Prinsipp for Aufbau-konsept og forklaring, eksempler



den Prinsipp for Aufbau Den består av en nyttig veiledning for å forutsi den elektroniske konfigurasjonen av et element teoretisk. Ordet Aufbau det refererer til det tyske verbet "bygge". Reglene diktert av dette prinsippet er ment å "bidra til å bygge atom".

Når man snakker om den hypotetiske atomkonstruksjonen, refererer den utelukkende til elektroner, som igjen går hånd i hånd med det økende antall protoner. Protoner definerer atomnummeret Z av et kjemisk element, og for hvert tilsatt til kjernen legges en elektron til for å kompensere denne økningen av den positive ladningen.

Selv om det ser ut til at protonene ikke følger en etablert rekkefølge for å bli med i atomkernen, følger elektronene en rekke forhold, slik at de opptar først områdene av atomet av lavere energi, spesielt de hvor sannsynligheten for å finne dem i rommet er større: orbitalene.

Aufbau-prinsippet, sammen med andre elektroniske fyllingsregler (Pauli-ekskluderingsprinsippet og Hund-regelen), bidrar til å etablere rekkefølgen der elektroner må legges til den elektroniske skyen. På denne måten er det mulig å tilordne en elektronisk konfigurasjon av et bestemt kjemisk element.

index

  • 1 Konsept og forklaring
    • 1.1 Lag og underlag
    • 1.2 Prinsippet om utelukkelse av Pauli og regjering av Hund
  • 2 Eksempler
    • 2.1 Karbon
    • 2.2 oksygen
    • 2.3 Kalsium
  • 3 Begrensninger av Aufbau-prinsippet
  • 4 referanser 

Konsept og forklaring

Hvis atomet ble vurdert som om det var en løk, ville det inneholde en endelig mengde lag, bestemt av hovedkvantumnummeret n.

Utover, inne i dem, er underlagene, hvis former er avhengig av kvante tallene azimutale og magnetiske.

Orbitalene er identifisert av de første tre kvante tallene, mens den fjerde, den av spinnet, avsluttes som indikerer hvor orbitalet elektronen vil være plassert. Det er da i disse atomområdene hvor elektronene roterer, fra de innerste lagene til ytre: valenslaget, den mest energiske av alle.

Hvis ja, i hvilken rekkefølge skal elektronene fylle orbitalerne? I henhold til Aufbau-prinsippet må de tildeles i henhold til den økende verdien (n + l).

Også i underlagene (n + l) må elektronene oppta underlaget med laveste energiværdi; med andre ord besitter de den laveste verdien av n.

Etter disse konstruksjonsreglene utviklet Madelung en visuell metode som består i å spore diagonale piler, som bidrar til å konstruere den elektroniske konfigurasjonen av et atom. I noen utdanningsområder er denne metoden også kjent som regnmetoden.

Lag og underlag

Det første bildet illustrerer en grafisk metode for å oppnå elektroniske konfigurasjoner, mens det andre bildet er den respektive Madelung-metoden. De mest energiske lagene ligger øverst og minst energiske er i nedadgående retning.

Fra venstre til høyre blir underlagene s, p, d og f av deres tilhørende hoved energinivåer "overført". Hvordan beregnes verdien av (n + l) for hvert trinn som er markert med diagonalpilen? For eksempel for denne 1-bane er denne beregningen lik (1 + 0 = 1), for 2-bane (2 + 0 = 2), og for 3p bane (3 + 1 = 4).

Resultatet av disse beregningene kommer fra konstruksjonen av bildet. Derfor er det nok å bestemme (n + l) for hvert orbitalt, hvis det ikke er tilgjengelig for hånden, og begynner å fylle orbitaler med elektronene fra den som har den laveste verdien av (n + l) til den maksimale verdien.

Bruken av Madelung-metoden forenkler imidlertid konstruksjonen av den elektroniske konfigurasjonen og gjør det til en underholdende aktivitet for de som lærer det periodiske bordet.

Prinsippet om utelukkelse av Pauli og regjering av Hund

Madelung-metoden indikerer ikke underlagets orbitaler. Ved å ta hensyn til dem, sier Paulis utelukkelsesprinsipp at ingen elektron kan ha samme kvante tall som en annen; eller hva er det samme, kan et par elektroner ikke ha begge spinnene positive eller negative.

Dette betyr at deres kvante antall spinn ikke kan være like og derfor må de matche spinnene sine for å okkupere samme orbitale.

På den annen side må fyllingen av orbitaler gjøres på en slik måte at de er degenerert i energi (Hunds regel). Dette oppnås ved å holde alle elektronene i orbitaler uparret, til det er strengt nødvendig å para et par av disse (som med oksygen).

eksempler

De følgende eksemplene oppsummerer hele konseptet av Aufbau-prinsippet.

karbon

For å bestemme sin elektroniske konfigurasjon må vi først kjenne atomnummeret Z, og dermed antall elektroner. Karbonet har Z = 6, så det er nødvendig å finne sine 6 elektroner i orbitaler ved hjelp av Madelung-metoden:

Pilene stemmer overens med elektronene. Etter å ha fylt 1s og 2s-omløpene, hver med to elektroner, tildeles de to gjenværende elektronene til 2p-orbitalene med forskjell. Slik manifesterer Hunds regel seg: to degenererte orbitaler og en tom.

oksygen

Oksygen har Z = 8, så den har to ekstra elektroner, i motsetning til karbon. En av disse elektronene må plasseres i den tomme 2p-banen, og den andre må være paret for å danne det første paret, med pilen pekende nedover. Følgelig manifesterer Paulis utelukkelsesprinsipp seg her.

kalsium

Kalsium har 20 elektroner, og orbitaler er også fylt med samme metode. Påfyllingsordren er som følger: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

Det kan legges merke til at i stedet for å fylle 3d-orbitalen først, okkuperer elektronene 4s. Dette skjer før du åpner overgangsmetallene, elementene som fyller det indre laget 3d.

Begrensninger av Aufbau-prinsippet

Aufbau-prinsippet kan ikke forutsi de elektroniske konfigurasjonene til mange overgangsmetaller og sjeldne jordartsmetaller (lanthanider og aktinider).

Dette skyldes at energiforskjellene mellom ns og (n-1) d-orbitaler er lave. På grunn av grunner støttet av kvantemekanikk, kan elektroner foretrekke å degenerere orbitalerne (n-1) d på bekostning av å forsvinne eller dislodge elektronene fra ns-orbitalet.

Et kjent eksempel er kobber. Den elektroniske konfigurasjonen forutsatt av Aufbau-prinsippet er 1s22s22p63S23p64s23d9, når det er eksperimentelt, har det vist seg å være 1s22s22p63S23p64s13d10.

I den første er en ensartet elektron unpaired i en 3d-omgang, mens i andre blir alle elektronene i 3d-orbitalene paret.

referanser

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (15. juni 2017). Aufbau Prinsipp Definisjon. Hentet fra: thoughtco.com
  2. Prof. N. De Leon. (2001). Aufbau-prinsippet. Tatt fra: iun.edu
  3. Kjemi 301. Aufbau Princip. Tatt fra: ch301.cm.utexas.edu
  4. Hozefa Arsiwala og teacherlookup.com. (1. juni 2017). I Dybde: Aufbau Prinsipp Med Eksempler. Tatt fra: teacherlookup.com
  5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kjemi. (8. utgave). CENGAGE Learning, s. 199-203.
  6. Goodphy. (27. juli 2016). Ordningen for Madelung. [Figur]. Hentet fra: commons.wikimedia.org