Princip Aufbau koncepta i objašnjenja, primjeri



Načelo Aufbaua Sastoji se od korisnog vodiča koji teoretski predviđa elektroničku konfiguraciju elementa. Riječ Aufbau odnosi se na njemački glagol "build". Pravila diktirana ovim načelom trebala bi "pomoći u izgradnji atoma".

Kada govorimo o hipotetičkoj atomskoj konstrukciji, ona se odnosi isključivo na elektrone, koji pak idu ruku pod ruku s rastućim brojem protona. Protoni definiraju atomski broj Z kemijskog elementa, a za svaku dodanu jezgru dodaje se elektron kako bi kompenzirao ovo povećanje pozitivnog naboja.

Iako se čini da protoni ne slijede utvrđeni poredak da bi se pridružili nukleusu atoma, elektroni slijede niz uvjeta, tako da najprije zauzimaju područja atoma niže energije, posebno one gdje ih je vjerojatnost pronalaženja u prostoru je veća: orbitale.

Aufbauovo načelo, zajedno s drugim pravilima elektroničkog punjenja (načelo isključenja Paulija i Hundovo pravilo), pomaže da se utvrdi redoslijed kojim se elektroni moraju dodati elektroničkom oblaku; Na taj način je moguće odrediti elektroničku konfiguraciju određenog kemijskog elementa.

indeks

  • 1 Pojam i objašnjenje
    • 1.1 Slojevi i podslojevi
    • 1.2 Načelo isključenja Paulija i vladavine Hunda
  • 2 Primjeri
    • 2.1 Karbon
    • 2.2 Kisik
    • 2.3 Kalcij
  • 3 Ograničenja Aufbau principa
  • 4 Reference 

Pojam i objašnjenje

Ako se atom smatra kao da je luk, to bi bila unutar toga konačna količina slojeva, određena glavnim kvantnim brojem n.

Iza njih, unutar njih, nalaze se podslojevi, čiji oblici ovise o kvantnim brojevima azimutnim i magnetskim.

Orbitale se identificiraju pomoću prva tri kvantna broja, dok četvrta, ona od spina, završava ukazujući na to u kojoj će se orbiti biti lociran elektron. To je onda u tim područjima atoma gdje se elektroni okreću, od najdubljih slojeva prema vanjskom: valentni sloj, najenergetskiji od svih.

Ako je tako, u kojem bi redu elektroni trebali ispuniti orbitale? Prema Aufbau principu, moraju se dodijeliti prema rastućoj vrijednosti (n + l).

Isto tako, unutar slojeva (n + l) elektroni moraju zauzimati najnižu energetsku vrijednost u podsloju; drugim riječima, zauzimaju najnižu vrijednost n.

Slijedeći ta pravila konstrukcije, Madelung je razvio vizualnu metodu koja se sastoji u praćenju dijagonalnih strelica, koje pomažu u konstruiranju elektroničke konfiguracije atoma. U nekim obrazovnim sferama ova metoda je poznata i kao kišna metoda.

Slojevi i podslojevi

Prva slika ilustrira grafičku metodu za dobivanje elektroničkih konfiguracija, dok je druga slika odgovarajući Madelung metoda. Većina energetskih slojeva nalazi se na vrhu, a najmanje energetski su u smjeru prema dolje.

Slijeva nadesno, slojevi s, p, d i f njihovih odgovarajućih glavnih energetskih razina su "prolazni". Kako izračunati vrijednost (n + l) za svaki korak označen dijagonalnim strelicama? Primjerice, za 1s orbitalni izračun je jednak (1 + 0 = 1), za orbitalu 2s (2 + 0 = 2), a za orbitalu 3p (3 + 1 = 4).

Rezultat tih izračuna potječe od konstrukcije slike. Stoga, ako nije dostupno, dovoljno je odrediti (n + l) za svaku orbitalu, početi puniti orbitale s elektronima od one s najnižom vrijednošću (n + l) do maksimalne vrijednosti..

