Načelo Aufbau koncepta in razlaga, primeri



The Načelo Aufbauja Sestavljen je iz koristnega vodnika, ki teoretično predvideva elektronsko konfiguracijo elementa. Beseda aufbau nanaša se na nemški glagol "build". Pravila, ki jih narekuje to načelo, naj bi "pomagala zgraditi atom".

Ko govorimo o hipotetičnem atomske gradnjo, se nanaša izključno na elektronov, ki bo v zameno ročno, vedno večje število protonov. Protoni opredeliti atomsko število z kemijski element in je vsak doda jedra dodamo elektrone nadomestiti povečanje pozitivnega naboja.

Čeprav se zdi, da protoni ne sledijo določenemu redu, da bi se pridružili jedru atoma, elektroni sledijo vrsti pogojev, tako da zasedajo najprej regije atoma nižje energije, natančneje tiste, kjer je verjetnost, da jih najdemo v prostoru. je večja: orbitale.

Načelo Aufbau, skupaj z drugimi pravili elektronskega polnjenja (načelo izključitve Pauli in Hundovo pravilo), pomaga določiti vrstni red, po katerem morajo biti elektroni dodani elektronskemu oblaku; Na ta način je mogoče dodeliti elektronsko konfiguracijo določenega kemičnega elementa.

Indeks

  • 1 Pojem in razlaga
    • 1.1 Plasti in podlage
    • 1.2 Načelo izključitve Paulija in vladavine Hunda
  • 2 Primeri
    • 2.1 Ogljik
    • 2.2 Kisik
    • 2.3 Kalcij
  • 3 Omejitve Aufbaujevega načela
  • 4 Reference 

Koncept in razlaga

Če bi bil atom obravnavan kot čebula, bi bila znotraj tega končna količina plasti, določena z glavnim kvantnim številom n.

Zunaj, znotraj njih, so podplasti, katerih oblike so odvisne od kvantnih številk azimutnih in magnetnih.

Orbitale so opredeljena v prvih treh kvantnih števil, medtem ko je četrti, spin s, konča točka, v kateri se nahaja elektron orbitalna. Nato je v teh regijah, kjer elektroni vrtijo atom, iz najgloblje do oddaljene plasti: valenčnega lupine, energija vseh.

Če je tako, v kakšnem vrstnem redu naj elektroni zapolnijo orbitale? V skladu z Aufbaujevim načelom jih je treba dodeliti v skladu z naraščajočo vrednostjo (n + l)..

Poleg tega morajo elektroni v podplatih (n + l) zavzemati podrejeno plast z najnižjo energetsko vrednostjo; z drugimi besedami, zasedajo najnižjo vrednost n.

Po teh konstrukcijskih pravilih je Madelung razvil vizualno metodo, ki je sestavljena iz sledenja diagonalnih puščic, ki pomagajo konstruirati elektronsko konfiguracijo atoma. V nekaterih izobraževalnih sferah je ta metoda znana tudi kot deževna metoda.

Plasti in podlage

Prva slika prikazuje grafično metodo za pridobitev elektronskih konfiguracij, medtem ko je druga slika ustrezna Madelungova metoda. Najbolj energetski sloji se nahajajo na vrhu, najmanj energetski pa v smeri navzdol.

Od leve proti desni so podzadevi s, p, d in f njihovih ustreznih glavnih energetskih nivojev "prehodni". Kako izračunati vrednost (n + l) za vsak korak označen z diagonalno puščico? Na primer, za 1s orbital je ta izračun enak (1 + 0 = 1), za 2s orbital (2 + 0 = 2) in za 3p orbital (3 + 1 = 4).

Rezultat teh izračunov izhaja iz konstrukcije slike. Če torej ni na voljo, je dovolj, da za vsako orbitalo določimo (n + l), začnemo polniti orbite z elektroni od tiste z najnižjo vrednostjo (n + l) do največje vrednosti..

Vendar pa je uporaba metode Madelung močno olajša gradnjo elektronske konfiguracije in naredi zabavno dejavnost, ki se učijo periodnega.

Načelo izključitve Paulija in vladavine Hunda

Metoda Madelunga ne navaja orbitale podlage. Upoštevajoč jih, Paulijevo izključitveno načelo navaja, da noben elektron nima enakih kvantnih števil kot drugo; ali kar je isto, par elektronov ne more imeti pozitivnih ali negativnih obeh vrtljajev.

To pomeni, da je njihova kvantna števila vrtljajev s ne more biti enaka, zato morajo biti seznanjeni svoje vrtljajev zasedla isti orbitalni.

Po drugi strani pa je treba polnjenje orbitalov opraviti tako, da se degenerirajo v energiji (Hundovo pravilo). To se doseže tako, da so vsi elektroni orbitalov nespremenjeni, dokler ni nujno, da se par (kot s kisikom) združi..

Primeri

Naslednji primeri povzemajo celoten koncept načela Aufbau.

Ogljik

Za določitev elektronske konfiguracije, morate najprej vedeti, atomsko število Z, in s tem število elektronov. Carbon je Z = 6, zato moramo poiskati svoje šest elektronov v orbital z metodo Madelung:

Puščice ustrezajo elektronom. Po polnjenju 1s in 2s orbitale, vsaka z dvema elektronima, sta preostala dva elektrona dodeljena 2p orbitali z razliko. Tako se Hundovo pravilo manifestira: dve degenerirani orbitali in ena prazna.

Kisik

Kisik ima Z = 8, tako da ima dva dodatna elektrona, za razliko od ogljika. Eden od teh elektronov mora biti postavljen v prazno 2p orbitalo, drugi pa mora biti združen, da tvori prvi par, s puščico navzdol. Zato se tukaj izkazuje Paulijevo izključitveno načelo.

Kalcij

Kalcij ima 20 elektronov, orbite pa so zapolnjene z isto metodo. Nalog za polnjenje je naslednji: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

Opazimo lahko, da namesto, da bi prvič napolnili 3d orbital, elektroni zasedajo 4s. To se zgodi pred odpiranjem prehodnih kovin, elementov, ki napolnijo notranji sloj 3d.

Omejitve načela Aufbau

Načelo Aufbau ne predvideva elektronskih konfiguracij mnogih prehodnih kovin in redkih zemeljskih elementov (lantanidov in aktinidov)..

Razlog za to je, da so razlike v energiji med ns in (n-1) d orbitali nizke. Zaradi razlogov, ki jih podpira kvantna mehanika, lahko elektroni raje degenerirajo orbitale (n-1) d na račun izginotja ali odstranitve elektronov iz ns orbite..

Slavni primer je primer bakra. Njegova elektronska konfiguracija, ki jo predvideva Aufbau princip, je 1s22s22p63s23p64s23d9, ko je bilo eksperimentalno dokazano, da je 1s22s22p63s23p64s13d10.

Prvi je osamljen neparni elektronov v 3D orbitalni, ker so vsi elektroni v drugem paru 3d orbitalami.

Reference

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (15. junij 2017). Opredelitev Aufbau principa. Vzeto iz: thoughtco.com
  2. N. De Leon. (2001). Načelo Aufbau. Vzeto iz: iun.edu
  3. Kemija 301. Načelo Aufbau. Vzeto iz: ch301.cm.utexas.edu
  4. Hozefa Arsiwala in teacherlookup.com. (1. junij 2017). V globini: Aufbau načelo s primeri. Vzeto iz: teacherlookup.com
  5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija (8. izd.). CENGAGE Learning, str. 199-203.
  6. Goodphy (27. julij 2016). Shema Madelunga. [Slika] Vzeto iz: commons.wikimedia.org