Liczby kwantowe i energia elektronu w atomie

[Dyego]

Hej,

Wertując Witowskiego z 2011 roku (tom I, zad. 155) natknąłem się na zadanie, które spowodowało, ze głowa lekko spuchła.

Poniżej przedstawiono skróconą konfigurację elektronową skandu ₂₁Sc:
₂₁Sc=[Ar] 4s²3d¹
Podaj wartości wszystkich liczb kwantowych dla tego/tych elektronu(-ów), który(-e) ma/mają najwyższą energię w atomie.

Strzeliłem, że chodzi o elektron z 3d, ale tematu nie rozumiem i nie za bardzo wiem o jaką energię chodzi. O ile mnie pamięć nie myli to z elektronami jest trochę jak z obiektami na Ziemi, im dalej od jądra tym energia/grawitacja maleje. Z drugiej strony każda cząstka ma swoją energię. Dotychczas wydawało mi się, że energia wewnętrzna elektronu jest w pewnym sensie stała (taka sama dla każdego). Widzę jednak, że nie tędy droga i zastanawia mnie jak to ugryźć.

Ale nie na tym koniec! W odpowiedziach rozwiązanie brzmi tak: n=3, l= 2, m=-2 lub -1 lub 0 lub 1 lub 2, ms= +- 1/2 Rozumiem, że liczba magnetyczna przyjmuje wartościlt-l,l ale skoro mówimy o elektronie 3d¹ to oczywiste jest, że elektron ten zajmie pierwszy obszar orbitalny, czli p_x (lub jak kto woli pierwszą kratkę). W mojej odpowiedzi zapisałem, że m=-2.

Co o tym myślicie?

[plontaj]

Kod: Zaznacz cały

zasoby1.open.agh.edu.pl/dydaktyka/fizyka/c_od_atomu_do_atomu/fizyka/energia_elektronu/energia_elektronu.html

Strzeliłem, że chodzi o elektron z 3d, ale tematu nie rozumiem i nie za bardzo wiem o jaką energię chodzi. O ile mnie pamięć nie myli to z elektronami jest trochę jak z obiektami na Ziemi, im dalej od jądra tym energia/grawitacja maleje. Z drugiej strony każda cząstka ma swoją energię. Dotychczas wydawało mi się, że energia wewnętrzna elektronu jest w pewnym sensie stała (taka sama dla każdego). Widzę jednak, że nie tędy droga i zastanawia mnie jak to ugryźć.

Ciężko doszukiwać się analogii chemii/fizyki kwantowej do klasycznej, bo są one po prostu od siebie inne.

Jeżeli chodzi o energię to należy także pamiętać o energii kinetycznej. Chcąc na siłę doszukać się analogii, to faktycznie planety oddalone dalej od słońca poruszają się szybciej (ich prędkość liniowa jest większa).

Ale nie na tym koniec! W odpowiedziach rozwiązanie brzmi tak: n=3, l= 2, m=-2 lub -1 lub 0 lub 1 lub 2, ms= +- 1/2 Rozumiem, że liczba magnetyczna przyjmuje wartościlt-l,l ale skoro mówimy o elektronie 3d1 to oczywiste jest, że elektron ten zajmie pierwszy obszar orbitalny, czli px (lub jak kto woli pierwszą kratkę). W mojej odpowiedzi zapisałem, że m=-2.

Co o tym myślicie?

[Olafek]

Wszystkie te poziomy orbitalne są równocenne energetycznie więc każdy z nich może być zajęty przez ten elektron z równym prawdopodobieństwem. Nie wiem dlaczego wszyscy (włącznie z moją byłą panią z chemii) uważają, że pierwsza kratka musi być zajęta jako pierwsza. To jest tylko umowne. Chociaż na maturze też bym napisał m=-2.

[Giardia Lamblia]

Nie wiem dlaczego wszyscy (włącznie z moją byłą panią z chemii) uważają, że pierwsza kratka musi być zajęta jako pierwsza.

Wgłębiając się w temat, to jest trochę bardziej skomplikowane. Wkracza pojęcie termów:

Kod: Zaznacz cały

en.wikipedia.org/wiki/Term_symbol#Term_symbols_for_an_electron_configuration

Oraz szczegółowe reguły Hunda.

Ja nie mam do tego głowy, przynajmniej nie dziś.

Wszystkie te poziomy orbitalne są równocenne energetycznie więc każdy z nich może być zajęty przez ten elektron z równym prawdopodobieństwem.

Są równocenne energetycznie, aczkolwiek patrząc tu:

Kod: Zaznacz cały

en.wikipedia.org/wiki/Atomic_orbital#Orbitals_table

i wgłębiając się w termy - to nie jest to samo.

No ale to już kwantówka. nie moja bajka.