AUFBAU-PERIAATE: KÄSITE JA SELITYS, ESIMERKIT - KEMIA

Aufbau periaate on hyödyllinen opas ennustaa teoreettisesti sähköisen konfiguraation elementin. Sana aufbau viittaa saksan verbiin "rakentaa". Tämän periaatteen sanelemien sääntöjen tarkoituksena on "auttaa atomin rakentamisessa".

Hypoteettisen atomin rakenteen suhteen se viittaa yksinomaan elektroniin, jotka puolestaan kulkevat käsi kädessä protonien kasvavan määrän kanssa. Protonit määrittelevät kemiallisen elementin atominumeron Z, ja jokaiselle ytimeen lisätylle atomille lisätään elektroni tämän positiivisen varauksen kasvun kompensoimiseksi.

Vaikka näyttää siltä, että protonit eivät noudata vakiintunutta järjestystä liittyä atomin ytimeen, elektronit noudattavat useita olosuhteita siten, että ne miehittävät ensin atomin alueet, joilla on alhaisempi energia, etenkin ne, joissa todennäköisyys löytää niitä avaruudessa on suurempi: kiertoradat.

Aufbau-periaate yhdessä muiden elektronisten täytösääntöjen kanssa (Pauli-poissulkemisperiaate ja Hundin sääntö) auttaa määrittämään järjestyksen, jossa elektronit tulisi lisätä elektronipilveen; Tällä tavalla on mahdollista määrittää tietyn kemiallisen elementin elektroninen kokoonpano.

Konsepti ja selitys

Jos atomin katsottaisiin olevan sipuli, siitä löytyy äärellinen määrä kerroksia, pääkvantilukumäärän n perusteella määritettynä.

Edelleen niiden sisällä ovat alakuoret, joiden muodot riippuvat atsimaalilista l ja magneettisista kvanttiluvuista m.

Orbitaalit tunnistetaan kolmella ensimmäisellä kvanttiluvulla, kun taas neljäs, spinit, loppuu osoittaen missä kiertoradassa elektroni sijaitsee. Juuri sitten atomin näillä alueilla elektronit pyörivät sisimmistä kerroksista uloimpiin: valenssikerros, joka on kaikkien energinen.

Tässä tilanteessa missä järjestyksessä elektronien tulisi täyttää kiertoradat? Aufbau-periaatteen mukaan ne on osoitettava kasvavan arvon (n + l) perusteella.

Samoin alakennojen (n + l) sisällä elektronien on käytettävä alimpaa kehää, jolla on pienin energiaarvo; toisin sanoen ne vievät pienimmän arvon n.

Näitä rakennussääntöjä noudattaen Madelung kehitti visuaalisen menetelmän, joka koostuu diagonaalisten nuolien piirtämisestä ja jotka auttavat rakentamaan atomin elektronisen kokoonpanon. Joillakin koulutusaloilla tämä menetelmä tunnetaan myös sademenetelmänä.

Kerrokset ja alikerrokset

Ensimmäinen kuva kuvaa graafista menetelmää elektronikonfiguraatioiden saamiseksi, kun taas toinen kuva on vastaava Madelung-menetelmä. Energeettisimmat kerrokset sijaitsevat yläosassa ja vähiten energiset ovat alaspäin.

Vasemmalta oikealle, vastaavien pääenergian tasojen alakerrokset s, p, d ja f ”kuljetetaan”. Kuinka laskea (n + l) arvo jokaiselle vino nuoleilla merkitylle askeleelle? Esimerkiksi 1s: n kiertoradalla tämä laskelma on yhtä suuri (1 + 0 = 1), 2: n kiertoradalla (2 + 0 = 2) ja 3p: n kiertoradalla (3 + 1 = 4).

Näiden laskelmien tulos johtaa kuvan rakentamiseen. Siksi, jos sitä ei ole saatavilla käsin, määritetään (n + l) jokaiselle kiertoradalle, aloittamalla orbitaalien täyttäminen elektronilla pienimmän (n + l) arvon omaavalta maksimiarvon omaavalta.

Madelung-menetelmän käyttö helpottaa kuitenkin huomattavasti elektronikonfiguraation rakentamista ja tekee siitä viihdyttävän toiminnan niille, jotka opiskelevat jaksollista taulukkoa.

