Aufbau koncepcijas princips un skaidrojums, piemēri



The Aufbau princips Tas sastāv no noderīgas rokasgrāmatas, lai teorētiski prognozētu elementa elektronisko konfigurāciju. Vārds aufbau tas attiecas uz vācu valodas vārdu “būvēt”. Šī principa diktētie noteikumi ir domāti, lai "palīdzētu veidot atomu".

Runājot par hipotētisko atomu būvniecību, tas attiecas tikai uz elektroniem, kas savukārt iet roku rokā ar pieaugošo protonu skaitu. Protoni nosaka ķīmiskā elementa atomu skaitu Z, un katram, kas pievienots kodolam, tiek pievienots elektrons, lai kompensētu šo pozitīvā lādiņa pieaugumu..

Lai gan šķiet, ka protoni neseko noteiktajai kārtībai, lai pievienotos atoma kodolam, elektroni seko virknei nosacījumu, lai tie vispirms ieņemtu zemākas enerģijas atoma reģionus, īpaši tos, kuros varbūtība tos atrast kosmosā ir lielāks: orbitāli.

Aufbau princips kopā ar citiem elektroniskās aizpildīšanas noteikumiem (Pauli izslēgšanas princips un Hunda likums) palīdz noteikt kārtību, kādā elektroni ir jāpievieno elektroniskajam mākonim; Šādā veidā ir iespējams noteikt konkrēta ķīmiskā elementa elektronisko konfigurāciju.

Indekss

  • 1 Koncepcija un skaidrojums
    • 1.1. Slāņi un apakškārtas
    • 1.2. Pauli izslēgšanas princips un Hundas valdība
  • 2 Piemēri
    • 2.1. Ogleklis
    • 2.2 Skābeklis
    • 2.3. Kalcijs
  • 3 Aufbau principa ierobežojumi
  • 4 Atsauces 

Koncepcija un skaidrojums

Ja atoms tiktu uzskatīts par sīpolu, tas būtu šajā galīgajā slāņu daudzumā, ko nosaka galvenais kvantu skaits n..

Ārpus tiem ir apakšslāņi, kuru formas ir atkarīgas no kvantu skaitļiem azimutāla un magnētiskā.

Orbītas tiek identificētas ar pirmajiem trim kvantu skaitļiem, bet ceturtais - spin, beidzas, norādot, kurā orbītā atrodas elektrons. Tātad šajos atoma reģionos, kur elektroni griežas, no visdziļākajiem slāņiem līdz visattālākajam: valences slānis, kas ir enerģiskākais no visiem.

Ja jā, kādā secībā elektroniem jāaizpilda orbītas? Saskaņā ar Aufbau principu tie ir jāpiešķir atbilstoši pieaugošajai vērtībai (n + l).

Arī apakšslāņos (n + l) elektroniem jāatrodas apakšslāņai ar viszemāko enerģijas vērtību; citiem vārdiem sakot, tie aizņem zemāko n vērtību.

Pēc šiem būvniecības noteikumiem Madelung izstrādāja vizuālu metodi, kas sastāv no diagonālo bultiņu izsekošanas, kas palīdz veidot atoma elektronisko konfigurāciju. Dažās izglītības jomās šī metode ir pazīstama arī kā lietus metode.

Slāņi un apakškārtas

Pirmais attēls ilustrē grafisku metodi elektronisko konfigurāciju iegūšanai, bet otrais attēls ir atbilstošā Madelunga metode. Enerģiskākie slāņi atrodas augšpusē un vismazāk enerģiski atrodas lejup.

No kreisās uz labo apakšējo slāņu s, p, d un f to galvenie enerģijas līmeņi ir "tranzīts". Kā aprēķināt (n + l) vērtību katram solim, ko apzīmē ar diagonālajām bultiņām? Piemēram, 1s orbitālam šis aprēķins ir vienāds ar (1 + 0 = 1), 2s orbitālam (2 + 0 = 2) un 3p orbitālam (3 + 1 = 4).

Šo aprēķinu rezultāts ir attēla uzbūve. Tādēļ, ja tas nav pieejams, pietiek noteikt (n + l) katram orbitālam, sākot aizpildīt orbītas ar elektroniem no tā, kura zemākā vērtība ir (n + l) līdz maksimālajai vērtībai..

