Beste antwoord
Ik probeer het eerste deel te beantwoorden zonder naar het relativistische effect te gaan. De energie van elektronen wordt gekwantiseerd. Daarom, wanneer het bepaalde energiequanta absorbeert, springt het naar het hogere niveau dat overeenkomt met de nieuwe energiehoeveelheid in elektronen die er ongeveer zo uitziet. Het keert terug naar zijn grondtoestand wanneer het de energie in de vorm van straling verliest.
Relativistisch effect treedt op wanneer de snelheid van elektron bereikt bijna die van de lichtsnelheid. Terwijl het in een elliptische baan ronddraait, komt het elektron dichter bij de kern. Om vallen te voorkomen, versnelt het tot de bijna lichtsnelheid. Als relativiteitstheorie krijgt het elektron massa zodat het de kosmische snelheidslimiet niet schendt. Vanwege de verandering in impulsmoment, verschuift de hoofdas en ziet de baan er ongeveer zo uit.
Deze energieverandering kan worden getraceerd in fijne structuur van atomaire spectra. Dit wordt precessie van elektronen genoemd. Andere relativistische effecten zijn de vloeibare toestand van kwik bij kamertemperatuur en de gouden kleur van goud en cesium. Relativistisch effect bepaalt ook het aantal elementen. Naarmate het aantal protonen hoger wordt, wordt de aantrekkingskracht naar het 1s-elektron groter, daarom moet het 1s-elektron met hoge snelheid bewegen om te voorkomen dat het erin valt. Volgens de relativiteitstheorie kan deze snelheid de lichtsnelheid niet overschrijden, dus het maximale aantal protonen , een element kan bezitten, is 137.
Bewerken: “Ik realiseer me dat vanwege de limiet van tekens in de vraag enige vaagheid en een andere vraag helemaal. In de Lanthanides bevinden zich elektronen in de 6d-orbitaal in plaats van de 4f. Mijn scheikundige zei dat dit komt door het relativistische effect. Kun je dit uitleggen? ”
In Lanthanides is er orbitaal 5d, niet 6d en in Lanthanum is er geen orbitaal 4f. 5d = 5 + 2 = 7 en 4f = 4 + 3 = 7, 4f heeft een lager principe Quantumgetal dan (4 ), 4f moet eerst worden gevuld vóór 5d. Naarmate de nucleaire lading toeneemt, is er een gecompliceerde reeks interacties tussen de elektronen en de kern en ook tussen de elektronen onderling. Dit is wat uiteindelijk een elektronische configuratie oplevert. Dus de elektronenconfiguratie varieert naarmate het atoomnummer toeneemt, wat in strijd is met de Madelung / aufbau-regel. Bij een hoger atoomnummer hangt de elektronenconfiguratie af van de uiteindelijke stabiliteit van het atoom die afhangt van de effectieve nucleaire lading op de elektronen. Voor La (atoomnummer 57) is 5d stabieler dan 4f. Dus het gaat 5d binnen vóór 4f.
De 6s-elektronen bewegen met de snelheid die bijna die van het licht is, terwijl ze de afschermende elektronen nabij de kern binnendringen, wat aanleiding geeft tot een relativistisch effect. Dit verhoogt zijn momentum waardoor zijn golflengte afneemt en dus 6s meer dan 5d samentrekt. Dit relativistische effect, samen met een slechte afscherming door 4f, geeft aanleiding tot Lanthanide Contractie, ik denk dat dit is waar je leraar het over had.
P.S. Het vergelijkbare effect vindt u in d-block-elementen. Elektronen voeren eerst 4s in en daarna 3d omdat er meer ruimte is in 4s dan in 3d, dus er is minder elektronen-elektronenafstoting. Maar zodra ze 3d binnengaan, worden ze meer naar de kern aangetrokken dan 4s-elektronen. Dus als ze naar de oxidatietoestand gaan, zouden ze het laatst ingevoerde elektron moeten verliezen, maar ze laten het elektron vrij van 4s, niet van 3d, en schenden daarmee de regel van de laatste uit . Het draait allemaal om de stabiliteit van het individuele atoom. De n + l-regel geeft alleen een benadering die correct is tot Calcium, geverifieerd door Spectral Analysis. Het is dus de uiteindelijke stabiliteit die er toe doet. Ik ben geen expert op dit gebied. Wijze mening is vereist.
Antwoord
Elektronen in atomen bestaan in toestanden van specifieke energie. Boven de grondtoestanden zijn er nog meer energieniveaus waarin het elektron zich kan bevinden, en als een foton met de juiste energie door het atoom wordt geabsorbeerd, kan het elektron van toestand veranderen en zal het zich in de hogere toestand bevinden, die meestal erg kort is. – leefde zonder enige ongebruikelijke hulp, en het elektron valt terug naar de grondtoestand, hetzij rechtstreeks, hetzij via een tussenliggende toestand, en bij elke overgang zendt het een foto uit van de energie die overeenkomt met het energieverschil. Dit heeft niets te maken met relativiteit, hoewel het de kwantummechanica in de vroege stadia op gang heeft gebracht. Deze overgangen, en de bijbehorende fotonen, geven aanleiding tot karakteristieke spectra.
De verwarring hier kan zijn dat bij sommige overgangen, zoals het spectrum van een element zoals goud, niet helemaal is wat mensen verwachten, en computationele chemici stellen dat de kleur van goud het gevolg is van een relativistisch effect, waar de binnenste elektronen zo snel gaan dat ze een nominale snelheid hebben die ia een aanzienlijk deel van c, de lichtsnelheid is. (Merk op dat het elektron GEEN traject heeft in de klassieke zin; deze “snelheid” is precies wat het zou hebben om een kinetische energie te hebben in overeenstemming met de viriale stelling.) Het argument is, als je de so- genaamd screening term voor koper en zilver, dan is goud een uitweg. Naar mijn mening is dit verkeerd – extrapoleren op twee punten is verkeerd, en ik heb een artikel gepubliceerd dat laat zien waarom dit verkeerd is. Dat valt momenteel buiten uw interesse. Naar mijn mening zou je hierop terug moeten komen als je wat meer fysica onder de knie hebt, en op je huidige niveau accepteert dat de spectra van elementen eenvoudigweg het gevolg zijn van energietransities tussen stationaire toestanden die worden bepaald door de kwantummechanica, en in het bijzonder de Schrodinger-vergelijking. De energieën zijn in het algemeen veel te laag om relativiteitstheorie belangrijk te maken.