Aufbau-konseptin periaate ja selitys, esimerkit



Periaate Aufbau Se koostuu hyödyllisestä oppaasta elementin elektronisen kokoonpanon teoreettiseksi ennustamiseksi. Sana Aufbau se viittaa saksan verbiin "build". Tämän periaatteen sanelemien sääntöjen tarkoituksena on "auttaa rakentamaan atomia".

Kun puhutaan hypoteettisesta atomirakenteesta, se viittaa yksinomaan elektroneihin, jotka puolestaan ​​kulkevat käsi kädessä protonien kasvavan määrän kanssa. Protonit määrittävät kemiallisen elementin atomiluvun Z ja jokaiselle ytimelle lisättynä elektroni lisätään kompensoimaan tätä positiivisen varauksen nousua.

Vaikka näyttää siltä, ​​että protonit eivät noudata vakiintunutta järjestystä liittyä atomin ytimeen, elektronit seuraavat tiettyjä ehtoja, niin että ne vievät ensin alemman energian atomin alueet, erityisesti ne, joissa todennäköisyys löytää ne avaruudessa on suurempi: orbitaalit.

Aufbau-periaate yhdessä muiden sähköisten täyttösääntöjen kanssa (Paulin syrjäytymisperiaate ja Hund-sääntö) auttavat määrittämään, miten elektronit on lisättävä sähköiseen pilviin; Tällä tavoin on mahdollista määrittää tietyn kemiallisen elementin elektroninen konfiguraatio.

indeksi

  • 1 Käsite ja selitys
    • 1.1 Tasot ja alikerrokset
    • 1.2 Paulin ja Hundin vallan poissulkemisen periaate
  • 2 Esimerkkejä
    • 2.1 Hiili
    • 2.2 Happi
    • 2.3 Kalsium
  • 3 Aufbau-periaatteen rajoitukset
  • 4 Viitteet 

Käsite ja selitys

Jos atomia pidettäisiin siltä, ​​että se olisi sipuli, se olisi tässä rajallisessa määrässä kerroksia, jotka määräävät pää kvanttiluku n..

Niiden sisällä ovat alikerrokset, joiden muodot riippuvat kvanttiluvuista azimuthal ja magneettisilta.

Orbitaalit tunnistetaan kolmella ensimmäisellä kvanttiluvulla, kun taas neljäs, spin, neljäs, päättyy osoittamaan, missä kiertoradassa elektroni sijaitsee. Silloin atomien näillä alueilla, joissa elektronit pyörivät, sisimmistä kerroksista uloimpaan: valenssikerros, joka on kaikkein energinen..

Jos näin on, missä järjestyksessä elektronit täyttävät kiertoradat? Aufbau-periaatteen mukaan ne on määritettävä kasvavan arvon (n + l) mukaan..

Myös alikerrosten (n + l) sisällä elektronien on oltava alikerroksessa, jossa on pienin energia-arvo; toisin sanoen ne käyttävät n alinta arvoa.

Näiden rakennussääntöjen mukaisesti Madelung kehitti visuaalisen menetelmän, joka koostuu diagonaalisten nuolien jäljittämisestä, joka auttaa rakentamaan atomin elektronisen konfiguraation. Joissakin opetusaloilla tätä menetelmää kutsutaan myös sademenetelmäksi.

Kerrokset ja alikerrokset

Ensimmäinen kuva havainnollistaa graafista menetelmää elektronisten konfiguraatioiden saamiseksi, kun taas toinen kuva on vastaava Madelung-menetelmä. Energiatehokkaimmat kerrokset sijaitsevat yläosassa ja vähiten energiset ovat alaspäin.

Vasemmalta oikealle niiden vastaavien pääenergiatasojen alikerrokset s, p, d ja f ovat "siirtyneet". Miten lasketaan (n + l) arvo jokaiselle diagonaalisilla nuolilla merkittyjä vaiheita varten? Esimerkiksi 1s: n orbitaalille tämä laskenta on yhtä kuin (1 + 0 = 1), 2s-kiertoradalle (2 + 0 = 2) ja 3p-kiertoradalle (3 + 1 = 4).

Näiden laskelmien tulos perustuu kuvan rakentamiseen. Siksi, jos sitä ei ole saatavilla käsillä, riittää, että määritetään (n + l) kullekin kiertoradalle, alkaa täyttää kiertoradat elektronien kanssa siitä, jonka alin arvo on (n + l), maksimiarvoon.

