AUFBAU PRINCIPAS: SAMPRATA IR PAAIŠKINIMAS, PAVYZDŽIAI - CHEMIJA - 2025

Aufbau principas yra naudingas vadovas prognozuoja teoriškai elektroninę konfigūraciją elemento. Žodis aufbau reiškia vokiečių veiksmažodį „statyti“. Šio principo diktuojamos taisyklės yra skirtos „padėti sukurti atomą“.

Kalbant apie hipotetinę atominę konstrukciją, ji nurodo tik elektronus, kurie savo ruožtu eina koja kojon su didėjančiu protonų skaičiumi. Protonai nusako cheminio elemento atominį skaičių Z, o kiekvienam, pridėtam prie branduolio, pridedamas elektronas, kuris kompensuoja šį teigiamo krūvio padidėjimą.

Nors atrodo, kad protonai nesilaiko nusistovėjusios tvarkos prisijungti prie atomo branduolio, elektronai iš tikrųjų vykdo daugybę sąlygų, tokiu būdu, kad pirmiausia užima atomo sritis su mažesne energija, ypač tose, kuriose tikimybė juos rasti erdvėje yra didesnė: orbitalės.

Aufbau principas kartu su kitomis elektroninio užpildymo taisyklėmis (Pauli išskyrimo principas ir Hundo taisyklė) padeda nustatyti tvarką, kuria elektronai turėtų būti pridedami prie elektronų debesies; Tokiu būdu galima priskirti tam tikro cheminio elemento elektroninę konfigūraciją.

Koncepcija ir paaiškinimas

Jei atomas būtų laikomas svogūnu, jame rastųsi baigtinis sluoksnių skaičius, nustatytas pagal pagrindinį kvantinį skaičių n.

Toliau jų viduje yra subkaulų, kurių formos priklauso nuo azimutinių l ir magnetinių kvantinių skaičių m.

Orbitalės identifikuojamos pagal pirmuosius tris kvantinius skaičius, o ketvirtasis, sukiniai, baigiasi, nurodydamas, kurioje orbitoje bus elektronas. Tuomet šiuose atomo regionuose elektronai sukasi iš vidinių sluoksnių į tolimiausius: valentinis sluoksnis, pats energingiausias iš visų.

Tokiu atveju kokia tvarka elektronai turėtų užpildyti orbitas? Pagal Aufbau principą jie turi būti priskiriami atsižvelgiant į didėjančią vertę (n + l).

Panašiai, tarpšerpetuose (n + l), elektronai turi užimti mažiausiai energijos turinčią rutulį; kitaip tariant, jie užima mažiausią n reikšmę.

Laikydamasis šių konstravimo taisyklių, Madelungas sukūrė vaizdinį metodą, susidedantį iš įstrižinių strėlių piešimo, kurie padeda sukurti atomo elektroninę konfigūraciją. Kai kuriose švietimo srityse šis metodas taip pat žinomas kaip lietaus metodas.

Sluoksniai ir sluoksniai

Pirmasis vaizdas iliustruoja grafinį metodą elektronų konfigūracijai gauti, o antrasis vaizdas yra atitinkamas Madelung metodas. Labiausiai energetiniai sluoksniai yra viršuje, o mažiausiai energingi - žemyn.

Iš kairės į dešinę, „atitinkami“ pagrindiniai energijos lygmenys, s, p, d ir f yra „pernešami“. Kaip apskaičiuoti (n + l) kiekvieno žingsnio, pažymėto įstrižinėmis rodyklėmis, vertę? Pvz., 1s orbitalai šis skaičiavimas yra lygus (1 + 0 = 1), 2s orbitaliui (2 + 0 = 2) ir 3p orbitaliui (3 + 1 = 4).

Šių skaičiavimų rezultatas yra vaizdo atvaizdas. Todėl, jei jo nėra rankoje, paprasčiausiai nustatykite (n + l) kiekvienai orbitalei, pradėdami užpildyti orbitalės elektronus nuo tos, kurios vertė yra mažiausia (n + l), iki tos, kurios didžiausia reikšmė.

