Beste svaret
Jeg prøver å svare på den første delen uten å gå til den relativistiske effekten. Elektronens energi kvantiseres. Derfor, når den absorberer bestemte mengder energi, hopper den til det høyere nivået som tilsvarer den nye energimengden i elektron som ser omtrent slik ut. Den kommer tilbake til bakken når den mister energien i form av stråling.
Relativistisk effekt oppstår når hastigheten på elektron når nesten hastigheten på lyset. Mens det kretser i elliptisk bane, kommer elektronet nærmere kjernen. For å unngå å falle inn, akselererer den opp til nesten hastigheten på lyset. Nå som relativitetsteorien, får elektronen masse slik at den ikke bryter den kosmiske fartsgrensen. På grunn av endringen i vinkelmomentet, forskyves hovedaksen og banen ser ut som dette.
Denne endringen av energi kan spores i fin struktur av atomspektre. Dette kalles presesjon av elektron. Andre relativistiske effekter er flytende tilstand av kvikksølv ved romtemperatur og den gyldne fargen til gull og cesium. Relativistisk effekt styrer også antall elementer. Når antall protoner blir høyere, blir tiltrekningen til 1s-elektronet høyere, derfor må 1s-elektronet bevege seg i høy hastighet for å unngå å falle inn. I henhold til relativitetsteorien kan denne hastigheten ikke overstige lysets hastighet, så det maksimale antall protoner , et element kan ha, er 137.
Rediger: “Jeg innser at på grunn av grensen for tegn i spørsmålet har det forårsaket noe uklarhet og en annen spørsmålet helt. I Lanthanides er det elektroner i 6d orbital i stedet for 4f. Min Chem-lærer sa at dette er på grunn av den relativistiske effekten. Kan du forklare dette? ”
I Lanthanides er det 5d orbital, ikke 6d, og i Lanthanum er det ingen 4f orbital. 5d = 5 + 2 = 7 og 4f = 4 + 3 = 7, 4f har lavere prinsipp Kvantumnummer enn (4 ), 4f skal fylles først før 5d. Når kjerneladningen øker, er det et komplisert sett av interaksjoner mellom elektronene og kjernen, så vel som mellom elektronene selv. Dette er det som til slutt produserer en elektronisk konfigurasjon. Så elektronkonfigurasjonen varierer når atomnummeret øker, noe som bryter med Madelung / aufbau-regelen. Ved høyere atomnummer avhenger elektronkonfigurasjonen av den endelige stabiliteten til atom som avhenger av effektiv kjernefysisk ladning på elektronene. For La (Atomic Number 57) er 5d mer stabil enn 4f. Så den går inn i 5d før 4f.
6s-elektronene beveger seg med hastigheten nesten lysets hastighet, mens de trenger inn i screeningselektronene i nærheten av kjernen, og gir opphav til relativistisk effekt. Dette øker momentummet som reduserer bølgelengden og trekker seg sammen 6s mer enn 5d. Denne relativistiske effekten sammen med dårlig skjerming med 4f, gir opphav til Lanthanide-sammentrekning, jeg tror dette er det læreren din henviste til.
P.S. Den lignende effekten vil du finne i d-blokkelementer. Elektroner kommer først inn 4s deretter 3d fordi det er mer plass i 4s enn 3d, så det er mindre elektron-elektron frastøting. Men når de kommer inn i 3d, tiltrekkes de mer av kjernen enn 4-elektroner. Så når de går til oksidasjonstilstand, bør de miste det siste elektronet som ble angitt men de frigjør elektronet fra 4s, ikke fra 3d, og bryter dermed siste-i-siste-ut-regel . Det handler om stabiliteten til det enkelte atom. n + l-regel gir bare en tilnærming som er riktig til kalsium, verifisert ved spektralanalyse. Så det er den endelige stabiliteten som betyr noe. Jeg er ikke ekspert på dette feltet. Det kreves klok oppfatning.
Svar
Elektroner i atomer finnes i tilstander med spesifikk energi. Over jordtilstandene er det ytterligere energinivåer som elektronet kan være i, og hvis et foton av riktig energi absorberes av atomet, kan elektronet endre tilstander og vil da være i det høyere, som vanligvis er veldig kort -livet uten noen uvanlig assistanse, og elektronet faller tilbake til jordtilstanden, enten direkte eller gjennom en mellomtilstand, og ved hver overgang avgir den et bilde av energien som tilsvarer energiforskjellen. Dette har ingenting med relativitet å gjøre, selv om det er det som fikk kvantemekanikken i gang i de tidlige stadiene. Disse overgangene og de medfølgende fotonene gir karakteristiske spektre.
Forvirringen her kan være at med noen overganger, for eksempel et spektrum av et element som gull, ikke er helt det folk forventer, og beregningskemikere sier at fargen på gull skyldes en relativistisk effekt, der de indre elektronene går så fort at de har en nominell hastighet som en betydelig brøkdel av c, lysets hastighet. (Merk at elektronet IKKE har en bane i klassisk forstand; denne «hastigheten» er akkurat det den må ha for å ha en kinetisk energi i samsvar med den virale teoremet.) Argumentet er at hvis du ekstrapolerer so- kalt screeningbetegnelse for kobber og sølv, så er gull vei ut. Etter min mening er dette feil – ekstrapolering fra to punkter er feil, og jeg har publisert en artikkel som viser hvorfor dette er feil. Det er utenfor ditt interessenivå akkurat nå. Etter min mening bør du komme tilbake til dette når du har litt mer fysikk under beltet, og på ditt nåværende nivå, akseptere at spektrene til elementer ganske enkelt skyldes energioverganger mellom stasjonære tilstander som bestemmes gjennom kvantemekanikk, og spesifikt Schrodinger-ligning. Energiene er generelt for lave til at relativitet er viktig.