עקרון תפיסת Aufbau והסבר, דוגמאות

ה העיקרון של Aufbau הוא כולל מדריך שימושי לתיאור תיאורטי של תצורה אלקטרונית של אלמנט. את המילה aufbau זה מתייחס הפועל הגרמני "לבנות". הכללים המוכתבים על ידי עיקרון זה נועדו "לעזור לבנות את האטום".

כאשר מדברים על בנייה אטומית היפותטי, זה מתייחס אך ורק אלקטרונים, אשר בתורו הולכים יד ביד עם מספר גדל והולך של פרוטונים. פרוטונים מגדירים את המספר האטומי Z של יסוד כימי, ועל כל אחד מהם נוסף לגרעין אלקטרון נוסף כדי לפצות את הגידול של החיוב החיובי.

למרות שנראה כי הפרוטונים אינם פועלים לפי הסדר הקיים כדי להצטרף לגרעין האטום, האלקטרונים פועלים לפי שורה של תנאים, כך שהם תופסים תחילה את אזורי האטום של אנרגיה נמוכה יותר, במיוחד את אלה שבהם ההסתברות למצוא אותם בחלל גדול יותר: האורביטלים.

העיקרון של Aufbau, יחד עם כללי מילוי אלקטרוניים אחרים (עקרון ההדרה של פאולי והכלל Hund), מסייע לקבוע את הסדר שבו יש להוסיף אלקטרונים לענן האלקטרוני; בדרך זו, ניתן להקצות תצורה אלקטרונית של אלמנט כימי מסוים.

אינדקס

• 1 קונספט והסבר
  • 1.1 שכבות ושכבות משנה
  • 1.2 עקרון ההדרה של פאולי ושלטון הונד
• 2 דוגמאות
  • 2.1 פחמן
  • 2.2 חמצן
  • 2.3 סידן
• 3 הגבלות על עקרון Aufbau
• 4 הפניות 

קונספט והסבר

אם האטום נחשב כאילו היה בצל, זה יהיה בתוך זה כמות מוגבלת של שכבות, שנקבע על ידי מספר הקוונטים הראשי n.

מעבר להם, בתוכם, שוכני המשנה, שצורותיהם תלויים במספרים הקוונטיים של האזימוטלים והמגנטיים.

האורביטלים מזוהים על ידי שלושת המספרים הקוונטיים הראשונים, בעוד הרביעי, זה של הספין, מסיים המציין שבו מסלולית האלקטרון יהיה ממוקם. זה אז באזורים אלה של האטום שבו האלקטרונים לסובב, מן השכבות הפנימיות ביותר אל החיצון: שכבת הערכיות, האנרגטי ביותר של כל.

אם כן, באיזה סדר צריך האלקטרונים למלא את האורביטלים? על פי עקרון Aufbau, הם חייבים להיות מוקצים על פי הערך הגובר (n + l).

כמו כן, בתוך sublayers (n + l) האלקטרונים חייבים לכבוש את שכבת המשנה עם ערך האנרגיה הנמוך ביותר; במילים אחרות, הם תופסים את הערך הנמוך ביותר של n.

בעקבות חוקי בנייה אלה, פיתח מאדלונג שיטה ויזואלית שמטרתה לעקוב אחר חצים אלכסוניים, אשר מסייעים לבנות את התצורה האלקטרונית של אטום. בכמה תחומים חינוכיים שיטה זו ידועה גם בשם שיטת הגשם.

שכבות ושכבות משנה

התמונה הראשונה ממחישה שיטה גרפית כדי לקבל תצורות אלקטרוניות, ואילו התמונה השנייה היא השיטה Madelung בהתאמה. השכבות האנרגטיות ביותר ממוקמות בחלק העליון, והפחות אנרגטיות נמצאות בכיוון ההפוך.

משמאל לימין את sublayers s, p, d ו f של רמות האנרגיה המקביל שלהם הם "transit". כיצד לחשב את הערך של (n + l) עבור כל צעד מסומן על ידי חצים אלכסוניים? לדוגמה, עבור מסלול 1S החישוב שווה (1 + 0 = 1), עבור מסלול 2S (2 + 0 = 2), ועל 3p מסלולית (3 + 1 = 4).

התוצאה של חישובים אלה מקורו בבניית התמונה. לכן, אם זה לא זמין בהישג יד, זה מספיק כדי לקבוע (n + l) עבור כל מסלול, החל למלא את האורביטלים עם האלקטרונים מן אחד עם הערך הנמוך ביותר של (n + l) לערך המרבי.

