Princip för Aufbau Concept och Förklaring, Exempel



den Principen för Aufbau Den består av en användbar guide för att teoretiskt förutse den elektroniska konfigurationen av ett element. Ordet Aufbau det hänvisar till det tyska verbet "bygga". Reglerna dikterade av denna princip är avsedda att "hjälpa till att bygga atomen".

När man talar om den hypotetiska atomkonstruktionen, hänvisas den endast till elektroner, som i sin tur går hand i hand med det växande antalet protoner. Protoner definierar atomnummeret Z av ett kemiskt element och för varje tillsatt till kärnan tillsätts en elektron för att kompensera denna ökning av den positiva laddningen.

Även om det verkar som protoner inte följer en etablerad för att komma in i atomkärnan, gör elektroner följer ett antal villkor, så som inledningsvis upptar regioner atom mindre energi, särskilt de där sannolikheten för att finna utrymme är större: orbitalerna.

Aufbau-principen, tillsammans med andra elektroniska fyllningsregler (Pauli-uteslutningsprincipen och Hundregeln), hjälper till att fastställa den ordning i vilken elektroner måste läggas till det elektroniska molnet. På detta sätt är det möjligt att tilldela en elektronisk konfiguration av ett specifikt kemiskt element.

index

  • 1 Koncept och förklaring
    • 1.1 Lager och underlag
    • 1.2 Princip om uteslutning av Pauli och regel av Hund
  • 2 exempel
    • 2,1 kol
    • 2,2 syre
    • 2,3 kalcium
  • 3 Begränsningar av Aufbau-principen
  • 4 referenser 

Koncept och förklaring

Om atomen betraktades som om det var en lök, skulle det innehålla en ändlig mängd skikt bestämd av huvudkvantumnumret n.

Bortom, inuti dem, är dellagren, vars former beror på kvanttalet azimutalt och magnetiskt.

Orbitalerna identifieras med de första tre kvantnumren, medan den fjärde, spinnens slut, slutar indikera i vilket orbital elektronen kommer att vara belägen. Det är då i dessa områden av atomen där elektronerna roterar, från de innersta skikten till yttersta: valensskiktet, den mest energiska av alla.

Om så är fallet, i vilken ordning ska elektronerna fylla orbitalerna? Enligt Aufbau-principen måste de tilldelas enligt det ökande värdet (n + l).

Inom underlagren (n + l) måste elektronerna ockupera underlaget med det lägsta energivärdet; med andra ord upptar de det lägsta värdet av n.

Efter dessa konstruktionsregler utvecklade Madelung en visuell metod som består av att spåra diagonala pilar, som bidrar till att konstruera en atoms elektroniska konfiguration. I vissa utbildningsområden är denna metod också känd som regnmetoden.

Lager och underlag

Den första bilden illustrerar en grafisk metod för att erhålla elektroniska konfigurationer, medan den andra bilden är respektive Madelung-metod. De mest energiska lagren ligger högst upp och de minst energiska är i nedåtgående riktning.

Från vänster till höger "övergår" underlag s, p, d och f av deras motsvarande huvudenerginivåer. Hur beräknar man värdet på (n + l) för varje steg markerat med diagonala pilar? Till exempel, för de 1s orbital denna beräkning är lika med (1 + 0 = 1), för den 2s orbital (2 + 0 = 2) och för 3p (3 + 1 = 4).

Resultatet av dessa beräkningar härstammar från konstruktionen av bilden. Därför, om det inte är tillgängligt till hands, är det tillräckligt att bestämma (n + l) för varje orbital, med början att fylla orbitaler med elektroner från den med det minsta värdet av (n + l) till det maximala värdet.

Användningen av Madelung-metoden underlättar dock konstruktionen av den elektroniska konfigurationen och gör den till en underhållande aktivitet för dem som lär sig det periodiska bordet.

Princip för uteslutning av Pauli och regel av Hund

Madelung-metoden indikerar inte underlagens orbitaler. Med hänsyn till dem, säger Paulis uteslutningsprincip att ingen elektron kan ha samma kvantnummer som en annan; eller vad som är samma, kan ett par elektroner inte ha både snurrar positiva eller negativa.

Detta betyder att deras kvantaantal spins inte kan vara lika och därför måste de matcha sina spins för att uppta samma orbital.

Å andra sidan måste fyllningen av orbitalerna ske på ett sådant sätt att de degenereras i energi (Hunds regel). Detta uppnås genom att hålla alla elektronerna i orbitalerna uppackade tills det är absolut nödvändigt att para ett par av dessa (som med syre).

exempel

Följande exempel sammanfattar hela begreppet Aufbaus princip.

kol

För att bestämma sin elektroniska konfiguration måste vi först veta atomnummeret Z, och därmed antalet elektroner. Kolet har Z = 6, så det är nödvändigt att lokalisera sina 6 elektroner i orbitalerna med hjälp av Madelung-metoden:

Pilarna motsvarar elektronerna. Efter fyllning av 1s och 2s-orbitalerna, var och en med två elektroner, tilldelas de två återstående elektronerna till 2p-orbitalerna med skillnad. Så här visar Hunds regel sig: två degenererade orbitaler och en tom.

syre

Syre har Z = 8, så det har två ytterligare elektroner, till skillnad från kol. En av dessa elektroner måste placeras i den tomma 2p-banan, och den andra måste parras för att bilda det första paret, med pilen pekande nedåt. Följaktligen manifesterar Paulis uteslutningsprincip sig här.

kalcium

Kalcium har 20 elektroner, och orbitalerna fylls också med samma metod. Fyllningsordningen är som följer: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

Det kan noteras att i stället för att fylla 3d-orbitalen först tar elektronerna upp 4-talet. Detta händer innan man öppnar övergångsmetallerna, element som fyller det inre skiktet 3d.

Begränsningar av Aufbau-principen

Aufbau-principen kan inte förutsäga elektroniska konfigurationer av många övergångsmetaller och sällsynta jordartsmetaller (lantanider och aktinider).

Detta beror på att energiförskjutningarna mellan ns och (n-1) d-orbitalerna är låga. På grund av orsaker som stöds av kvantmekanik, kan elektroner föredrar degenererade orbitaler (n-1) d kostnaden desaparear eller lämna elektronomlopps ns.

Ett känt exempel är koppar. Den elektroniska konfigurationen som förutses av Aufbau-principen är 1s22s22p63S23p64s23d9, när det experimentellt har visat sig vara 1s22s22p63S23p64s13d10.

I den första är en ensamelektron unpaired i en 3d-omlopp, medan i sekunden alla elektronerna i 3d-orbitalerna är parade.

referenser

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (15 juni 2017). Aufbau Princip Definition. Hämtad från: thoughtco.com
  2. Prof. N. De Leon. (2001). Aufbau-principen. Hämtad från: iun.edu
  3. Kemi 301. Aufbau Princip. Hämtad från: ch301.cm.utexas.edu
  4. Hozefa Arsiwala och teacherlookup.com. (1 juni 2017). I djup: Aufbau Princip med exempel. Hämtad från: teacherlookup.com
  5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning, s. 199-203.
  6. Goodphy. (27 juli 2016). Scheme of Madelung. [Bild]. Hämtad från: commons.wikimedia.org