ELEKTRON DIFERENSIAL: BILANGAN KUANTUM DAN CONTOH - KIMIA - 2025

The diferensial atau membedakan elektron adalah elektron terakhir ditempatkan di urutan konfigurasi elektron dari atom. Apa namanya? Untuk menjawab pertanyaan ini, diperlukan struktur dasar atom: nukleusnya, ruang hampa, dan elektronnya.

Nukleus adalah agregat padat dan padat dari partikel positif yang disebut proton, dan partikel netral yang disebut neutron. Proton menentukan nomor atom Z dan, bersama dengan neutron, menyusun massa atom. Namun, atom tidak hanya dapat membawa muatan positif; oleh karena itu elektron mengorbit di sekitar inti untuk menetralkannya.

Jadi, untuk setiap proton yang bergabung dengan inti, sebuah elektron baru bergabung dengan orbitalnya untuk melawan muatan positif yang meningkat. Dengan cara ini, elektron yang baru ditambahkan, elektron diferensial, terkait erat dengan nomor atom Z.

Elektron diferensial berada di kulit elektronik terluar: kulit valensi. Oleh karena itu, semakin jauh Anda dari inti, semakin besar energi yang terkait dengannya. Energi inilah yang bertanggung jawab atas partisipasinya, serta elektron valensi lainnya, dalam karakteristik reaksi kimia unsur.

Bilangan kuantum

Seperti elektron lainnya, elektron diferensial dapat diidentifikasi dengan empat bilangan kuantumnya. Tapi apakah bilangan kuantum itu? Mereka adalah "n", "l", "m" dan "s".

Bilangan kuantum "n" menunjukkan ukuran atom dan tingkat energi (K, L, M, N, O, P, Q). «L» adalah bilangan kuantum sekunder atau azimut, yang menunjukkan bentuk orbital atom, dan mengambil nilai 0, 1, 2 dan 3 untuk orbital «s», «p», «d» dan «f» , masing-masing.

"M" adalah bilangan kuantum magnetik dan menunjukkan orientasi spasial orbital di bawah medan magnet. Jadi, 0 untuk orbital «s»; -1, 0, +1, untuk orbital "p"; -2, -1, 0, +1, +2, untuk orbital "d"; dan -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, untuk orbital "f". Terakhir, spin quantum number «s» (+1/2 untuk ↑, dan -1/2 untuk ↓).

Oleh karena itu, elektron diferensial telah menghubungkan bilangan kuantum sebelumnya ("n", "l", "m", "s"). Karena melawan muatan positif baru yang dihasilkan oleh proton ekstra, ia juga memberikan nomor atom unsur Z.

Bagaimana cara mengetahui elektron diferensial?

Gambar di atas mewakili konfigurasi elektron untuk unsur-unsur dari hidrogen menjadi gas neon (H → Ne).

Dalam hal ini, elektron kulit terbuka ditandai dengan warna merah, sedangkan elektron kulit tertutup ditunjukkan dengan warna biru. Lapisan tersebut mengacu pada bilangan kuantum "n", yang pertama dari empat.

Jadi, konfigurasi valensi H (↑ merah) menambahkan elektron lain dengan orientasi berlawanan menjadi He (↓ ↑, keduanya biru karena sekarang level 1 tertutup). Elektron yang ditambahkan ini kemudian menjadi elektron diferensial.

Dengan demikian, secara grafis dapat dilihat bagaimana elektron diferensial menambah kulit valensi (panah merah) dari unsur-unsur, yang membedakannya satu sama lain. Elektron mengisi orbital dengan menghormati aturan Hund dan prinsip pengecualian Pauling (diamati dengan sempurna dari B ke Ne).

Dan bagaimana dengan bilangan kuantum? Ini menentukan setiap panah - yaitu, setiap elektron - dan nilainya dapat dikuatkan dengan konfigurasi elektron untuk mengetahui apakah mereka adalah elektron diferensial atau tidak.

Contoh dalam banyak elemen

Klorin

Dalam kasus klor (Cl), nomor atomnya Z sama dengan 17. Konfigurasi elektron selanjutnya adalah 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁵ . Orbital yang diberi tanda merah sesuai dengan orbital valensi yang memiliki level terbuka 3.

