Melhor resposta
Estou tentando responder a primeira parte sem ir para o efeito relativístico. A energia do elétron é quantizada. Portanto, quando ele absorve determinados quanta de energia, ele salta para o nível superior que corresponde à nova quantidade de energia no elétron que se parece com isso. Ele volta ao seu estado fundamental quando perde a energia na forma de radiação.
O efeito relativístico ocorre quando a velocidade de elétron atinge quase a velocidade da luz. Enquanto orbita em trajetória elíptica, o elétron se aproxima do núcleo. Para evitar cair, ele acelera quase até a velocidade da luz. Já conforme a teoria da relatividade, o elétron ganha massa para não violar o limite de velocidade cósmica. Devido à mudança no momento angular, seu eixo principal muda e a órbita se parece com isso.
Esta mudança de energia pode ser rastreado na estrutura fina dos espectros atômicos. Isso é chamado de precessão do elétron. Outros efeitos relativísticos são o estado líquido de Mercúrio à temperatura ambiente e a cor dourada do ouro e do césio. O efeito relativista também controla o número de elementos. À medida que o número de prótons aumenta, sua atração pelo elétron 1s aumenta, portanto, o elétron 1s deve se mover em alta velocidade para evitar a queda. De acordo com a teoria da relatividade, esta velocidade não pode exceder a velocidade da luz, portanto, o número máximo de prótons , um elemento pode possuir, é 137.
Editar: “Eu percebo que, devido ao limite de caracteres na questão, causou alguma imprecisão e uma diferença questão inteiramente. Nos lantanídeos, há elétrons no orbital 6d em vez do 4f. Meu professor de química disse que isso se deve ao efeito relativístico. Você pode explicar isso? ”
Em lantanídeos, há orbital 5d, não 6d e em lantânio, não há orbital 4f. 5d = 5 + 2 = 7 e 4f = 4 + 3 = 7, 4f tem número quântico de princípio inferior a (4 ), 4f deve ser preenchido primeiro antes de 5d. À medida que a carga nuclear aumenta, existe um conjunto complicado de interações entre os elétrons e o núcleo, bem como entre os próprios elétrons. Isto é o que finalmente produz uma configuração eletrônica. Portanto, a configuração do elétron varia à medida que o número atômico aumenta, o que viola a regra de Madelung / aufbau. Em um número atômico mais alto, a configuração do elétron depende da estabilidade final do átomo, que depende da carga nuclear efetiva dos elétrons. Para La (número atômico 57), 5d é mais estável do que 4f. Portanto, ele entra em 5d antes de 4f.
Os elétrons 6s se movem a uma velocidade próxima à da luz, enquanto penetram nos elétrons de proteção próximos ao núcleo, dando origem ao efeito relativístico. Isso aumenta seu momento, o que diminui seu comprimento de onda, contraindo 6s mais do que 5d. Este efeito relativístico, juntamente com a proteção insuficiente por 4f, dá origem à contração dos lantanídeos, acho que é a isso que seu professor se referia.
P.S. O efeito semelhante você encontrará nos elementos do bloco d. Os elétrons entram primeiro em 4s e depois em 3d porque há mais espaço em 4s do que em 3d, portanto, há menos repulsão elétron-elétron. Mas uma vez que entram em 3d, eles são atraídos mais para o núcleo do que elétrons 4s. Portanto, ao entrar no estado de oxidação, eles devem perder o último elétron inserido , mas liberam o elétron de 4s, não de 3d, violando assim a regra last-in-last-out . É tudo uma questão de estabilidade do átomo individual. A regra n + l fornece apenas uma aproximação correta até o Cálcio, verificado por Análise Espectral. Portanto, é a estabilidade final que importa. Não sou especialista neste campo. É necessária uma opinião sábia.
Resposta
Os elétrons nos átomos existem em estados de energia específica. Acima dos estados fundamentais, existem outros níveis de energia em que o elétron pode estar, e se um fóton com a energia apropriada for absorvido pelo átomo, então o elétron pode mudar de estado e então estará no mais alto, que geralmente é muito curto – viveu sem alguma assistência incomum, e o elétron volta ao estado fundamental, seja diretamente ou por meio de um estado intermediário, e a cada transição emite a foto da energia correspondente à diferença de energia. Isso não tem nada a ver com relatividade, embora tenha sido o que fez a mecânica quântica funcionar nos estágios iniciais. Essas transições e os fótons que as acompanham dão origem a espectros característicos.
A confusão aqui pode ser que com algumas transições, como o espectro de um elemento como o ouro, não são exatamente o que as pessoas esperam, e os químicos computacionais afirmam que a cor do ouro é devido a um efeito relativístico, onde os elétrons internos estão indo tão rápido que têm uma velocidade nominal que é uma fração significativa de c, a velocidade da luz. (Observe que o elétron NÃO tem uma trajetória no sentido clássico; esta “velocidade” é exatamente o que deveria ter para ter uma energia cinética de acordo com o teorema virial.) O argumento é, se você extrapolar o assim- chamado de termo de seleção para cobre e prata, então ouro é a saída. Em minha opinião, isso está errado – extrapolar a partir de dois pontos está errado, e publiquei um artigo que mostra por que isso está errado. Isso está fora do seu nível de interesse agora. Na minha opinião, você deve voltar a isso quando tiver um pouco mais de física em seu currículo e, em seu nível atual, aceitar que o espectro de elementos é simplesmente devido a transições de energia entre estados estacionários que são determinados pela mecânica quântica, e especificamente o Equação de Schrodinger. As energias são muito baixas em geral para que a relatividade seja importante.