Madelung-menetelmän käyttö helpottaa kuitenkin suuresti sähköisen kokoonpanon rakentamista ja tekee siitä viihdyttävän toiminnan niille, jotka oppivat jaksollista taulukkoa.

Paulin ja Hundin vallan poissulkemisen periaate

Madelung-menetelmä ei osoita alikerrosten orbitaaleja. Kun otetaan huomioon nämä seikat, Paulin syrjäytymisperiaatteessa todetaan, että mikään elektroni ei voi olla samat kvanttinumerot kuin toisella; tai mikä on sama, elektronien parilla ei voi olla molempia pyöriä positiivisia tai negatiivisia.

Tämä tarkoittaa, että niiden kvanttimäärät pyöriessään eivät voi olla samanarvoisia, ja siksi niiden on vastattava pyöriään samaan kiertoradaan..

Toisaalta kiertoradan täyttö on tehtävä niin, että ne ovat energian rappeutumisessa (Hundin sääntö). Tämä saavutetaan pitämällä kaikki orbitaalien elektronit paikoilleen, kunnes on ehdottoman välttämätöntä yhdistää pari näistä (kuten hapen kanssa).

esimerkit

Seuraavissa esimerkeissä esitetään yhteenveto koko Aufbau-periaatteen käsitteestä.

hiili

Elektronisen kokoonpanon määrittämiseksi meidän on ensin tunnettava atomiluku Z ja siten myös elektronien lukumäärä. Hiilellä on Z = 6, joten on tarpeen sijoittaa sen 6 elektronia kiertoradioihin Madelung-menetelmän avulla:

Nuolet vastaavat elektroneja. Kun 1s ja 2s orbitaalit on täytetty, kummallakin on kaksi elektronia, kaksi jäljellä olevaa elektronia osoitetaan 2p-orbitaaleille eron perusteella. Näin Hundin sääntö ilmenee: kaksi rappeutunutta kiertorataa ja yksi tyhjä.

happi

Happi on Z = 8, joten siinä on kaksi muuta elektronia, toisin kuin hiili. Yksi näistä elektroneista on sijoitettava tyhjään 2p-kiertoradaan ja toinen on yhdistettävä muodostamaan ensimmäinen pari, nuolen ollessa alaspäin. Näin ollen Paulin syrjäytymisperiaate ilmenee tässä.

kalsium

Kalsiumissa on 20 elektronia, ja myös orbitaalit täytetään samalla menetelmällä. Täyttöjärjestys on seuraava: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

Voidaan huomata, että sen sijaan, että ensin täytettäisiin 3d-kiertorata, elektronit vievät 4-luvun. Tämä tapahtuu ennen siirtymämetallien avaamista, elementtejä, jotka täyttävät sisäisen kerroksen 3d.

Aufbau-periaatteen rajoitukset

Aufbau-periaatteella ei voida ennustaa monien siirtymämetallien ja harvinaisten maametallien (lantanidien ja aktinidien) elektronisia kokoonpanoja.

Tämä johtuu siitä, että ns: n ja (n-1) d: n orbitaalien väliset energiaerot ovat alhaiset. Kvanttimekaniikan tukemista syistä elektronit saattavat mieluummin degeneroida orbitaaleja (n-1) d kustannuksella, joka katoaa tai poistaa elektronit ns-kiertoradalta.

Kuuluisa esimerkki on kupari. Sen Aufbau-periaatteen ennustama elektroninen kokoonpano on 1s22s22p63S23p64s23d9, kun kokeellisesti on osoitettu olevan 1s22s22p63S23p64s13d10.

Ensimmäisessä yksinäinen elektroni on parittamaton 3d-kiertoradalla, kun taas toisessa 3d-orbitaalien kaikki elektronit on yhdistetty.

viittaukset

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (15. kesäkuuta 2017). Aufbau-periaatteen määritelmä. Otettu: thinkco.com
  2. Prof. N. De Leon. (2001). Aufbau-periaate. Otettu: iun.edu
  3. Kemia 301. Aufbau-periaate. Otettu: ch301.cm.utexas.edu
  4. Hozefa Arsiwala ja teacherlookup.com. (1. kesäkuuta 2017). Syvyys: Aufbau-periaate esimerkein. Otettu osoitteesta teacherlookup.com
  5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemia. (8. painos). CENGAGE Learning, s. 199-203.
  6. Goodphy. (27. heinäkuuta 2016). Madelungin järjestelmä. [Kuva]. Otettu: commons.wikimedia.org