Cel mai bun răspuns
Încerc să răspund la prima parte fără a merge la efectul relativist. Energia electronilor este cuantificată. Prin urmare, atunci când absoarbe anumite cantități de energie, acesta sare la nivelul superior, care corespunde noii cantități de energie din electron, care arată cam așa. Revine la starea sa de bază atunci când pierde energia sub formă de radiații.
Efectul relativist apare atunci când viteza de electronul atinge aproape cea a vitezei luminii. În timp ce orbitează pe o cale eliptică, electronul se apropie de nucleu. Pentru a evita căderea, accelerează până la aproape viteza luminii. Acum, ca teoria relativității, electronul câștigă masă, astfel încât să nu încalce limita de viteză cosmică. Datorită schimbării impulsului unghiular, axa sa principală se schimbă, iar orbita arată cam așa.
Această schimbare de energie pot fi urmărite în structura fină a spectrelor atomice. Aceasta se numește precesiune de electron. Alte efecte relativiste sunt starea lichidă a mercurului la temperatura camerei și culoarea aurie a aurului și a cesiului. Efectul relativist controlează și numărul de elemente. Pe măsură ce numărul de protoni crește, atracția sa către electronul 1s devine mai mare, de aceea electronul 1s trebuie să se deplaseze cu viteză mare pentru a evita să cadă. Conform teoriei relativității, această viteză nu poate depăși viteza luminii, deci numărul maxim de protoni , un element pe care îl poate avea, este 137.
Edit: „Îmi dau seama că, din cauza limitei de caractere din întrebare, a cauzat o oarecare vagitate și o altă întrebare în întregime. În Lantanide există electroni în orbitalul 6d în loc de 4f. Profesorul meu de chimie a spus că acest lucru se datorează efectului relativist. Puteți explica acest lucru? ”
În Lantanide, există 5d orbital, nu 6d și în Lanthanum, nu există 4f orbital. 5d = 5 + 2 = 7 și 4f = 4 + 3 = 7, 4f are un număr cuantic mai mic decât (4 ), 4f trebuie completat mai întâi înainte de 5d. Pe măsură ce sarcina nucleară crește, există un set complicat de interacțiuni între electroni și nucleu, precum și între electroni înșiși. Aceasta este ceea ce produce în cele din urmă o configurație electronică. Deci configurația electronică variază pe măsură ce numărul atomic crește, ceea ce încalcă regula Madelung / aufbau. La un număr atomic mai mare, configurația electronică depinde de stabilitatea finală a atomului, care depinde de sarcina nucleară efectivă pe electroni. Pentru La (numărul atomic 57), 5d este mai stabil decât 4f. Așa că intră cu 5d înainte de 4f.
Electronii 6s se mișcă cu viteza aproape a luminii, pătrunzând în electronii de ecranare în apropierea nucleului, dând naștere unui efect relativist. Acest lucru își mărește impulsul, care își micșorează lungimea de undă, contractându-se astfel cu 6s mai mult de 5d. Acest efect relativist, împreună cu o protecție slabă cu 4f, dau naștere la contracția Lantanidului, cred că la asta se referea profesorul tău.
P.S. Efectul similar îl veți găsi în elementele blocului d. Electronii intră mai întâi 4s apoi 3d deoarece există mai mult spațiu în 4s decât 3d, deci există mai puțină repulsie electron-electron. Dar odată ce intră în 3d, sunt atrași mai mult de nucleu decât electronii 4s. Deci, atunci când trec la starea de oxidare, ar trebui să piardă ultimul electron introdus , dar eliberează electronul din 4s, nu din 3d, încălcând astfel regula ultimului intrat-ultimul ieșit span>. Este vorba despre stabilitatea atomului individual. Regula n + l oferă o aproximare corectă până la calciu, verificată prin analiză spectrală. Deci contează stabilitatea finală. Nu sunt expert în acest domeniu. Este necesară o părere înțeleaptă.
Răspuns
Electronii din atomi există în stări de energie specifică. Deasupra stărilor terestre există alte niveluri de energie în care poate fi electronul și dacă un foton al energiei corespunzătoare este absorbit de atom, atunci electronul poate schimba stări și va fi apoi în cel mai înalt, care este de obicei foarte scurt -A trăit fără o asistență neobișnuită, iar electronul cade înapoi la starea de bază, fie direct, fie printr-o stare intermediară, iar la fiecare tranziție emite o fotografie a energiei corespunzătoare diferenței de energie. Acest lucru nu are nicio legătură cu relativitatea, deși este ceea ce a făcut ca mecanica cuantică să intre în primele etape. Aceste tranziții și fotonii însoțitori dau naștere la spectre caracteristice.
Confuzia aici ar putea fi că, în cazul unor tranziții, cum ar fi spectrul unui element, cum ar fi aurul, nu sunt exact ceea ce se așteaptă oamenii, iar chimiștii de calcul afirmă că culoarea aurului se datorează unui efect relativist, unde electronii interiori merg atât de repede încât au o viteză nominală încât ia o fracție semnificativă de c, viteza luminii. (Rețineți că electronul NU are o traiectorie în sens clasic; această „viteză” este exact ceea ce ar trebui să aibă pentru a avea o energie cinetică în acord cu teorema virială.) Argumentul este, dacă extrapolați astfel numit termen de screening pentru cupru și argint, atunci aurul este o cale de ieșire. În opinia mea, acest lucru este greșit – extrapolarea din două puncte este greșită și am publicat o lucrare care arată de ce acest lucru este greșit. Acest lucru se află în afara nivelului dvs. de interes chiar acum. În opinia mea, ar trebui să reveniți la acest lucru atunci când aveți mai multă fizică sub centură și, la nivelul dvs. actual, acceptați că spectrele elementelor se datorează pur și simplu tranzițiilor de energie între stări staționare care sunt determinate prin mecanica cuantică și Ecuația Schrodinger. Energiile sunt mult prea mici, în general, pentru ca relativitatea să fie importantă.