Međutim, primjena Madelung metode uvelike olakšava konstrukciju elektroničke konfiguracije i čini je zabavnom aktivnošću za one koji uče periodni sustav..

Princip isključenja Paulija i vladavine Hunda

Metoda Madelunga ne ukazuje na orbitale podslojeva. Uzimajući ih u obzir, Paulijevo načelo isključenja navodi da nijedan elektron ne može imati iste kvantne brojeve kao drugi; ili što je isto, par elektrona ne može imati oba spinova pozitivna ili negativna.

To znači da njihovi kvantni brojevi spinova ne mogu biti jednaki i stoga moraju uskladiti svoje spinove kako bi zauzeli istu orbitu.

S druge strane, popunjavanje orbitala mora biti učinjeno na način da se one degeneriraju u energiji (Hundovo pravilo). To se postiže držanjem svih elektrona u orbitalima nesparenim, sve dok nije strogo potrebno upariti par njih (kao s kisikom).

Primjeri

Sljedeći primjeri sažimaju cjelokupni koncept načela Aufbaua.

ugljen

Da bismo odredili njegovu elektronsku konfiguraciju, najprije moramo znati atomski broj Z, a time i broj elektrona. Ugljik ima Z = 6, pa je potrebno locirati njegovih 6 elektrona u orbitalima pomoću Madelung metode:

Strelice odgovaraju elektronima. Nakon punjenja 1s i 2s orbitala, svaka s dva elektrona, dva preostala elektrona dodijeljena su 2p orbitalima razlikom. Tako se Hundovo pravilo očituje: dvije degenerirane orbitale i jedna prazna.

kisik

Kisik ima Z = 8, tako da ima dva dodatna elektrona, za razliku od ugljika. Jedan od tih elektrona mora se smjestiti u praznu orbitalu 2p, a druga mora biti uparena tako da formira prvi par, sa strelicom okrenutom prema dolje. Stoga se ovdje pojavljuje Paulijev princip isključenosti.

kalcijum

Kalcij ima 20 elektrona, a orbitale su također ispunjene istom metodom. Redoslijed punjenja je sljedeći: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

Može se primijetiti da, umjesto da prvo napune 3d orbitalu, elektroni zauzimaju 4s. To se događa prije otvaranja prijelaznih metala, elemenata koji ispunjavaju unutarnji sloj 3d.

Ograničenja Aufbau principa

Aufbau princip ne predviđa elektroničke konfiguracije mnogih prijelaznih metala i rijetkih zemnih elemenata (lantanida i aktinida).

To je zbog toga što su razlike u energiji između ns i (n-1) d orbitala niske. Zbog razloga koje podupire kvantna mehanika, elektroni mogu preferirati da degeneriraju orbitale (n-1) d po cijenu nestajanja ili izbacivanja elektrona iz ns orbitale.

Poznati primjer je slučaj bakra. Njegova elektronička konfiguracija predviđena Aufbau principom je 1s22s22p63S23P64s23d9, kada je eksperimentalno pokazano da je 1s22s22p63S23P64s13d10.

U prvoj je solitarni elektron nesparen u 3d orbitali, dok su u drugom svi elektroni 3d orbitala upareni.

reference

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (15. lipnja 2017.) Definicija Aufbau načela. Preuzeto s: thoughtco.com
  2. N. De Leon. (2001). Aufbau princip. Preuzeto iz: iun.edu
  3. Kemija 301. Aufbau princip. Preuzeto iz: ch301.cm.utexas.edu
  4. Hozefa Arsiwala i teacherlookup.com. (1. lipnja 2017.) U dubini: Aufbau princip s primjerima. Preuzeto s: teacherlookup.com
  5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija. (8. izdanje). CENGAGE Learning, str. 199-203.
  6. Goodphy. (27. srpnja 2016.) Shema Madelunga. [Slika]. Preuzeto s: commons.wikimedia.org