עם זאת, השימוש בשיטת Madelung מאוד מקלה על בניית תצורה אלקטרונית עושה את זה פעילות מבדר למי ללמוד את הטבלה המחזורית.

עקרון ההדרה של פאולי ושלטון הונד

השיטה Madelung אינו מציין את האורביטלים של sublayers. אם ניקח אותם בחשבון, עקרון ההדרה של פאולי קובע כי לאף אלקטרון אין מספרים קוונטיים כמו זה; או מה אותו הדבר, זוג אלקטרונים לא יכול להיות גם ספינים חיובי או שלילי.

משמעות הדבר היא כי מספרי הקוונטים שלהם של ספינים לא יכול להיות שווה, ולכן, הם חייבים להתאים את ספינים שלהם כדי לתפוס את אותו מסלול.

מצד שני, מילוי של אורביטלים חייב להיעשות בצורה כזו שהם מנוונים באנרגיה (כלל Hund). זו מושגת על ידי שמירה על כל האלקטרונים של האורביטלים unaired, עד שזה בהחלט יש צורך זוג זוג אלה (כמו עם חמצן).

דוגמאות

הדוגמאות הבאות מסכמות את המושג כולו של עיקרון Aufbau.

פחמן

כדי לקבוע את תצורתו האלקטרונית, עלינו תחילה לדעת את המספר האטומי Z, וכך מספר האלקטרונים. פחמן יש Z = 6, ולכן יש צורך לאתר 6 אלקטרונים שלה באורביטלים באמצעות שיטת Madelung:

החצים תואמים את האלקטרונים. לאחר מילוי של 1s ו 2s אורביטלים, כל אחד עם שני אלקטרונים, שני האלקטרונים הנותרים מוקצים אל האורביטלים 2p על ידי הבדל. כך מתגלה הכלל של הונד: שני אורביטלים מנוונים ואחד ריק.

חמצן

חמצן יש Z = 8, ולכן יש שני אלקטרונים נוספים, בניגוד פחמן. אחד האלקטרונים האלה חייב להיות ממוקם בחלל ריק 2p, והשני חייב להיות זוג כדי ליצור את הצמד הראשון, עם החץ מצביע כלפי מטה. כתוצאה מכך, עקרון ההדרה של פאולי מתבטא כאן.

סידן

סידן יש 20 electrons, ואת אורביטלים מלאים גם באותה שיטה. סדר המילוי הוא כדלקמן: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

זה יכול להיות שם לב, במקום למלא את מסלול 3D הראשון, האלקטרונים לכבוש את 4s. זה קורה לפני פתיחת מתכות המעבר, אלמנטים לעשות למלא את השכבה הפנימית 3D.

מגבלות של עקרון Aufbau

עקרון Aufbau נכשל לחזות את תצורות אלקטרוניות של מתכות המעבר רבים אלמנטים הארץ נדיר (lanthanides ו actinides).

הסיבה לכך היא כי ההבדלים באנרגיה בין ns ו (n-1) d אורביטלים נמוכים. בשל סיבות הנתמכות על ידי מכניקת הקוונטים, האלקטרונים עשויים להעדיף להפיג את האורביטלים (n-1) d במחיר של היעלמות או פירוק האלקטרונים מהמעגל ns.

דוגמה מפורסמת היא המקרה של נחושת. התצורה האלקטרונית שלה על פי עקרון Aufbau היא 1s²2s²2p⁶3²3p⁶4s²3D⁹, כאשר ניסוי זה הוכח להיות 1s²2s²2p⁶3²3p⁶4s¹3D¹⁰.

בחודש הראשון אלקטרון בודד הוא unaired ב מסלול 3D, ואילו השני כל האלקטרונים של אורביטלים 3D הם זוג.

הפניות

1. הלמנשטיין, אן מארי, Ph.D. (15 ביוני 2017). Aufbau עקרון הגדרה. נלקח מתוך: thinkco.com
2. פרופ 'נ' דה לאון. (2001). עקרון Aufbau. נלקח מ: iun.edu
3. כימיה 301. עקרון Aufbau. נלקח מ: ch301.cm.utexas.edu
4. Hozefa Arsiwala ו teacherlookup.com. (1 ביוני 2017). עומק: Aufbau עקרון עם דוגמאות. נלקח מ: teacherlookup.com
5. ויטן, דייוויס, פק & סטנלי. כימיה (8th ed.). CENGAGE למידה, עמ '199-203.
6. גודי (27 ביולי 2016). תוכנית של Madelung. [איור] מתוך: commons.wikimedia.org