Принцип понятия и объяснения Ауфбау, примеры



Принцип Ауфбау Он состоит из полезного руководства по теоретическому прогнозированию электронной конфигурации элемента. Слово Ауфбау это относится к немецкому глаголу "строить". Правила, продиктованные этим принципом, призваны «помочь построить атом».

Говоря о гипотетической атомной конструкции, это относится исключительно к электронам, которые, в свою очередь, идут рука об руку с растущим числом протонов. Протоны определяют атомный номер Z химического элемента, и для каждого добавленного в ядро ​​добавляется электрон, чтобы компенсировать это увеличение положительного заряда.

Хотя кажется, что протоны не следуют установленному порядку, чтобы присоединиться к ядру атома, электроны действительно следуют ряду условий, так что они занимают сначала области атома с более низкой энергией, особенно те, где вероятность их нахождения в космосе больше: орбитали.

Принцип Ауфбау вместе с другими правилами электронного заполнения (принцип исключения Паули и правило Хунда) помогает установить порядок, в котором электроны должны добавляться в электронное облако; Таким образом, можно назначить электронную конфигурацию конкретного химического элемента..

индекс

  • 1 Понятие и объяснение
    • 1.1 Слои и подслои
    • 1.2 Принцип исключения Паули и правления Хунда
  • 2 примера
    • 2.1 Углерод
    • 2.2 Кислород
    • 2.3 Кальций
  • 3 Ограничения принципа Ауфбау
  • 4 Ссылки 

Концепция и объяснение

Если бы атом рассматривался так, как если бы он был луком, в нем было бы конечное количество слоев, определяемое основным квантовым числом n..

За их пределами находятся подслои, формы которых зависят от квантовых чисел азимутальных и магнитных..

Орбитали идентифицируются первыми тремя квантовыми числами, а четвертое, число спина, заканчивается, указывая, на какой орбите будет находиться электрон. Тогда именно в этих областях атома, где электроны вращаются, от самых внутренних слоев к самым внешним: валентный слой, самый энергичный из всех.

Если да, то в каком порядке электроны должны заполнять орбитали? Согласно принципу Ауфбау, они должны назначаться в соответствии с возрастающим значением (n + l).

Также внутри подслоев (n + 1) электроны должны занимать подслой с наименьшим значением энергии; другими словами, они занимают самое низкое значение n.

Следуя этим правилам построения, Маделунг разработал визуальный метод, состоящий в отслеживании диагональных стрелок, которые помогают построить электронную конфигурацию атома. В некоторых образовательных сферах этот метод также известен как метод дождя.

Слои и подслои

Первое изображение иллюстрирует графический метод для получения электронных конфигураций, в то время как второе изображение представляет собой соответствующий метод Маделунга. Самые энергичные слои расположены сверху, а наименее энергичные - в направлении вниз..

Слева направо подслои s, p, d и f их соответствующих основных уровней энергии «проходят». Как рассчитать значение (n + l) для каждого шага, отмеченного диагональными стрелками? Например, для орбиты 1s этот расчет равен (1 + 0 = 1), для орбиты 2s (2 + 0 = 2) и для орбиты 3p (3 + 1 = 4).

Результатом этих вычислений является начало построения изображения. Поэтому, если он недоступен, достаточно определить (n + l) для каждой орбиты, начиная заполнять орбитали электронами от того, у которого наименьшее значение (n + l) до максимального значения..

Однако использование метода Маделунга значительно облегчает построение электронной конфигурации и делает его интересным занятием для тех, кто изучает периодическую таблицу..

Принцип исключения Паули и правления Хунда

Метод Маделунга не указывает орбиталей подслоев. Принимая во внимание их, принцип исключения Паули утверждает, что ни один электрон не может иметь такие же квантовые числа, как другие; или что то же самое, пара электронов не может иметь оба спина положительным или отрицательным.

Это означает, что их квантовые числа спинов не могут быть равны и, следовательно, они должны соответствовать своим спинам, чтобы занимать одну и ту же орбиту.

С другой стороны, заполнение орбиталей должно быть сделано таким образом, чтобы они вырождались по энергии (правило Хунда). Это достигается за счет того, что все электроны орбиталей остаются непарными до тех пор, пока не будет строго необходимо связать их пару (как с кислородом)..

примеров

Следующие примеры обобщают всю концепцию принципа Ауфбау.

углерод

Чтобы определить его электронную конфигурацию, мы должны сначала узнать атомный номер Z и, следовательно, количество электронов. Углерод имеет Z = 6, поэтому необходимо определить его 6 электронов на орбиталях с помощью метода Маделунга:

Стрелки соответствуют электронам. После заполнения 1-й и 2-й орбиталей, каждая из которых состоит из двух электронов, два оставшихся электрона присваиваются 2p-орбиталям по разности. Вот как проявляется правило Хунда: две вырожденные орбитали и одна пустая.

кислород

Кислород имеет Z = 8, поэтому он имеет два дополнительных электрона, в отличие от углерода. Один из этих электронов должен быть помещен в пустую 2p-орбиту, а другой должен быть в паре, чтобы сформировать первую пару со стрелкой, направленной вниз. Следовательно, принцип исключения Паули проявляется здесь.

кальций

Кальций имеет 20 электронов, и орбитали также заполнены тем же методом. Порядок заполнения следующий: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

Можно заметить, что вместо заполнения 3-й орбиты электроны занимают 4s. Это происходит перед открытием переходных металлов, элементов, которые заполняют внутренний слой 3d.

Ограничения принципа Ауфбау

Принцип Ауфбау не может предсказать электронные конфигурации многих переходных металлов и редкоземельных элементов (лантаноидов и актинидов).

Это связано с тем, что разности энергий между ns и (n-1) d орбиталями малы. По причинам, поддерживаемым квантовой механикой, электроны могут предпочесть вырождать орбитали (n-1) d за счет исчезновения или смещения электронов с орбитали ns..

Известным примером является случай с медью. Его электронная конфигурация, предсказанная по принципу Ауфбау, равна 1 с.22s22р63S23p64s23d9, когда экспериментально было показано, что 1 с22s22р63S23p64s13d10.

В первом случае одиночный электрон неспарен на 3d-орбитали, а во втором - все электроны 3d-орбиталей.

ссылки

  1. Хельменстин, Анна Мари, доктор философии (15 июня 2017 г.) Определение принципа Ауфбау. Взято из: мыслиco.com
  2. Проф. Н. Де Леон. (2001). Принцип Ауфбау. Взято из: iun.edu
  3. Химия 301. Принцип Ауфбау. Взято из: ch301.cm.utexas.edu
  4. Хозефа Арсивала и teacherlookup.com. (1 июня 2017 г.) В глубине: принцип Ауфбау с примерами. Взято из: teacherlookup.com
  5. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. Химия. (8-е изд.). CENGAGE Learning, стр. 199-203.
  6. Goodphy. (27 июля 2016 г.) Схема Маделунга. [Рисунок]. Взято с: commons.wikimedia.org