Принцип на концепцията и обяснението на Aufbau, примери



на Принцип на Aufbau Той се състои от полезно ръководство, което теоретично предвижда електронната конфигурация на даден елемент. Думата Aufbau той се отнася до германския глагол "build". Правилата, продиктувани от този принцип, са предназначени да "помогнат за изграждането на атома".

Когато говорим за хипотетичната атомна конструкция, тя се отнася изключително до електроните, които от своя страна вървят ръка за ръка с нарастващия брой протони. Протоните дефинират атомния номер Z на химичния елемент и за всеки добавен към ядрото се добавя електрон, за да компенсира това увеличение на положителния заряд.

Въпреки че изглежда, че протоните не следват установения ред, за да се присъединят към ядрото на атома, електроните следват серия от условия, така че те заемат първо областите на атома с по-ниска енергия, по-специално тези, в които вероятността да ги намерят в пространството е по-голяма: орбиталите.

Принципът на Aufbau, заедно с други електронни правила за пълнене (принципът на изключване на Паули и правилото на Хун), помага за установяване на реда, в който електроните трябва да се добавят към електронния облак; По този начин е възможно да се зададе електронна конфигурация на специфичен химичен елемент.

индекс

  • 1 Понятие и обяснение
    • 1.1 Слоеве и подслои
    • 1.2 Принцип на изключване на Паули и правило на Хун
  • 2 Примери
    • 2.1 Въглерод
    • 2.2 Кислород
    • 2.3 Калций
  • 3 Ограничения на принципа на Aufbau
  • 4 Препратки 

Понятие и обяснение

Ако атомът се счита за лук, това ще бъде в рамките на това крайно количество слоеве, определено от основното квантово число n.

Отвъд, вътре в тях, са подслоеве, чиито форми зависят от азимутални и магнитни квантови числа.

Орбиталите се идентифицират чрез първите три квантови числа, докато четвъртата, тази на спина, завършва, показвайки в коя орбита ще се намира електрона. Тогава в тези области на атома, където електроните се въртят, от най-вътрешните слоеве до най-външния: валентния слой, най-енергичният от всички.

Ако е така, в какъв ред електроните да запълват орбиталите? Според принципа на Aufbau, те трябва да бъдат разпределени според нарастващата стойност (n + l).

Също така, в подслоевете (n + l) електроните трябва да заемат подслоя с най-ниската енергийна стойност; с други думи, те заемат най-ниската стойност на n.

Следвайки тези конструктивни правила, Madelung разработи визуален метод, който се състои в проследяване на диагонални стрелки, които помагат за конструирането на електронната конфигурация на атома. В някои образователни сфери този метод е известен и като метод за дъжд.

Слоеве и подслои

Първото изображение илюстрира графичен метод за получаване на електронни конфигурации, докато второто изображение е съответният метод на Madelung. Най-енергичните слоеве са разположени отгоре, а най-малко енергийните са в посока надолу.

От ляво на дясно подслоевете s, p, d и f на съответните им основни енергийни нива са "преминали". Как да се изчисли стойността на (n + l) за всяка стъпка, отбелязана с диагоналните стрелки? Например, за 1s орбитала това изчисление е равно на (1 + 0 = 1), за орбиталната 2s (2 + 0 = 2), а за 3p орбиталата (3 + 1 = 4).

Резултатът от тези изчисления произтича от конструирането на изображението. Следователно, ако тя не е налична, достатъчно е да се определи (n + l) за всяка орбита, започвайки да запълва орбиталите с електроните от тази с най-ниската стойност (n + l) до максималната стойност..

Въпреки това, използването на метода Madelung значително улеснява изграждането на електронната конфигурация и го прави забавна дейност за тези, които изучават периодичната таблица..

Принцип на изключване на Паули и правило на Хун

Методът Madelung не посочва орбиталите на подслоевете. Като ги взема под внимание, принципът на изключване на Паули заявява, че нито един електрон не може да има същите квантови числа като други; или това, което е същото, двойка електрони не могат да имат и двете завъртания положителни или отрицателни.

Това означава, че техните квантови числа на завъртанията не могат да бъдат равни и следователно те трябва да съвпадат с техните завъртания, за да заемат една и съща орбита..

От друга страна, запълването на орбиталите трябва да се извърши по такъв начин, че те да се дегенерират в енергията (правило на Хунд). Това се постига чрез запазване на всички електрони на орбиталите, които не са свързани, докато не е абсолютно необходимо да се сдвоят двойки от тях (както с кислорода).

Примери

Следните примери обобщават цялата концепция за принципа на Aufbau.

въглероден

За да определим нейната електронна конфигурация, първо трябва да знаем атомния номер Z, а оттам и броя на електроните. Въглеродът има Z = 6, така че е необходимо да се локализират неговите 6 електрона в орбиталите с помощта на метода Madelung:

Стрелките съответстват на електроните. След попълване на 1s и 2s орбитали, всяка с по два електрона, двата останали електрона се присвояват на 2p орбиталите чрез разлика. Така се проявява правилото на Хун: две дегенерирани орбитали и една празна.

кислород

Кислородът има Z = 8, така че има два допълнителни електрона, за разлика от въглерода. Един от тези електрони трябва да бъде поставен в празната орбита 2p, а другата трябва да бъде сдвоена, за да образува първата двойка, със стрелка, насочена надолу. Следователно тук се проявява принципът на изключване на Паули.

калций

Калцият има 20 електрона, а орбиталите също са запълнени със същия метод. Поръчката за пълнене е както следва: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

Може да се отбележи, че вместо да запълнят първо орбиталата 3d, електроните заемат 4s. Това се случва преди отварянето на преходните метали, които изпълват вътрешния слой 3d.

Ограничения на принципа на Aufbau

Принципът на Aufbau не успява да предвиди електронните конфигурации на много преходни метали и редкоземни елементи (лантаниди и актиниди).

Това е така, защото енергийните разлики между ns и (n-1) d орбитали са ниски. Поради причини, подкрепяни от квантовата механика, електроните могат да предпочетат да дегенерират орбиталите (n-1) d с цената на изчезване или изтласкване на електроните от ns орбитала..

Известен пример е случаят с медта. Електронната му конфигурация, предвидена от принципа на Aufbau, е 1s22s22P63S23p64s23d9, когато експериментално е доказано, че е 1s22s22P63S23p64s13d10.

В първия един самотен електрон е несдвоен в 3d орбитала, докато във втория всички електрони на 3d орбиталите са сдвоени.

препратки

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (15 юни 2017 г.). Определение на принципа на Aufbau. Взето от: thoughtco.com
  2. Проф. Н. Де Леон. (2001 г.). Принципът на Aufbau. Взето от: iun.edu
  3. Химия 301. Принцип на Aufbau. Взето от: ch301.cm.utexas.edu
  4. Hozefa Arsiwala и teacherlookup.com. (1 юни 2017 г.). В дълбочина: Принцип на Aufbau с примери. Взето от: teacherlookup.com
  5. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Learning, стр. 199-203.
  6. Goodphy. (27 юли 2016 г.). Схема на Madelung. [Фигура]. Взето от: commons.wikimedia.org