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Ich versuche, den ersten Teil zu beantworten, ohne auf den relativistischen Effekt einzugehen. Die Energie des Elektrons wird quantisiert. Wenn es also bestimmte Energiequanten absorbiert, springt es auf das höhere Niveau, das der neuen Energiemenge im Elektron entspricht, die ungefähr so aussieht. Es kehrt in seinen Grundzustand zurück, wenn es die Energie in Form von Strahlung verliert.
Relativistischer Effekt tritt auf, wenn die Geschwindigkeit von Das Elektron erreicht fast die Lichtgeschwindigkeit. Während der Umlaufbahn auf elliptischem Weg kommt das Elektron dem Kern näher. Um ein Herabfallen zu vermeiden, beschleunigt es auf fast Lichtgeschwindigkeit. Als Relativitätstheorie gewinnt das Elektron an Masse, damit es die kosmische Geschwindigkeitsbegrenzung nicht verletzt. Aufgrund der Änderung des Drehimpulses verschiebt sich seine Hauptachse und die Umlaufbahn sieht ungefähr so aus.
Diese Änderung der Energie kann in der Feinstruktur von Atomspektren verfolgt werden. Dies nennt man Präzession von Elektronen. Andere relativistische Effekte sind der flüssige Zustand von Quecksilber bei Raumtemperatur und die goldene Farbe von Gold und Cäsium. Der relativistische Effekt steuert auch die Anzahl der Elemente. Wenn die Anzahl der Protonen höher wird, wird seine Anziehungskraft auf das 1s-Elektron höher, daher muss sich das 1s-Elektron mit hoher Geschwindigkeit bewegen, um ein Einfallen zu vermeiden. Gemäß der Relativitätstheorie kann diese Geschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit nicht überschreiten, so dass die maximale Anzahl von Protonen , ein Element, das besitzen kann, ist 137.
Bearbeiten: „Mir ist klar, dass aufgrund der Beschränkung der Zeichen in der Frage eine gewisse Unbestimmtheit und eine andere verursacht wurde Frage ganz. In den Lanthaniden gibt es Elektronen im 6d-Orbital anstelle des 4f. Mein Chemielehrer sagte, dies sei auf den relativistischen Effekt zurückzuführen. Können Sie das erklären? “
In Lanthanides gibt es ein 5d-Orbital, nicht 6d, und in Lanthan gibt es kein 4f-Orbital. 5d = 5 + 2 = 7 und 4f = 4 + 3 = 7, 4f hat eine niedrigere Quantenzahl als (4 ), 4f sollte zuerst vor 5d gefüllt werden. Mit zunehmender Kernladung gibt es eine komplizierte Reihe von Wechselwirkungen zwischen den Elektronen und dem Kern sowie zwischen den Elektronen selbst. Dies führt letztendlich zu einer elektronischen Konfiguration. Die Elektronenkonfiguration ändert sich also mit zunehmender Ordnungszahl, was gegen die Madelung / aufbau-Regel verstößt. Bei einer höheren Ordnungszahl hängt die Elektronenkonfiguration von der endgültigen Stabilität des Atoms ab, die von der effektiven Kernladung der Elektronen abhängt. Für La (Ordnungszahl 57) ist 5d stabiler als 4f. Es tritt also vor 4f in 5d ein.
Die 6s-Elektronen bewegen sich mit einer Geschwindigkeit, die nahezu der des Lichts entspricht, während sie die Screening-Elektronen in der Nähe des Kerns durchdringen, was zu einem relativistischen Effekt führt. Dies erhöht seinen Impuls, wodurch seine Wellenlänge verringert wird, wodurch sich 6s mehr als 5d zusammenziehen. Dieser relativistische Effekt und die schlechte Abschirmung durch 4f führen zu einer Lanthanidenkontraktion. Ich denke, darauf hat sich Ihr Lehrer bezogen.
P.S. Den ähnlichen Effekt finden Sie in D-Block-Elementen. Elektronen treten zuerst in 4s und dann in 3d ein, da in 4s mehr Platz als in 3d vorhanden ist und daher weniger Elektronen-Elektronen-Abstoßung vorliegt. Sobald sie jedoch in 3d eintreten, werden sie mehr vom Kern als von 4s-Elektronen angezogen. Wenn sie in den Oxidationszustand gehen, sollten sie das zuletzt eingegebene Elektron verlieren, aber sie setzen das Elektron aus 4s frei, nicht aus 3d, wodurch die Last-in-last-out-Regel verletzt wird . Es geht um die Stabilität einzelner Atome. Die n + l-Regel gibt nur eine Näherung an, die bis Calcium korrekt ist und durch Spektralanalyse verifiziert wurde. Es kommt also auf die endgültige Stabilität an. Ich bin kein Experte auf diesem Gebiet. Eine weise Meinung ist erforderlich.
Antwort
Elektronen in Atomen existieren in Zuständen spezifischer Energie. Über den Grundzuständen befinden sich weitere Energieniveaus, in denen sich das Elektron befinden kann, und wenn ein Photon der entsprechenden Energie vom Atom absorbiert wird, kann das Elektron seinen Zustand ändern und befindet sich dann in dem höheren, der normalerweise sehr kurz ist – lebte ohne ungewöhnliche Hilfe, und das Elektron fällt entweder direkt oder durch einen Zwischenzustand in den Grundzustand zurück und sendet bei jedem Übergang ein Foto der Energie aus, die der Energiedifferenz entspricht. Dies hat nichts mit Relativitätstheorie zu tun, obwohl es die Quantenmechanik in den frühen Stadien in Gang gebracht hat. Diese Übergänge und die dazugehörigen Photonen führen zu charakteristischen Spektren.
Die Verwirrung hier könnte sein, dass bei einigen Übergängen, wie dem Spektrum eines Elements wie Gold, nicht ganz das ist, was die Leute erwarten, und Computerchemiker behaupten, dass die Farbe von Gold auf einen relativistischen Effekt zurückzuführen ist. wo die inneren Elektronen so schnell gehen, dass sie eine Nenngeschwindigkeit haben, die ua einen signifikanten Bruchteil von c, der Lichtgeschwindigkeit, ausmacht. (Beachten Sie, dass das Elektron KEINE Flugbahn im klassischen Sinne hat; diese „Geschwindigkeit“ ist genau das, was es braucht, um eine kinetische Energie gemäß dem Virialsatz zu haben.) Das Argument ist, wenn Sie die so- extrapolieren. genannt Screening-Begriff für Kupfer und Silber, dann ist Gold ein Ausweg. Meiner Meinung nach ist dies falsch – eine Extrapolation von zwei Punkten ist falsch, und ich habe ein Papier veröffentlicht, das zeigt, warum dies falsch ist. Das liegt momentan außerhalb Ihres Interesses. Meiner Meinung nach sollten Sie darauf zurückkommen, wenn Sie mehr Physik im Griff haben und auf Ihrem derzeitigen Niveau akzeptieren, dass die Spektren von Elementen einfach auf Energieübergänge zwischen stationären Zuständen zurückzuführen sind, die durch die Quantenmechanik bestimmt werden, und insbesondere die Schrödinger-Gleichung. Die Energien sind im Allgemeinen viel zu niedrig, als dass die Relativitätstheorie wichtig wäre.