Paulin poissulkemisperiaate ja Hundin sääntö

Madelungin menetelmä ei osoita subhellien kiertoratoja. Kun ne otetaan huomioon, Paulin poissulkemisperiaatteessa todetaan, että millään elektronilla ei voi olla samat kvantiluvut kuin toisella; tai mikä on sama, elektroniparilla ei voi olla sekä positiivisia että negatiivisia pyöriä.

Tämä tarkoittaa, että niiden spin-kvanttiluvut s eivät voi olla samat ja siksi niiden spinien on muodostettava pari, kun ne käyttävät samaa kiertorataa.

Toisaalta, kiertoradat on täytettävä siten, että ne ovat rappeutuneita energiassa (Hundin sääntö). Tämä saavutetaan pitämällä kaikki orbitaalien elektronit parittumattomina, kunnes on ehdottoman välttämätöntä parin muodostaminen parista (kuten hapen kanssa).

esimerkit

Seuraavat esimerkit esittävät yhteenvedon koko Aufbau-periaatteen käsitteestä.

hiili

Sen elektronisen konfiguraation määrittämiseksi on ensin tunnettava atominumero Z ja siten elektronien lukumäärä. Hiilellä on Z = 6, joten sen 6 elektronin on sijaittava kiertoradalla käyttäen Madelung-menetelmää:

Nuolet vastaavat elektroneja. Sen jälkeen kun 1 ja 2 s: n kiertoradat on täytetty, molemmilla kahdella elektronilla, 2p-orbitaalit osoitetaan erotuksella kahdella jäljellä olevalla elektronilla. Hundin sääntö ilmenee siten: kaksi rappeutunutta kiertorataa ja yksi tyhjä.

Happi

Hapen Z = 8 on, joten siinä on kaksi ylimääräistä elektronia, toisin kuin hiili. Toinen näistä elektroneista on asetettava tyhjään 2p-kiertorataan, ja toisen on muodostettava pari ensimmäisen parin muodostamiseksi, nuolen osoittamalla alaspäin. Näin ollen Paulin poissulkemisperiaate ilmenee täällä.

kalsium

Kalsiumilla on 20 elektronia, ja kiertoradat täytetään edelleen samalla menetelmällä. Täyttöjärjestys on seuraava: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

Voidaan huomata, että sen sijaan, että ensin täytettäisiin 3D-kiertorata, elektronit miehittävät 4: n. Tämä tapahtuu ennen siirtymistä metalleille, elementtejä, jotka täyttävät sisäisen 3D-kerroksen.

Aufbau-periaatteen rajoitukset

Aufbaun periaate ei pysty ennustamaan monien siirtymämetallien ja harvinaisten maametallien (lantanidien ja aktinidien) elektronisia kokoonpanoja.

Tämä johtuu siitä, että ns- ja (n-1) d-kiertoratojen väliset energeettiset erot ovat pienet. Kvanttimekaniikan tukemista syistä elektronit saattavat mieluummin (n-1) d-orbitaalien rappeutumisen elektronien parinmuodostuksen tai irronnan kustannuksella ns-kiertoradalta.

Kuuluisa esimerkki on kupari. Sen Aufbau-periaatteella ennustettu elektronikonfiguraatio on 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ⁹, kun kokeellisesti sen on osoitettu olevan 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ¹ 3d ¹⁰.

Ensimmäisessä yksinäinen elektroni on parittumaton 3D-kiertoradalla, kun taas toisessa kaikki 3D-kiertoradalla olevat elektronit on paritettu.

Viitteet

Helmenstine, tohtori Anne Marie (15. kesäkuuta 2017). Aufbaun periaatteen määritelmä. Kuvannut: thinkco.com
Professori N. De Leon. (2001). Aufbaun periaate. Ostettu: iun.edu
Kemia 301. Aufbaun periaate. Ostettu: ch301.cm.utexas.edu
Hozefa Arsiwala ja teacherlookup.com. (1. kesäkuuta 2017). Syvyydessä: Aufbaun periaate esimerkein. Kuvannut: teacherlookup.com
Whitten, Davis, Peck ja Stanley. Kemia. (8. painos). CENGAGE-oppiminen, s. 199-203.
Goodphy. (27. heinäkuuta 2016). Kaavio Madelung.. Kuvannut: commons.wikimedia.org

AUFBAU-PERIAATE: KÄSITE JA SELITYS, ESIMERKIT - KEMIA - 2026