AUFBAU-PRINCIP: KONCEPT OCH FÖRKLARING, EXEMPEL - KEMI - 2025

Den Aufbau Principen är en användbar guide för att teoretiskt förutsäga den elektroniska konfigurationen för ett element. Ordet aufbau hänvisar till det tyska verbet "att bygga." Reglerna som dikteras av denna princip är avsedda att "bidra till att bygga atomen."

När det gäller den hypotetiska atomkonstruktionen avser den uteslutande elektroner, som i sin tur går hand i hand med det ökande antalet protoner. Protoner definierar atomnummer Z för ett kemiskt element, och för var och en som läggs till kärnan läggs en elektron till för att kompensera för denna ökning i positiv laddning.

Även om det verkar som om protonerna inte följer en fastställd ordning att gå samman med atomkärnan, följer elektronerna en serie villkor, på ett sådant sätt att de först upptar atomens regioner med lägre energi, särskilt de där sannolikheten för att hitta dem i rymden är större: orbitalerna.

Aufabus princip, tillsammans med andra elektroniska regler för fyllning (Pauli-uteslutningsprincipen och Hunds regel), hjälper till att fastställa i vilken ordning elektroner ska läggas till elektronmolnet; På detta sätt är det möjligt att tilldela en elektronisk konfiguration av ett visst kemiskt element.

Koncept och förklaring

Om atomen betraktades som om det var en lök, skulle ett begränsat antal skikt hittas i den, bestämd av det huvudsakliga kvantantalet n.

Vidare, inuti dem, finns underskal, vars former beror på azimuthal l och magnetiska kvantantal m.

Orbitalerna identifieras av de första tre kvantnumren, medan det fjärde, spinnet, hamnar och indikerar i vilket orbital elektronen kommer att befinna sig. Det är då i dessa områden i atomen där elektronerna roterar, från de inre skikten till det yttersta: valensskiktet, det mest energiska av alla.

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

På samma sätt måste elektronerna inom underskalarna (n + l) uppta underhöljet med det lägsta energivärdet; med andra ord, de upptar det lägsta värdet på n.

Efter dessa konstruktionsregler utvecklade Madelung en visuell metod som består av ritning av diagonala pilar som hjälper till att bygga den elektroniska konfigurationen av en atom. På vissa utbildningsområden är denna metod också känd som regnmetoden.

Lager och underlag

Den första bilden illustrerar en grafisk metod för att erhålla elektronkonfigurationer, medan den andra bilden är respektive Madelung-metod. De mest energiska skikten är placerade upptill och de minst energiska är i nedåtgående riktning.

Från vänster till höger "underlag" s, p, d och f för deras motsvarande huvudenerginivåer "transiteras". Hur beräknar du värdet på (n + l) för varje steg markerat med de diagonala pilarna? Till exempel är för 1s-kretsloppet denna beräkning lika med (1 + 0 = 1), för 2-orbitalen (2 + 0 = 2) och för 3p-omloppet (3 + 1 = 4).

Resultatet av dessa beräkningar kommer från bildkonstruktionen. Därför, om det inte finns att tillgå, bestäm bara (n + l) för varje omloppsbana och börja fylla orbitalerna med elektroner från den med det minsta värdet på (n + l) till den med det maximala värdet.

Att använda Madelung-metoden underlättar dock konstruktionen av elektronkonfigurationen och gör det till en underhållande aktivitet för dem som lär sig det periodiska systemet.

Paulis uteslutningsprincip och Hunds regel

Madelungs metod indikerar inte underskalarnas banor. Med beaktande av dem säger Pauli-uteslutningsprincipen att ingen elektron kan ha samma kvantantal som en annan; eller vad som är samma, ett elektronpar kan inte ha både positiva eller negativa snurr.

Detta innebär att deras spinnkvantantal s inte kan vara desamma och därför måste deras snurr kopplas ihop när de upptar samma kretslopp.

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

exempel

Följande exempel sammanfattar hela konceptet med Aufbau-principen.

Kol

För att bestämma dess elektroniska konfiguration måste atomnumret Z först vara känt och därmed antalet elektroner. Kol har Z = 6, så dess 6 elektroner måste vara belägna i orbitalerna med hjälp av Madelung-metoden:

Pilarna motsvarar elektronerna. Efter att 1s och 2s orbitaler har fyllts, var och en med två elektroner, tilldelas 2p orbitalerna med skillnad de återstående två elektronerna. Hunds regel manifesteras således: två degenererade orbitaler och en tom.

Syre

Syre har Z = 8, så det har två extra elektroner till skillnad från kol. En av dessa elektroner måste placeras i det tomma 2p-kretsloppet, och det andra måste para ihop för att bilda det första paret, med pilen pekande nedåt. Följaktligen manifesteras principen om uteslutning av Pauli här.

Kalcium

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

Det kan noteras att, istället för att först fylla 3d-kretsloppet, upptar elektronerna 4-talet. Detta inträffar innan man gör plats för övergångsmetaller, element som fyller det inre 3d-skiktet.

Begränsningar av Aufbau-principen

Aufbau-principen misslyckas med att förutsäga de elektroniska konfigurationerna för många övergångsmetaller och sällsynta jordartselement (lantanider och aktinider).

Detta beror på att de energiska skillnaderna mellan ns och (n-1) d orbitalerna är låga. Av skäl som stöds av kvantmekanik kan elektroner föredra att degenerera (n-1) d-orbitalerna på bekostnad av ångra eller lossa elektronerna från ns orbitalen.

Ett känt exempel är fallet med koppar. Dess elektronkonfiguration som förutses av Aufbau-principen är 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ⁹ , när det experimentellt har visat sig vara 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ¹ 3d ¹⁰ .

I den första är en ensam elektron elektron i par i en 3d-bana, medan i den andra är alla elektroner i 3d-orbitalen parade.

referenser

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (15 juni 2017). Aufbau principdefinition. Hämtad från: thoughtco.com
2. Professor 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). 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). Schema of Madelung. . Hämtad från: commons.wikimedia.org