AUFBAU-PRINSIPP: KONSEPT OG FORKLARING, EKSEMPLER - KJEMI - 2025

Den Aufbau prinsipp er en nyttig guide for å forutsi teoretisk elektronisk konfigurasjon av et element. Ordet aufbau refererer til det tyske verbet "å bygge." Reglene diktert av dette prinsippet er ment å "bidra til å bygge atomet."

Når det gjelder den hypotetiske atomkonstruksjonen, refererer den utelukkende til elektroner, som igjen går hånd i hånd med det økende antallet protoner. Protoner definerer atomnummeret Z for et kjemisk element, og for hver som blir lagt til kjernen, tilsettes et elektron for å kompensere for denne økningen i positiv ladning.

Selv om det ser ut til at protonene ikke følger en etablert ordre om å bli med i atomkjernen, følger elektronene en rekke forhold, på en slik måte at de først okkuperer atomområdene med lavere energi, spesielt de der sannsynligheten for å finne dem i rommet er større: Orbitalene.

Aufbau-prinsippet, sammen med andre elektroniske utfyllingsregler (Pauli-ekskluderingsprinsippet og Hunds regel), er med på å etablere rekkefølgen som elektronene skal legges til elektronskyen; På denne måten er det mulig å tilordne en elektronisk konfigurasjon av et visst kjemisk element.

Konsept og forklaring

Hvis atomet ble ansett som om det var en løk, ville et begrenset antall lag bli funnet i det, bestemt av det viktigste kvantetallet n.

Videre inne i dem er underskallene, hvis former avhenger av azimuthal l og magnetiske kvantetall m.

Orbitalene blir identifisert av de tre første kvantetallene, mens det fjerde, spinnet, avsluttes for å indikere i hvilket bane elektronet vil befinne seg. Det er da i disse områdene av atomet der elektronene roterer, fra de innerste lagene til det ytterste: valenslaget, det mest energiske av alle.

Når det er tilfelle, i hvilken rekkefølge skal elektronene fylle orbitalene? I henhold til Aufbau-prinsippet, må de tilordnes basert på den økende verdien (n + l).

På samme måte må elektronene i underhullene (n + l) okkupere underhallen med den laveste energiverdien; med andre ord, de har den laveste verdien av n.

Etter disse konstruksjonsreglene utviklet Madelung en visuell metode som består av tegning av diagonale piler, som hjelper til med å bygge den elektroniske konfigurasjonen av et atom. På noen pedagogiske områder er denne metoden også kjent som regnmetoden.

Lag og underlag

Det første bildet illustrerer en grafisk metode for å oppnå elektronkonfigurasjoner, mens det andre bildet er den respektive Madelung-metoden. De mest energiske lagene er plassert øverst og de minst energiske er i nedadgående retning.

Fra venstre mot høyre blir underlagene s, p, d og f av deres tilsvarende hovedenerginivå "transitert". Hvordan beregne verdien av (n + l) for hvert trinn markert med diagonale pilene? For eksempel er for 1s-bane denne beregningen lik (1 + 0 = 1), for 2-bane (2 + 0 = 2), og for 3p-bane (3 + 1 = 4).

Resultatet av disse beregningene stammer fra konstruksjonen av bildet. Derfor, hvis det ikke er tilgjengelig for hånden, må du bare bestemme (n + l) for hver bane, begynne å fylle orbitalene med elektroner fra den med den minste verdien av (n + l) til den med den maksimale verdien.

Å bruke Madelung-metoden letter imidlertid konstruksjonen av elektronkonfigurasjonen og gjør det til en underholdende aktivitet for de som lærer det periodiske systemet.

Paulis eksklusjonsprinsipp og Hunds styre

Madelungs metode indikerer ikke underdelenees bane. Ved å ta hensyn til dem uttaler Pauli-eksklusjonsprinsippet at ingen elektron kan ha samme kvantetall som et annet; eller hva som er det samme, et par elektroner kan ikke ha både positive eller negative spinn.

Dette betyr at spinnkvantetallet s ikke kan være det samme, og derfor må spinnene deres koble seg sammen når de okkuperer samme bane.

På den annen side må fyllingen av orbitalene gjøres på en slik måte at de er degenererte i energi (Hunds regel). Dette oppnås ved å holde alle elektronene i orbitalene uten sammenkobling, til det er strengt nødvendig å koble et par av disse (som med oksygen).

eksempler

Følgende eksempler oppsummerer hele konseptet med Aufbau-prinsippet.

Karbon

For å bestemme dens elektroniske konfigurasjon, må atomnummeret Z først være kjent, og dermed antall elektroner. Carbon har Z = 6, så de 6 elektronene må være plassert i orbitalene ved hjelp av Madelung-metoden:

Pilene tilsvarer elektronene. Etter at 1s og 2s orbitals er fylt, hver med to elektroner, blir 2p orbitals tildelt med forskjell de to gjenværende elektronene. Hunds regel er således manifestert: to degenererte orbitaler og en tom.

Oksygen

Oksygen har Z = 8, så den har to ekstra elektroner i motsetning til karbon. Den ene av disse elektronene må plasseres i den tomme 2p-banen, og den andre må koble seg for å danne det første paret, med pilen pekende ned. Følgelig blir Pauli-ekskluderingsprinsippet manifestert her.

Kalsium

Kalsium har 20 elektroner, og orbitalene er fremdeles fylt med samme metode. Fyllingsrekkefølgen er som følger: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

Det kan bemerkes at, i stedet for å fylle 3d-orbitalen først, okkuperer elektronene 4-tallet. Dette skjer før vi legger til rette for overgangsmetaller, elementer som fyller det indre 3d-laget.

Begrensninger i Aufbau-prinsippet

Aufbau prinsipp unnlater å forutsi de elektroniske konfigurasjonene av mange overgangsmetaller og sjeldne jordartselementer (lantanider og aktinider).

Dette er fordi de energiske forskjellene mellom ns og (n-1) d orbitals er lave. Av grunner støttet av kvantemekanikk kan elektronene foretrekke å degenerere (n-1) d-orbitalene på bekostning av å parre eller løsne elektronene fra ns orbital.

Et kjent eksempel er kobber. Elektronkonfigurasjonen som er forutsagt av Aufbau-prinsippet er 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ⁹ , når det eksperimentelt har vist seg å være 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ¹ 3d ¹⁰ .

I det første er et enslig elektron parret i en 3d-bane, mens i den andre er alle elektronene i 3d-orbitalene sammenkoblet.

referanser

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (15. juni 2017). Aufbau prinsippdefinisjon. Hentet fra: thoughtco.com
2. Professor N. De Leon. (2001). Aufbau-prinsippet. Hentet fra: iun.edu
3. Kjemi 301. Aufbau prinsipp. Hentet fra: ch301.cm.utexas.edu
4. Hozefa Arsiwala og teacherlookup.com. (1. juni 2017). Dybde: Aufbau-prinsipp med eksempler. Hentet fra: teacherlookup.com
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kjemi. (8. utg.). CENGAGE Learning, s 199-203.
6. Goodphy. (27. juli 2016). Scheme of Madelung. . Hentet fra: commons.wikimedia.org