Aufbau kontseptsiooni põhimõte ja selgitus, näited



The Aufbau põhimõte See koosneb kasulikust juhendist elemendi elektroonilise konfiguratsiooni teoreetiliseks prognoosimiseks. Sõna aufbau see viitab Saksa verbile "build". Selle põhimõtte dikteeritavad reeglid on mõeldud "aatomi ehitamiseks".

Hüpoteetilisest aatomkonstruktsioonist rääkides viitab see ainult elektronidele, mis omakorda käivad käsikäes kasvava arvu prootonitega. Prootonid määravad keemilise elemendi aatomi numbri Z ja iga tuumale lisatud elektroni, et kompenseerida positiivse laengu suurenemist.

Kuigi tundub, et prootonid ei järgi aatomi tuumaga ühendatud järjekorda, järgivad elektronid mitmeid tingimusi, nii et nad võtavad esmalt madalama energia aatomi piirkondi, eriti neid, kus tõenäosus leida neid ruumis on suurem: orbitaalid.

Aufbau põhimõte koos teiste elektrooniliste täitmisreeglitega (Pauli tõrjutuse põhimõte ja Hundi reegel) aitab kindlaks määrata, millises järjekorras tuleb elektronid elektroonilisse pilvesse lisada; Sel viisil on võimalik määrata konkreetse keemilise elemendi elektrooniline konfiguratsioon.

Indeks

  • 1 Mõiste ja selgitus
    • 1.1 Kihid ja alamkihid
    • 1.2 Pauli ja Hundi reegli väljajätmise põhimõte
  • 2 Näited
    • 2.1 Süsinik
    • 2.2 Hapnik
    • 2.3 Kaltsium
  • 3 Aufbau põhimõtte piirangud
  • 4 Viited 

Mõiste ja selgitus

Kui aatomit peetakse sibulaks, siis oleks selle piiritletud kogus kihti, mis on määratud peamise kvantarvuga n..

Peale nende on need alamkihid, mille vormid sõltuvad kvantarvudest asimuutne ja magnetiline.

Orbitaalid identifitseeritakse kolme esimese kvantarvuga, samas kui neljas, spin, neljas, mis näitab, millises orbitaalis elektron asub. See on siis aatomite nendes piirkondades, kus elektronid pöörlevad, kõige sisemistest kihtidest äärepoolseimani: valentsikiht, kõige energilisem.

Kui jah, siis millises järjekorras peaksid elektronid orbitaalid täitma? Vastavalt Aufbau põhimõttele tuleb need määrata vastavalt kasvavale väärtusele (n + l).

Samuti peavad elektronid alamkihtides (n + l) hõivama madalaima energiasisaldusega alamkihi; teisisõnu, nad omavad n madalaimat väärtust.

Järgides neid ehitusreegleid, töötas Madelung välja visuaalse meetodi, mis seisneb diagonaalsete noolte jälgimises, mis aitab luua aatomi elektroonilist konfiguratsiooni. Mõnes haridusvaldkonnas tuntakse seda meetodit ka vihmameetodina.

Kihid ja alamkihid

Esimene pilt illustreerib graafilist meetodit elektrooniliste konfiguratsioonide saamiseks, samas kui teine ​​pilt on vastav Madelungi meetod. Kõige energilisemad kihid asuvad ülaosas ja kõige vähem energilised on allapoole.

Vasakult paremale on nende vastavate peamiste energiatasemete alamkihid s, p, d ja f "läbitud". Kuidas arvutada (n + l) väärtus iga diagonaalse noolega tähistatud etapi jaoks? Näiteks 1s orbitaaliks on see arvutus (1 + 0 = 1), 2s orbiidil (2 + 0 = 2) ja 3p orbiidil (3 + 1 = 4).

Nende arvutuste tulemuseks on kujutise konstrueerimine. Seega, kui see pole käepärast, piisab iga orbitaali määramiseks (n + l), alustades orbitaalide täitmisega elektronidega, mille madalaim väärtus on (n + l) maksimaalsele väärtusele.

