Bästa svaret
Jag försöker svara på den första delen utan att gå till den relativistiska effekten. Elektronens energi kvantiseras. Därför, när den absorberar en viss kvantitet energi, hoppar den till den högre nivån som motsvarar den nya energimängden i elektronen som ser ungefär så ut. Den kommer tillbaka till sitt marktillstånd när den förlorar energin i form av strålning.
Relativistisk effekt uppstår när hastigheten på elektron når nästan hastigheten för ljusets hastighet. Medan den kretsar i elliptisk väg kommer elektronen närmare kärnan. För att undvika att falla in accelererar det upp till nästan ljusets hastighet. Nu som relativitetsteorin får elektronen massa så att den inte bryter mot den kosmiska hastighetsgränsen. På grund av förändringen i vinkelmoment skiftas huvudaxeln och banan ser ut så här.
Denna förändring av energi kan spåras i fin struktur av atomspektra. Detta kallas elektronpression. Andra relativistiska effekter är flytande tillstånd av kvicksilver vid rumstemperatur och den gyllene färgen på guld och cesium. Relativistisk effekt styr också antalet element. När antalet protoner blir högre blir dess attraktion mot 1s-elektronen högre därför måste 1s-elektronen röra sig med hög hastighet för att undvika att falla in. Enligt relativitetsteorin kan denna hastighet inte överstiga ljusets hastighet så det maximala antalet protoner , ett element kan ha, är 137.
Redigera: “Jag inser att på grund av gränsen för tecken i frågan har orsakat en viss oklarhet och en annan frågan helt. I Lanthaniderna finns elektroner i 6d-banan istället för 4f. Min kemlärare sa att detta beror på den relativistiska effekten. Kan du förklara detta? ”
I Lanthanides finns det 5d orbital, inte 6d och i Lanthanum finns det ingen 4f orbital. 5d = 5 + 2 = 7 och 4f = 4 + 3 = 7, 4f har lägre princip Kvantantal än (4 ), 4f bör fyllas först före 5d. När kärnladdningen ökar finns det en komplicerad uppsättning interaktioner mellan elektronerna och kärnan såväl som mellan elektronerna själva. Detta är det som i slutändan producerar en elektronisk konfiguration. Elektronkonfigurationen varierar alltså när atomantalet ökar vilket bryter mot Madelung / aufbau-regeln. Vid högre atomnummer beror elektronkonfigurationen på atomens slutliga stabilitet som beror på effektiv kärnkraftsladdning på elektronerna. För La (Atomnummer 57) är 5d mer stabil än 4f. Så det går in 5d före 4f.
6-elektronerna rör sig med hastigheten nästan ljusets, medan de tränger igenom screeningelektronerna nära kärnan, vilket ger upphov till relativistisk effekt. Detta ökar sin momentum vilket minskar dess våglängd och därmed kontraherar 6s mer än 5d. Denna relativistiska effekt tillsammans med dålig avskärmning med 4f ger upphov till Lantanidkontraktion, jag tror att det är det som din lärare hänvisade till.
P.S. Den liknande effekten hittar du i d-blockelement. Elektroner matar först in 4s sedan 3d eftersom det finns mer utrymme i 4s än 3d, så det finns mindre elektron-elektronavstötning. Men när de väl kommer in i 3d lockas de mer av kärnor än 4-elektroner. Så när de går till oxidationstillstånd, bör de förlora den sista elektronen men de släpper elektronen från 4s, inte från 3d, vilket bryter mot sista-i-sista-ut-regeln . Det handlar om stabiliteten hos den enskilda atomen. n + l-regeln ger bara en approximation som är korrekt tills kalcium, verifierat med spektralanalys. Så det är den slutliga stabiliteten som betyder något. Jag är inte expert på detta område. Det krävs en klok åsikt.
Svar
Elektroner i atomer finns i tillstånd av specifik energi. Ovanför marktillstånden finns ytterligare energinivåer som elektronen kan vara i, och om en foton av lämplig energi absorberas av atomen kan elektronen ändra tillstånd och kommer då att vara i den högre, vilket vanligtvis är mycket kort -livet utan något ovanligt hjälp, och elektronen faller tillbaka till marktillståndet, antingen direkt eller genom ett mellanliggande tillstånd, och vid varje övergång avger den foto av den energi som motsvarar den energidifferensen. Detta har ingenting att göra med relativitet, även om det är det som fick kvantmekaniken igång i de tidiga stadierna. Dessa övergångar och de medföljande fotonerna ger upphov till karakteristiska spektra.
Förvirringen här kan vara att med vissa övergångar, såsom ett spektrum av ett element som guld inte är riktigt vad folk förväntar sig, och beräkningskemister säger att färgen på guld beror på en relativistisk effekt, där de inre elektronerna går så snabbt att de har en nominell hastighet som en betydande bråkdel av c, ljusets hastighet. (Observera att elektronen INTE har en bana i klassisk mening; denna ”hastighet” är precis vad den måste ha för att ha en kinetisk energi i överensstämmelse med virialsatsen.) Argumentet är om du extrapolerar so- kallas screeningterm för koppar och silver, då är guld vägen ut. Enligt min mening är detta fel – extrapolering från två punkter är fel, och jag har publicerat en artikel som visar varför detta är fel. Det ligger utanför din intresse just nu. Enligt min mening bör du komma tillbaka till detta när du har lite mer fysik under ditt bälte, och på din nuvarande nivå, acceptera att elementens spektra helt enkelt beror på energiomgångar mellan stationära tillstånd som bestäms genom kvantmekanik, och specifikt Schrodinger ekvation. Energierna är i allmänhet alldeles för låga för att relativitet ska vara viktig.