Az Aufbau-koncepció elve és magyarázat, példák



az Aufbau alapelve Ez hasznos elemet tartalmaz egy elem elektronikus konfigurációjának elméleti előrejelzésére. A szó Aufbau a német "build" szóra utal. Az ezen elv által megfogalmazott szabályok azt jelentik, hogy "segítenek az atom felépítésében".

A hipotetikus atomszerkezetről beszélve kizárólag az elektronokra vonatkozik, amelyek viszont a növekvő számú protonhoz kapcsolódnak. A protonok meghatározzák a kémiai elem Z számú atomszámát, és minden egyes maghoz hozzáadott elektront hozzáadnak a pozitív töltés növekedésének kompenzálásához.

Bár úgy tűnik, hogy a protonok nem követik a megalapozott rendet az atom magjához való csatlakozáshoz, az elektronok egy sor körülményt követnek, úgyhogy először az alacsonyabb energiájú atomok régióit foglalják el, különösen azokat, ahol a valószínűsége, hogy megtalálják őket az űrben nagyobb: az orbiták.

Az Aufbau-elv, valamint más elektronikus kitöltési szabályok (a Pauli-kizárási elv és a Hund-szabály) segít abban, hogy megállapítsuk, milyen sorrendben kell az elektronokat hozzáadni az elektronikus felhőhöz; Ily módon lehetséges egy meghatározott kémiai elem elektronikus konfigurációjának hozzárendelése.

index

  • 1 Koncepció és magyarázat
    • 1.1 Rétegek és alrétegek
    • 1.2 Pauli és Hund uralma kizárásának elve
  • 2 Példák
    • 2.1 Szén
    • 2.2 Oxigén
    • 2.3 Kalcium
  • 3 Az Aufbau elv korlátozása
  • 4 Referenciák 

Koncepció és magyarázat

Ha az atomot hagymának tekintenénk, akkor ezen belül egy véges mennyiségű réteg lenne, amelyet az n fő kvantumszám határoz meg..

Azon kívül, azokon belül vannak az alrétegek, amelyek formái az azimutális és mágneses kvantumszámoktól függenek.

Az orbitákat az első három kvantumszám határozza meg, a negyedik pedig a centrifugálás, amely azt jelzi, hogy melyik pályán található az elektron. Ekkor az atomok azon régióiban, ahol az elektronok forognak, a legbelső rétegektől a legkülsőig: a valencia réteg, az összes legenergikusabb.

Ha igen, milyen sorrendben töltsék ki az elektronok az orbitákat? Az Aufbau-elv szerint azokat a növekvő érték (n + l) szerint kell hozzárendelni.

Az alrétegeken belül (n + l) az elektronoknak a legalacsonyabb energiaértékű alréteget kell elfoglalniuk; más szavakkal, az n legalacsonyabb értékét foglalják el.

Ezeket az építési szabályokat követve a Madelung olyan vizuális módszert dolgozott ki, amely az átlós nyilak felkutatását teszi lehetővé, ami segít egy atom elektronikus konfigurációjának kialakításában. Néhány oktatási területen ez a módszer is eső módszerként ismert.

Rétegek és alrétegek

Az első kép egy grafikus módszert szemléltet az elektronikus konfigurációk megszerzésére, míg a második kép a megfelelő Madelung módszer. A legenergikusabb rétegek a tetején helyezkednek el, a legkevésbé energikusak lefelé.

Balról jobbra a megfelelő fő energiaszintek s, p, d és f alrétegeit "átmeneti". Hogyan kell kiszámítani az (n + l) értéket az egyes átlós nyilakkal jelölt lépésekhez? Például az 1s orbitálisnál ez a számítás egyenlő (1 + 0 = 1), a 2s orbitális (2 + 0 = 2) és a 3p orbitális (3 + 1 = 4) esetén.

E számítások eredménye a kép kialakítását eredményezi. Ezért, ha nem áll rendelkezésre, elegendő az (n + l) meghatározása az egyes pályákra, kezdve az orbitális helyeket kitölteni az elektronokkal, amelyek közül a legalacsonyabb (n + l) érték a maximális értékig.

