。この相対論的効果と4fによる不十分なシールドは、ランタニド収縮を引き起こします。これがあなたの先生が言及していたことだと思います。
P.S. dブロック要素に見られるのと同様の効果。 4sには3dよりもスペースが多く、電子と電子の反発が少ないため、電子は最初に4s、次に3d に入ります。しかし、3dに入ると、4s電子よりも原子核に引き付けられます。したがって、酸化状態になると、に入った最後の電子を失うはずですが、3dからではなく4sから電子を放出するため、last-in-last-outルールに違反します。個々の原子の安定性がすべてです。 n + lルールは、スペクトル分析によって検証された、カルシウムまで正しい近似値を与えるだけです。したがって、重要なのは最終的な安定性です。私はこの分野の専門家ではありません。賢明な意見が必要です。
答え
原子の電子は特定のエネルギーの状態で存在します。基底状態の上には、電子が入ることができるさらなるエネルギーレベルがあり、適切なエネルギーの光子が原子によって吸収されると、電子は状態を変えることができ、通常は非常に短いより高いエネルギーレベルになります-異常な支援なしで生き、電子は直接または中間状態を介して基底状態に戻り、遷移するたびに、エネルギー差に対応するエネルギーの写真を放出します。これは相対性理論とは何の関係もありませんが、量子力学が初期の段階で進んだ理由です。これらの遷移とそれに伴う光子は、特徴的なスペクトルを生じさせます。
ここでの混乱は、金などの元素のスペクトルが人々が期待するものではないなど、一部の遷移では、金の色は相対論的効果によるものであると計算化学者が述べていることかもしれません。ここで、内部電子は非常に速く進んでいるため、公称速度はcのかなりの部分、つまり光速です。 （電子には古典的な意味での軌道がないことに注意してください。この「速度」は、ビリアル定理に従って運動エネルギーを持たなければならないものです。）議論は、そう外挿すると、銅と銀のスクリーニング用語と呼ばれ、金は道を外れています。私の意見では、これは間違っています-2つのポイントからの外挿は間違っています、そして私はこれが間違っている理由を示す論文を発表しました。それは今あなたの興味のレベルの外です。私の意見では、ベルトの下にもう少し物理学があるときにこれに戻る必要があります。現在のレベルでは、元素のスペクトルは、量子力学によって決定される定常状態間のエネルギー遷移によるものであることを受け入れてください。シュレディンガー方程式。一般に、エネルギーは相対性理論が重要であるには低すぎます。