AUFBAU-PRINCIP: KONCEPT OG FORKLARING, EKSEMPLER - KEMI - 2025

Den Aufbau princip er en nyttig vejledning til at forudsige teoretisk den elektroniske udformning af et element. Ordet aufbau henviser til det tyske verb "at bygge." Reglerne dikteret af dette princip er beregnet til at "hjælpe med at opbygge atomet."

Når det kommer til den hypotetiske atomkonstruktion, henviser den udelukkende til elektroner, som igen går hånd i hånd med det stigende antal protoner. Protoner definerer atomnummeret Z for et kemisk element, og for hver tilføjet til kernen tilføjes et elektron for at kompensere for denne stigning i positiv ladning.

Selvom det ser ud til, at protonerne ikke følger en fastlagt orden til at forbinde atomens kerne, følger elektronerne en række betingelser, på en sådan måde, at de først optager regionerne i atomet med lavere energi, nærmere bestemt dem, hvor sandsynligheden for at finde dem i rummet er større: orbitaler.

Aufbau-princippet sammen med andre elektroniske udfyldningsregler (Pauli-ekskluderingsprincippet og Hunds regel) hjælper med at etablere den rækkefølge, i hvilken elektroner skal føjes til elektronskyen; På denne måde er det muligt at tildele en elektronisk konfiguration af et bestemt kemisk element.

Koncept og forklaring

Hvis atomet blev betragtet som om det var en løg, ville der findes et endeligt antal lag inde i det, bestemt af det vigtigste kvantetal n.

Længere på, inde i dem, er underskalene, hvis former afhænger af azimutal l og magnetisk kvantetal m.

Orbitalerne identificeres ved de første tre kvanttal, mens det fjerde, spin s, ender med at indikere, i hvilket kredsløb elektronet vil befinde sig. Det er derefter i disse områder af atomet, hvor elektronerne roterer, fra de inderste lag til det yderste: valenslaget, det mest energiske af alle.

Det er tilfældet, i hvilken rækkefølge skal elektronerne fylde orbitalerne? I henhold til Aufbau-princippet skal de tildeles ud fra den stigende værdi (n + l).

Ligeledes skal elektronerne inden i underskalene (n + l) optage underskallen med den laveste energiverdi; med andre ord, de optager den laveste værdi af n.

Efter disse konstruktionsregler udviklede Madelung en visuel metode, der består af tegning af diagonale pile, som hjælper med at opbygge den elektroniske konfiguration af et atom. På nogle uddannelsesområder er denne metode også kendt som regnmetoden.

Lag og underlag

Det første billede illustrerer en grafisk metode til opnåelse af elektronkonfigurationer, mens det andet billede er den respektive Madelung-metode. De mest energiske lag er placeret øverst, og de mindst energiske er i nedadgående retning.

Fra venstre mod højre "sublagene s, p, d og f af deres tilsvarende hovedenerginiveau" transiteres ". Hvordan beregnes værdien af ​​(n + l) for hvert trin markeret med de diagonale pile? For eksempel er denne beregning for 1-orbitalen lig med (1 + 0 = 1), for 2-orbitalen (2 + 0 = 2) og for 3p-orbitalen (3 + 1 = 4).

Resultatet af disse beregninger stammer fra konstruktionen af ​​billedet. Derfor, hvis det ikke er tilgængeligt for hånden, skal du blot bestemme (n + l) for hver orbital og begynde at udfylde orbitaler med elektroner fra den med den mindste værdi på (n + l) til den med den maksimale værdi.

Brug af Madelung-metoden letter imidlertid konstruktionen af ​​elektronkonfigurationen og gør det til en underholdende aktivitet for dem, der lærer det periodiske system.

Paulis udelukkelsesprincip og Hunds regel

Madelungs metode indikerer ikke underskalernes orbitaler. Under hensyntagen til dem angiver Pauli-ekskluderingsprincippet, at ingen elektron kan have det samme kvantetal som et andet; eller hvad der er det samme, et elektronpar kan ikke have både positive eller negative spins.

Dette betyder, at deres spin-kvanttal s ikke kan være ens, og at deres spins derfor skal parres, når de besætter den samme orbital.

På den anden side skal udfyldningen af ​​orbitaler udføres på en sådan måde, at de er degenererede i energi (Hunds regel). Dette opnås ved at holde alle elektronerne i orbitalerne parrede, indtil det er strengt nødvendigt at parre et par af disse (som med ilt).

eksempler

Følgende eksempler opsummerer hele begrebet Aufbau-princip.

Kulstof

For at bestemme dets elektroniske konfiguration skal atomnummeret Z først kendes og dermed antallet af elektroner. Carbon har Z = 6, så dets 6 elektroner skal være placeret i orbitalerne ved hjælp af Madelung-metoden:

Pilene svarer til elektronerne. Efter at 1s og 2s orbitaler er fyldt, hver med to elektroner, tildeles 2p orbitaler med forskel de to resterende elektroner. Hunds regel manifesteres således: to degenererede orbitaler og en tom.

Ilt

Oxygen har Z = 8, så den har to ekstra elektroner i modsætning til kulstof. Den ene af disse elektroner skal placeres i den tomme 2p-orbital, og den anden skal parres for at danne det første par med pilen pegende nedad. Som følge heraf manifesteres Pauli-ekskluderingsprincippet her.

Calcium

Calcium har 20 elektroner, og orbitalerne er stadig fyldt med den samme metode. Fyldningsrækkefølgen er som følger: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

Det kan bemærkes, at i stedet for først at udfylde den 3d orbital, optager elektronerne 4'erne. Dette sker, før der er plads til overgangsmetaller, elementer, der fylder det indre 3d-lag.

Begrænsninger af Aufbau-princippet

Aufbau-princippet undlader at forudsige de elektroniske konfigurationer af mange overgangsmetaller og sjældne jordartselementer (lanthanider og actinider).

Dette skyldes, at de energiske forskelle mellem ns og (n-1) d orbitaler er lave. Af grunde, der er understøttet af kvantemekanik, kan elektroner foretrække at degenerere (n-1) d-orbitaler til bekostning af at fortryde eller løsne elektronerne fra ns-orbitalen.

Et berømt eksempel er tilfældet med kobber. Dens elektronkonfiguration forudsagt af Aufbau-princippet er 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ⁹, når det eksperimentelt har vist sig at være 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ¹ 3d ¹⁰.

I det første er et ensomt elektron parret i en 3d orbital, mens i den anden er alle elektroner i 3d orbitaler parret.

Referencer

1. Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (15. juni 2017). Aufbau-principdefinition. Taget fra: thoughtco.com
2. Professor N. De Leon. (2001). Aufbau-princippet. Taget fra: iun.edu
3. Kemi 301. Aufbau-princip. Taget fra: ch301.cm.utexas.edu
4. Hozefa Arsiwala og teacherlookup.com. (1. juni 2017). Dybde: Aufbau-princip med eksempler. Taget fra: teacherlookup.com
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8. udgave). CENGAGE Learning, s 199-203.
6. Goodphy. (27. juli 2016). Ordningen med Madelung.. Taget fra: commons.wikimedia.org