Princip Aufbauova konceptu a vysvětlení, příklady



Princip Aufbau Skládá se z užitečného průvodce, který teoreticky předpovídá elektronickou konfiguraci prvku. Slovo aufbau odkazuje na německé sloveso "build". Pravidla diktovaná tímto principem mají za cíl "pomáhat budovat atom"..

Když mluví o hypotetické atomové konstrukci, to se odkazuje výhradně na elektrony, který podle pořadí jít ruku v ruce s rostoucím množstvím protonů. Protony definují atomové číslo Z chemického prvku a pro každý přidaný do jádra je přidán elektron pro kompenzaci tohoto zvýšení kladného náboje.

Ačkoliv se zdá, že protony nesledují zavedený řád, aby se připojily k jádru atomu, elektrony sledují řadu podmínek, takže zabírají nejprve oblasti atomu nižší energie, konkrétně ty, kde je pravděpodobnost jejich nalezení ve vesmíru. je větší: orbitály.

Princip Aufbau spolu s dalšími pravidly elektronického vyplňování (Pauliho princip vyloučení a pravidlo Hund) pomáhá určit pořadí, ve kterém musí být elektrony přidávány do elektronického oblaku; Tímto způsobem je možné přiřadit elektronickou konfiguraci určitého chemického prvku.

Index

  • 1 Koncepce a vysvětlení
    • 1.1 Vrstvy a podvrstvy
    • 1.2 Zásada vyloučení Pauliho a vlády Hunda
  • 2 Příklady
    • 2.1 Uhlík
    • 2.2 Kyslík
    • 2.3 Vápník
  • 3 Omezení principu Aufbau
  • 4 Odkazy 

Koncepce a vysvětlení

Jestliže atom byl zvažován jak jestliže to bylo cibule, to by bylo uvnitř tohoto konečného množství vrstev, určeného hlavním kvantovým číslem n..

Za nimi jsou uvnitř podvrstvy, jejichž formy závisí na kvantových číslech azimutální a magnetické.

Orbitály jsou identifikovány prvními třemi kvantovými čísly, zatímco čtvrté, to spinové, končí, což naznačuje, ve kterém orbitalu bude elektron umístěn. Je to pak v těchto oblastech atomu, kde se elektrony otáčejí, od nejvnitřnějších vrstev po nejvzdálenější: valenční vrstvu, nejvýkonnější ze všech.

Pokud ano, v jakém pořadí by elektrony naplnily orbitály? Podle principu Aufbau musí být přiřazeny podle rostoucí hodnoty (n + l).

Rovněž uvnitř subvrstev (n + l) musí elektrony zabírat podvrstvu s nejnižší energetickou hodnotou; jinými slovy, zaujímají nejnižší hodnotu n.

Následovat tato stavební pravidla, Madelung vyvinul vizuální metodu, která spočívá v sledování diagonálních šipek, které pomáhají budovat elektronickou konfiguraci atomu. V některých vzdělávacích oblastech je tato metoda také známa jako metoda deště.

Vrstvy a podvrstvy

První obrázek ilustruje grafickou metodu pro získání elektronických konfigurací, zatímco druhý obraz je příslušnou metodou Madelung. Nejvíce energetických vrstev je umístěno nahoře a nejméně energeticky jsou směrem dolů.

Zleva doprava podvrstvy s, p, d a f odpovídajících energetických hladin jsou "přenášeny". Jak vypočítat hodnotu (n + l) pro každý krok označený diagonálními šipkami? Například u orbitálu 1s se tento výpočet rovná (1 + 0 = 1), pro orbitál 2s (2 + 0 = 2) a pro orbitál 3p (3 + 1 = 4).

Výsledkem těchto výpočtů je konstrukce obrazu. Pokud tedy není k dispozici po ruce, je dostačující určit (n + l) pro každý orbitál, který začíná zaplňovat orbitály elektrony od té, která má nejnižší hodnotu (n + l), až k maximální hodnotě.

