Princippet om Aufbau-koncept og forklaring, eksempler



den Aufbau-princippet Den består af en nyttig vejledning til teoretisk forudsige den elektroniske konfiguration af et element. Ordet Aufbau det refererer til det tyske verb "build". Reglerne dikteret af dette princip er ment at "hjælpe med at opbygge atom".

Når man taler om den hypotetiske atomkonstruktion, refererer den udelukkende til elektroner, som igen går hånd i hånd med det stigende antal protoner. Protoner definerer atomnummer Z af et kemisk element, og for hver tilsat til kernen tilsættes en elektron til kompensation for denne forøgelse af den positive ladning.

Selv om det ser ud til, at protonerne ikke følger en etableret rækkefølge for at slutte sig til kernen i atomet, følger elektronerne en række betingelser, så de først optager regionerne af atomen af ​​lavere energi, især dem, hvor sandsynligheden for at finde dem i rummet er større: orbitalerne.

Aufbau-princippet, sammen med andre elektroniske påfyldningsregler (Pauli-udelukkelsesprincippet og Hund-reglen), hjælper med at fastlægge den rækkefølge, elektroner skal tilføjes til den elektroniske sky På denne måde er det muligt at tildele en elektronisk konfiguration af et specifikt kemisk element.

indeks

  • 1 Koncept og forklaring
    • 1.1 Lag og underlag
    • 1.2 Princippet om udelukkelse af Pauli og reglen om Hund
  • 2 Eksempler
    • 2.1 Carbon
    • 2.2 Oxygen
    • 2.3 Kalsium
  • 3 Begrænsninger af Aufbau-princippet
  • 4 referencer 

Koncept og forklaring

Hvis atomet blev betragtet som om det var en løg, ville det være en fin mængde lag deraf bestemt af hovedkvantumet n.

Beyond, inde i dem er underlagene, hvis former afhænger af kvante tal azimutale og magnetiske.

Orbitalerne identificeres af de første tre kvante numre, mens den fjerde, den for spinningen, afsluttes med angivelse af, hvorledes elektronen vil være placeret. Det er så i disse områder af atomet, hvor elektronerne roterer, fra de inderste lag til yderste: valenslaget, den mest energiske af alle.

Hvis ja, i hvilken rækkefølge skal elektronerne udfylde orbitalerne? Ifølge Aufbau-princippet skal de tildeles efter den stigende værdi (n + l).

Også inden for underlagene (n + l) skal elektronerne optage underlaget med den laveste energiværdi; med andre ord besætter de den laveste værdi af n.

Efter disse konstruktionsregler udviklede Madelung en visuel metode, der består i at spore diagonale pile, som bidrager til at konstruere et atoms elektroniske konfiguration. På nogle uddannelsesmæssige områder er denne metode også kendt som regnemetoden.

Lag og underlag

Det første billede illustrerer en grafisk metode til opnåelse af elektroniske konfigurationer, mens det andet billede er den respektive Madelung-metode. De mest energiske lag er placeret øverst og mindst energiske er i nedadgående retning.

Fra venstre til højre er underlagene s, p, d og f af deres tilsvarende hovedenerginiveauer "transiteret". Hvordan beregnes værdien af ​​(n + l) for hvert trin markeret med diagonalpile? For eksempel for 1s kredsløb er denne beregning lig med (1 + 0 = 1), for 2s-kredsløbet (2 + 0 = 2) og for 3p-kredsløbet (3 + 1 = 4).

Resultatet af disse beregninger stammer fra konstruktionen af ​​billedet. Derfor er det tilstrækkeligt at bestemme (n + l) for hver omløb, hvis den ikke er tilgængelig, og begynder at fylde orbitalerne med elektronerne fra den med den laveste værdi af (n + l) til den maksimale værdi.

Anvendelsen af ​​Madelung-metoden letter imidlertid opbygningen af ​​den elektroniske konfiguration og gør det til en underholdende aktivitet for dem, der lærer det periodiske bord.

Princippet om udelukkelse af Pauli og reglen om Hund

Madelung-metoden angiver ikke underlagets orbitaler. Under hensyntagen til Pauli's udelukkelsesprincip står det, at ingen elektroner kan have samme kvante numre som en anden; eller hvad er det samme, kan et par elektroner ikke have begge spinder positive eller negative.

Dette betyder, at deres kvanteantal af spins ikke kan være ens, og derfor må de matche deres spins for at besætte det samme kredsløb.

På den anden side skal påfyldningen af ​​orbitalerne gøres på en sådan måde, at de er degenereret i energi (Hunds regel). Dette opnås ved at holde alle elektronerne i orbitalerne opparet, indtil det er strengt nødvendigt at parre et par af disse (som med ilt).

eksempler

De følgende eksempler opsummerer hele begrebet Aufbaus princip.

carbon

For at bestemme sin elektroniske konfiguration skal vi først kende atomnummeret Z og dermed antallet af elektroner. Carbonet har Z = 6, så det er nødvendigt at placere sine 6 elektroner i orbitalerne ved hjælp af Madelung-metoden:

Pilene svarer til elektronerne. Efter påfyldning af 1s og 2s-orbitalerne, hver med to elektroner, tildeles de to resterende elektroner til 2p-orbitalerne ved forskel. Sådan manifesterer Hunds regel sig: to degenererede orbitaler og en tom.

oxygen

Oxygen har Z = 8, så den har to ekstra elektroner, i modsætning til kulstof. En af disse elektroner skal placeres i den tomme 2p kredsløb, og den anden skal parres til at danne det første par, med pilen pegende nedad. Derfor manifesterer Pauli's udelukkelsesprincip sig her.

calcium

Calcium har 20 elektroner, og orbitalerne er også fyldt med samme metode. Påfyldningsordren er som følger: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

Det kan bemærkes, at i stedet for at fylde 3d-orbitalen først optager elektronerne 4'erne. Dette sker inden åbning af overgangsmetaller, elementer, der fylder det indre lag 3d.

Begrænsninger af Aufbau-princippet

Aufbau-princippet undlader at forudse de elektroniske konfigurationer af mange overgangsmetaller og sjældne jordarters elementer (lanthanider og actinider).

Dette skyldes, at energiforskellene mellem ns og (n-1) d-orbitalerne er lave. På grund af grunde, der understøttes af kvantemekanik, kan elektroner foretrække at degenerere orbitalerne (n-1) d på bekostning af at forsvinde eller dislodge elektronerne fra ns-orbitalet.

Et kendt eksempel er kobber. Dens elektroniske konfiguration forudsagt af Aufbau princippet er 1s22s22p63S23p64s23d9, når det eksperimentelt har vist sig at være 1s22s22p63S23p64s13d10.

I den første bliver en ensartet elektron opløst i en 3d-omgang, mens i andet sekund alle elektronerne i 3d-orbitalerne er parret.

referencer

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (15. juni 2017). Aufbau Princip Definition. Taget fra: thoughtco.com
  2. Prof. N. De Leon. (2001). Aufbau-princippet. Hentet fra: iun.edu
  3. Kemi 301. Aufbau Principle. Modtaget fra: ch301.cm.utexas.edu
  4. Hozefa Arsiwala og teacherlookup.com. (1. juni 2017). I dybde: Aufbau-princip med eksempler. Modtaget fra: teacherlookup.com
  5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8. udgave). CENGAGE Learning, s. 199-203.
  6. Goodphy. (27. juli 2016). Skema af Madelung. [Figur]. Hentet fra: commons.wikimedia.org