A Madelung-módszer használata azonban nagyban megkönnyíti az elektronikus konfiguráció kialakítását, és szórakoztató tevékenységet biztosít azoknak, akik a periodikus táblázatot tanulják.

Pauli és Hund uralma kizárásának elve

A Madelung módszer nem jelzi az alrétegek orbitáit. Figyelembe véve ezeket, Pauli kizárási elve kimondja, hogy egyetlen elektron sem lehet azonos kvantumszámmal, mint a másik; vagy ami ugyanaz, egy elektronpárnak nem lehet mindkét pörgetése pozitív vagy negatív.

Ez azt jelenti, hogy a centrifugák kvantumszámai nem lehetnek egyenlőek, és ezért meg kell egyezniük a pörgetéseikkel, hogy elfoglalják ugyanazt a pályát.

Másrészt a pályák kitöltését oly módon kell végrehajtani, hogy az energiában degenerálódjon (Hund szabálya). Ezt úgy érik el, hogy az orbiták összes elektronját páratlanul tartják, amíg feltétlenül szükséges pár pár párosítása (mint az oxigén)..

Példák

Az alábbi példák az Aufbau elvének teljes fogalmát foglalják össze.

szén

Az elektronikus konfiguráció meghatározásához először meg kell ismernünk a Z atomszámot, és ezáltal az elektronok számát. A szén Z = 6, ezért a 6 elektronját a Madelung módszerrel kell elhelyezni a pályákon:

A nyilak megfelelnek az elektronoknak. Az 1-es és 2-es orbiták kitöltése után, mindegyik két elektronnal, a két fennmaradó elektron a különbség alapján a 2p orbitákhoz van hozzárendelve. Így jelenik meg Hund uralma: két degenerált orbita és egy üres.

oxigén

Az oxigén Z = 8, így két további elektronja van, ellentétben a szénnel. Ezeknek az elektronoknak az egyikét az üres 2p orbitába kell helyezni, a másikat párosítani kell az első pár kialakításához, a nyíl lefelé mutatva. Következésképpen itt Pauli kizárási elve nyilvánul meg.

kalcium

A kalciumnak 20 elektronja van, és az orbiták is ugyanazzal a módszerrel vannak feltöltve. A töltési sorrend a következő: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

Észrevehető, hogy az elektronok ahelyett, hogy először a 3d orbitát töltik, a 4-es éveket foglalják el. Ez megtörténik az átmeneti fémek megnyitása előtt, amelyek a 3d belső réteget töltik be.

Az Aufbau elv korlátozása

Az Aufbau-elv nem számít sok átmenetifém és ritkaföldfém-elem (lantanidok és aktinidok) elektronikus konfigurációinak..

Ez azért van, mert az ns és (n-1) d orbitálisok közötti energia különbségek alacsonyak. A kvantummechanika által támogatott okok miatt az elektronok előnyben részesíthetik az orbitálisok (n-1) d degenerálódását az elektronok ns orbitális eltűnésének vagy kiszorításának költségén..

Egy híres példa a réz. Az Aufbau-elv által előre jelzett elektronikus konfigurációja 1-es22s22p63S23p64s23d9, amikor kísérletileg kimutatták, hogy 1-es22s22p63S23p64s13d10.

Az elsőben egy magányos elektron nem párosul egy 3d orbitálisban, míg a másodikban a 3d orbiták összes elektronja párosul.

referenciák

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2017. június 15.). Aufbau alapelv meghatározása. Szöveg: thinkco.com
  2. Prof. N. De Leon. (2001). Az Aufbau-elv. Készült: iun.edu
  3. Kémia 301. Aufbau-elv. Készült: ch301.cm.utexas.edu
  4. Hozefa Arsiwala és a teacherlookup.com. (2017. június 1.). Mélység: Aufbau alapelve példákkal. Megvették: teacherlookup.com
  5. Whitten, Davis, Peck és Stanley. Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Learning, 199-203.
  6. Goodphy. (2016. július 27.). Madelung rendszer. [Ábra]. Készült: commons.wikimedia.org