Použití metody Madelung však značně usnadňuje konstrukci elektronické konfigurace a činí ji zábavnou činností pro ty, kteří se učí periodické tabulce..

Zásada vyloučení Pauliho a vlády Hunda

Metoda Madelung neoznačuje orbitály podvrstev. Když je vezmeme v úvahu, Pauliho vylučovací princip uvádí, že žádný elektron nemůže mít stejná kvantová čísla jako jiné; nebo co je stejné, dvojice elektronů nemůže mít oba spiny pozitivní ani negativní.

To znamená, že jejich kvantové počty otočení nemohou být stejné, a proto se musí shodovat se svými výkyvy, aby obsadily stejný orbitál.

Naproti tomu naplnění orbitálů musí být provedeno tak, aby byly degenerovány v energii (Hundovo pravidlo). Toho je dosaženo tím, že se všechny elektrony orbitálů nepárují, dokud není nezbytně nutné pár těchto párů spárovat (jako s kyslíkem)..

Příklady

Následující příklady shrnují celý koncept principu Aufbau.

Uhlík

Abychom mohli určit jeho elektronickou konfiguraci, musíme nejprve znát atomové číslo Z, a tedy i počet elektronů. Uhlík má Z = 6, takže je nutné umístit jeho 6 elektronů do orbitálů metodou Madelung:

Šipky odpovídají elektronům. Po naplnění 1s a 2s orbitals, každý s dvěma elektrony, dva zbývající elektrony jsou přiřazeny k 2p orbitals rozdílem. Takto se Hundovo pravidlo projevuje: dvěma degenerovanými orbitály a jedním prázdným.

Kyslík

Kyslík má Z = 8, takže má na rozdíl od uhlíku dva další elektrony. Jeden z těchto elektronů musí být umístěn v prázdném orbitálu 2p a druhý musí být spárován, aby vytvořil první pár, přičemž šipka směřuje dolů. V důsledku toho se zde projevuje Pauliho vylučovací princip.

Vápník

Vápník má 20 elektronů a orbitály jsou také naplněny stejnou metodou. Pořadí plnění je následující: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

To může být si všiml toho, místo toho, aby vyplnil 3d orbital nejprve, elektrony zabírají 4s. To se děje před otevřením přechodových kovů, prvků, které vyplňují vnitřní vrstvu 3d.

Omezení principu Aufbau

Princip Aufbau nedokáže předpovědět elektronické konfigurace mnoha přechodných kovů a prvků vzácných zemin (lanthanidy a aktinidy).

Je to proto, že energetické rozdíly mezi ns a (n-1) d orbitaly jsou nízké. Kvůli důvodům podporovaným kvantovou mechanikou, elektrony mohou upřednostňovat degenerovat orbitals (n-1) d u ceny mizení nebo disloging elektrony od ns orbital.

Slavný příklad je případ mědi. Jeho elektronická konfigurace předpovídaná Aufbauovým principem je 1s22s22p63s23p64s23d9, když experimentálně to bylo ukázané být 1s22s22p63s23p64s13d10.

V prvním z nich je osamocený elektron nepárovaný v 3D orbitalu, zatímco ve druhém elektrony 3d orbitálů jsou spárovány.

Odkazy

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (15. června 2017). Definice principu Aufbau. Převzato z: thoughtco.com
  2. N. De Leon. (2001). Princip Aufbau. Převzato z: iun.edu
  3. Chemie 301. Aufbauův princip. Převzato z: ch301.cm.utexas.edu
  4. Hozefa Arsiwala a teacherlookup.com. (1. června 2017). V hloubce: Aufbau princip s příklady. Převzato z: teacherlookup.com
  5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemie (8. vydání). CENGAGE Learning, str. 199-203.
  6. Goodphy (27. července 2016). Schéma Madelung. [Obrázek] Převzato z: commons.wikimedia.org