Tačiau Madelung metodo naudojimas labai palengvina elektronų konfigūracijos sudarymą ir daro tai linksmu užsiėmimu tiems, kurie mokosi periodinės lentelės.

Paulio atskirties principas ir Hundo taisyklė

Madelungo metodas nenurodo subhellų orbitų. Atsižvelgiant į juos, Paulio išskyrimo principas teigia, kad joks elektronas negali turėti tokių pačių kvantinių skaičių kaip kitas; arba kas yra tas pats, elektronų pora negali turėti nei teigiamų, nei neigiamų sukimų.

Tai reiškia, kad jų sukinio kvantiniai skaičiai s negali būti vienodi, todėl jų nugaros turi poruotis, užimdamos tą pačią orbitą.

Kita vertus, orbitalės turi būti užpildomos taip, kad jos išsemtų energiją (Hundo taisyklė). Tai pasiekiama išlaikant visus orbitalėse esančius elektronus nesusijusius, kol griežtai būtina suporuoti porą iš jų (kaip ir deguonį).

Pavyzdžiai

Šie pavyzdžiai apibendrina visą Aufbau principo sampratą.

Anglies

Norint nustatyti jo elektroninę konfigūraciją, pirmiausia reikia žinoti atominį skaičių Z, taigi ir elektronų skaičių. Anglies Z = 6, todėl jos 6 elektronai turi būti išdėstyti orbitose Madelung metodu:

Rodyklės atitinka elektronus. Užpildžius 1s ir 2s orbitalės, kiekvienoje iš jų yra du elektronai, 2p orbitalės paskirstomos likusiems dviem elektronams. Taigi pasireiškia Hundo taisyklė: du išsigimę orbitalės ir vienas tuščias.

Deguonis

Deguonies Z = 8, taigi skirtingai nuo anglies, jis turi du papildomus elektronus. Vienas iš šių elektronų turi būti dedamas į tuščią 2p orbitalę, o kitas turi susiporuoti, kad sudarytų pirmąją porą, rodykle nukreiptą žemyn. Todėl čia pasireiškia Paulio atskirties principas.

Kalcis

Kalcis turi 20 elektronų, o orbitos vis dar užpildomos tuo pačiu metodu. Užpildymo tvarka tokia: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

Galima pastebėti, kad užuot užpildę 3d orbitalę pirmiausia, elektronai užima 4s. Tai įvyksta prieš pereinant prie metalų pereinamiesiems metalams, kurie užpildo vidinį 3d sluoksnį.

Aufbau principo apribojimai

Aufbau principas nesugeba numatyti daugelio pereinamųjų metalų ir retųjų žemių elementų (lantanidų ir aktinidų) elektroninės konfigūracijos.

Taip yra todėl, kad energetiniai skirtumai tarp ns ir (n-1) d orbitų yra maži. Dėl priežasčių, kurias palaiko kvantinė mechanika, elektronai gali linkę degeneruoti (n-1) d orbitalę elektronų atstatymo ar pašalinimo iš ns orbitos kaina.

Garsus pavyzdys yra vario atvejis. Jo elektronų konfigūracija, prognozuojama pagal Aufbau principą, yra 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ⁹ , kai eksperimentiškai nustatyta, kad ji yra 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ¹ 3d ¹⁰ .

Pirmajame 3D orbitoje vienatūris elektronas nėra suporuotas, o antrame - visi 3D orbitalėse esantys elektronai yra suporuoti.

Nuorodos

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2017 m. Birželio 15 d.). Aufbau principo apibrėžimas. Paimta iš: thinkco.com
2. N. De Leon prof. (2001). Aufbau principas. Paimta iš: iun.edu
3. Chemija 301. Aufbau principas. Paimta iš: ch301.cm.utexas.edu
4. Hozefa Arsiwala ir teacherlookup.com. (2017 m. Birželio 1 d.). Gylyje: Aufbau principas su pavyzdžiais. Paimta iš: teacherlookup.com
5. Whittenas, Davisas, Peckas ir Stanley. Chemija. (8-asis leidimas). CENGAGE mokymasis, 199–203 psl.
6. Goodphy. (2016 m. Liepos 27 d.). „Madelung“ schema. . Paimta iš: commons.wikimedia.org