Elektron diferensial adalah elektron terakhir yang ditempatkan dalam konfigurasi elektron, dan atom klorin adalah elektron dari orbital 3p, yang susunannya adalah sebagai berikut:

↑ ↓

3px 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

Sesuai aturan Hund, orbital 3p dengan energi yang sama diisi terlebih dahulu (panah atas di setiap orbital). Kedua, pasangan elektron lainnya dengan elektron bebas dari kiri ke kanan. Elektron diferensial direpresentasikan dalam bingkai hijau.

Jadi, elektron diferensial untuk klorin memiliki bilangan kuantum berikut: (3, 1, 0, -1/2). Artinya, "n" adalah 3; "L" adalah 1, orbital "p"; "M" adalah 0, karena ini adalah orbital "p" tengah; dan "s" adalah -1/2, karena panah mengarah ke bawah.

Magnesium

Konfigurasi elektron untuk atom magnesium adalah 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² , yang merepresentasikan orbital dan elektron valensinya dengan cara yang sama:

↑ ↓

3 dtk

0

Kali ini, elektron diferensial memiliki bilangan kuantum 3, 0, 0, -1/2. Satu-satunya perbedaan dalam hal ini sehubungan dengan klor adalah bahwa bilangan kuantum «l» adalah 0 karena elektron menempati orbital «s» (3s).

Zirkonium

Konfigurasi elektron untuk atom zirkonium (logam transisi) adalah 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ² . Dengan cara yang sama seperti kasus sebelumnya, representasi orbital dan elektron valensi adalah sebagai berikut:

Jadi, bilangan kuantum untuk elektron diferensial yang ditandai dengan warna hijau adalah: 4, 2, -1, +1/2. Di sini, karena elektron menempati orbital "d" kedua, ia memiliki bilangan kuantum "m" yang sama dengan -1. Juga, karena panah menunjuk ke atas, nomor putaran "s" -nya sama dengan +1/2.

Elemen tidak diketahui

Bilangan kuantum elektron diferensial untuk unsur yang tidak diketahui adalah 3, 2, +2, -1/2. Berapa nomor atom Z dari unsur tersebut? Mengetahui Z Anda dapat mengetahui apa elemennya.

Kali ini, karena "n" sama dengan 3, artinya elemen tersebut berada pada periode ketiga tabel periodik, dengan orbital "d" sebagai kulit valensi ("l" sama dengan 2). Oleh karena itu, orbital direpresentasikan seperti pada contoh sebelumnya:

↑ ↓

Bilangan kuantum "m" sama dengan +2, dan "s" sama dengan -1/2, adalah kunci untuk menemukan elektron diferensial dengan benar di orbital 3d terakhir.

Jadi, elemen yang dicari memiliki orbital 3d ¹⁰ penuh, serta selubung elektronik internalnya. Kesimpulannya, unsur tersebut adalah logam seng (Zn).

Akan tetapi, bilangan kuantum elektron diferensial tidak dapat membedakan seng dan tembaga, karena unsur terakhir juga memiliki orbital 3d penuh. Mengapa? Karena tembaga merupakan logam yang tidak memenuhi aturan pengisian elektron karena alasan kuantum.

Referensi

1. Jim Branson. (2013). Aturan Hund. Diperoleh pada 21 April 2018, dari: quantummechanics.ucsd.edu
2. Kuliah 27: Aturan Hund. Diperoleh pada 21 April 2018, dari: ph.qmul.ac.uk
3. Universitas Purdue. Bilangan Kuantum dan Konfigurasi Elektron. Diperoleh pada 21 April 2018, dari: chemed.chem.purdue.edu
4. Ensiklopedia Ilmu Pengetahuan Salvat. (1968). Física Salvat, SA de Ediciones Pamplona, ​​volume 12, Spanyol, halaman 314-322.
5. Walter J. Moore. (1963). Kimia Fisik. Dalam partikel dan gelombang. Edisi keempat, Longmans.