Madelungi meetodi kasutamine hõlbustab aga oluliselt elektroonilise konfiguratsiooni ehitamist ja muudab selle lõbusaks tegevuseks neile, kes õpivad perioodilist tabelit.

Pauli ja Hundi reegli väljajätmise põhimõte

Madelungi meetod ei näita alamkihi orbitaale. Arvestades neid, Pauli tõrjutuse põhimõte sätestab, et ühelgi elektronil ei ole sama kvantarvu kui teine; või mis on sama, ei saa elektronide paaril olla mõlemat keerutamist positiivne või negatiivne.

See tähendab, et nende spinide kvantide arv ei saa olla võrdne ja seetõttu peavad nad kokku sobima oma keerdudega sama orbiidi hõivamiseks.

Teisest küljest peab orbitaalide täitmine toimuma nii, et need energias degenereeruvad (Hundi reegel). See saavutatakse, kui hoida kõik orbitaalide elektronid paaritu, kuni on hädavajalik paari paari siduda (nagu hapnikuga)..

Näited

Järgnevad näited annavad kokkuvõtte kogu Aufbau põhimõtte kontseptsioonist.

Süsinik

Oma elektroonilise konfiguratsiooni kindlakstegemiseks peame kõigepealt tundma aatomi numbrit Z ja seega ka elektronide arvu. Süsinik on Z = 6, mistõttu on vaja 6-elektroni paigutada orbitaalidesse Madelungi meetodi abil:

Nooled vastavad elektronidele. Pärast 1s ja 2s orbitaalide täitmist, kumbki koos kahe elektroniga, määratakse kaks ülejäänud elektroni 2p orbitaalide vahele. Nii avaldub Hundi reegel: kaks degenereeritud orbitaali ja üks tühi.

Hapnik

Hapnikul on Z = 8, seega on erinevalt süsinikust kaks täiendavat elektroni. Üks neist elektronidest tuleb paigutada tühja 2p orbiidile ja teine ​​peab olema paaritud, et moodustada esimene paar, noolega allapoole. Järelikult avaldub Pauli tõrjutuse põhimõte siin.

Kaltsium

Kaltsiumil on 20 elektroni ja orbitaalid on samuti täidetud sama meetodiga. Täitekorraldus on järgmine: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

Võib tähele panna, et selle asemel, et esmalt täita 3d orbiidi, hõivavad elektronid 4s. See juhtub enne üleminekumetallide avamist, elemente, mis täidavad sisemise kihi 3d.

Aufbau põhimõtte piirangud

Aufbau põhimõte ei suuda ennustada paljude siirdemetallide ja haruldaste muldmetallide (lantanide ja aktiniidide) elektroonilisi konfiguratsioone..

Seda seetõttu, et energia erinevused ns ja (n-1) d orbitaalide vahel on väikesed. Kvantmehaanika poolt toetatud põhjustel võivad elektronid eelistada orbitaalide (n-1) d degenereerumist elektronide ns orbitaalist kadumise või nihkumise hinnaga.

Kuulus näiteks on vask. Aufbau põhimõtte kohaselt on selle elektrooniline konfiguratsioon 1s22s22p63s23p64s23d9, kui see on eksperimentaalselt näidatud 1s22s22p63s23p64s13d10.

Esimeses on üksildane elektron ilma 3D-orbitaalita, samas kui teises on kõik 3d orbitaalide elektronid seotud.

Viited

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (15. juuni 2017). Aufbau põhimõte. Võetud: thinkco.com
  2. Prof. N. De Leon. (2001). Aufbau põhimõte. Välja võetud: iun.edu
  3. Keemia 301. Aufbau põhimõte. Võetud: ch301.cm.utexas.edu
  4. Hozefa Arsiwala ja teacherlookup.com. (1. juuni 2017). Sügavus: Aufbau põhimõte näidetega. Võetud: teacherlookup.com
  5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Keemia (8. väljaanne). CENGAGE Learning, lk 199-203.
  6. Goodphy (27. juuli 2016). Madelungi skeem. [Joonis] Välja võetud: commons.wikimedia.org