Tomēr Madelungas metodes izmantošana ievērojami atvieglo elektroniskās konfigurācijas izveidi un padara to par izklaidējošu darbību tiem, kas mācās periodisko tabulu.

Pauli izslēgšanas princips un Hunda valdība

Madelungas metode nenorāda apakšslāņu orbītas. Ņemot vērā šos aspektus, Pauli izslēgšanas princips nosaka, ka nevienam elektronam nevar būt tādi paši kvantu skaitļi kā citam; vai tas, kas ir tāds pats, elektronu pārim nav abu griezienu pozitīva vai negatīva.

Tas nozīmē, ka to kvantu skaits spiniem nevar būt vienāds, un tāpēc tiem ir jāatbilst savām spinēm, lai aizņemtu to pašu orbitālu.

No otras puses, orbītu aizpildīšana jāveic tādā veidā, lai tie būtu enerģijā deģenerēti (Hunda likums). Tas tiek panākts, turot visus orbitāļu elektronus nesalīdzināmus, kamēr nav obligāti nepieciešams pāris pāris (kā ar skābekli)..

Piemēri

Turpmākie piemēri apkopo visu Aufbau principa koncepciju.

Ogleklis

Lai noteiktu tās elektronisko konfigurāciju, mums vispirms ir jāzina atomu skaits Z un tādējādi arī elektronu skaits. Oglim ir Z = 6, tāpēc ir jāatrod 6 elektroni orbitātēs, izmantojot Madelung metodi:

Bultiņas atbilst elektroniem. Pēc 1s un 2s orbitāļu aizpildīšanas, katrs ar diviem elektroniem, divi atlikušie elektroni tiek piešķirti 2p orbitālēm pēc atšķirības. Tādā veidā Hundas valdība izpaužas kā divi deģenerēti orbīti un viens tukšs.

Skābeklis

Skābeklim ir Z = 8, tāpēc tam ir divi papildu elektroni, atšķirībā no oglekļa. Viens no šiem elektroniem jānovieto tukšā 2p orbitālā, bet otrs ir jāsavieno pārī, lai izveidotu pirmo pāri, ar bultiņu uz leju. Līdz ar to Pauli izslēgšanas princips šeit izpaužas.

Kalcijs

Kalcijam ir 20 elektroni, un orbītas ir arī piepildītas ar to pašu metodi. Aizpildīšanas secība ir šāda: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

Var pamanīt, ka, pirmkārt, aizpildot 3d orbitālu, elektroni aizņem 4s. Tas notiek pirms pārejas metālu atvēršanas, elementi, kas aizpilda iekšējo slāni 3d.

Aufbau principa ierobežojumi

Aufbau princips neparedz daudzu pārejas metālu un retzemju elementu (lantanīdu un aktinīdu) elektroniskās konfigurācijas..

Tas ir tāpēc, ka enerģijas atšķirības starp ns un (n-1) d orbitālēm ir zemas. Kvantu mehānikas atbalstīto iemeslu dēļ elektroni var vēlēties deģenerēt orbītas (n-1) d, izzūdot vai iznīcinot elektronus no ns orbitālā.

Slavens piemērs ir vara. Tā elektroniskā konfigurācija, ko paredz Aufbau princips, ir 1s22s22p63s23p64s23d9, eksperimentāli pierādot, ka tas ir 1s22s22p63s23p64s13d10.

Pirmajā vienīgajam elektronam ir nepārspējams 3d orbitāls, bet otrajā - visi 3d orbitālie elektroni ir savienoti pārī.

Atsauces

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2017. gada 15. jūnijs). Aufbau principa definīcija. Ņemts no: thinkco.com
  2. Prof. N. De Leon. (2001). Aufbau princips. No: iun.edu
  3. Ķīmija 301. Aufbau princips. Uzņemts no: ch301.cm.utexas.edu
  4. Hozefa Arsiwala un teacherlookup.com. (2017. gada 1. jūnijs). Dziļumā: Aufbau princips ar piemēriem. Ņemts no: teacherlookup.com
  5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Ķīmija (8. izdevums). CENGAGE Learning, 199-203.
  6. Goodphy (2016. gada 27. jūlijs). Madelungas shēma. [Attēls] Uzņemts no: commons.wikimedia.org