Prinsip Konsep Aufbau dan Penjelasan, Contoh



The Prinsip Aufbau Ia terdiri daripada panduan berguna untuk secara teori meramalkan konfigurasi elektronik unsur. Perkataan itu aufbau ia merujuk kepada kata kerja Jerman "membina". Peraturan yang ditentukan oleh prinsip ini dimaksudkan untuk "membantu membina atom".

Apabila bercakap tentang pembinaan atom hipotetikal, ia merujuk secara eksklusif kepada elektron, yang kemudiannya bersatu dengan semakin banyak proton. Proton menentukan nombor atom Z dari unsur kimia, dan untuk masing-masing ditambah kepada nukleus elektron ditambah untuk mengimbangi kenaikan caj positif ini.

Walaupun nampaknya proton tidak mengikuti perintah yang telah ditetapkan untuk bergabung dengan nukleus atom, elektron-elektron itu mengikuti beberapa syarat, supaya mereka menduduki kawasan pertama atom tenaga yang lebih rendah, khususnya di mana kebarangkalian mencarinya di ruang angkasa adalah lebih besar: orbital.

Prinsip Aufbau, bersama-sama dengan peraturan pengisian elektronik lain (prinsip pengecualian Pauli dan peraturan Hund), membantu menentukan urutan di mana elektron mesti ditambah ke awan elektronik; Dengan cara ini, adalah mungkin untuk menetapkan konfigurasi elektronik unsur kimia tertentu.

Indeks

  • 1 Konsep dan penjelasan
    • 1.1 Lapisan dan sublayers
    • 1.2 Prinsip pengecualian Pauli dan pemerintahan Hund
  • 2 Contoh
    • 2.1 Karbon
    • 2.2 Oksigen
    • 2.3 Kalsium
  • 3 Keterbatasan prinsip Aufbau
  • 4 Rujukan 

Konsep dan penjelasan

Jika atom dianggap seolah-olah ia adalah bawang, ia akan berada di dalam lapisan kuantiti yang terhingga, ditentukan oleh nombor kuantum utama n.

Di luar, di dalamnya, adalah sublayers, yang bentuknya bergantung pada nombor kuantum azimut dan magnet.

Orbital tersebut dikenalpasti oleh tiga nombor kuantum pertama, manakala yang keempat, iaitu putaran, selesai yang menunjukkan di mana orbital elektron akan ditempatkan. Ia kemudiannya berada di kawasan-kawasan atom di mana elektron berputar, dari lapisan paling mendalam kepada lapisan paling luar: lapisan valensi, yang paling energik dari semua.

Sekiranya demikian, dalam apa perintah haruskah elektron mengisi orbital? Menurut prinsip Aufbau, mereka mesti diberikan mengikut nilai yang semakin meningkat (n + l).

Juga, dalam sublayers (n + l) elektron mesti menduduki sublayer dengan nilai tenaga terendah; dalam erti kata lain, mereka menduduki nilai terendah n.

Berikutan peraturan pembinaan ini, Madelung mengembangkan kaedah visual yang terdiri daripada mengesan anak panah pepenjuru, yang membantu membina konfigurasi elektron atom. Dalam sesetengah bidang pendidikan kaedah ini juga dikenali sebagai kaedah hujan.

Lapisan dan sublayers

Imej pertama menggambarkan kaedah grafik untuk mendapatkan konfigurasi elektronik, manakala imej kedua adalah kaedah Madelung masing-masing. Lapisan yang paling bertenaga terletak di bahagian atas dan paling tidak bertenaga berada di arah bawah.

Dari kiri ke kanan sublayers s, p, d dan f dari tahap tenaga utama mereka yang berkaitan adalah "diangkut". Bagaimana untuk mengira nilai (n + l) bagi setiap langkah yang ditandakan oleh anak panah pepenjuru? Sebagai contoh, untuk 1s orbit pengiraan ini adalah sama dengan (1 + 0 = 1), bagi 2s orbit (2 + 0 = 2), dan untuk 3p (3 + 1 = 4).

Hasil perhitungan ini berasal dari pembinaan imej. Oleh itu, jika tidak terdapat di tangan, cukup untuk menentukan (n + l) bagi setiap orbit, bermula untuk mengisi orbital dengan elektron dari satu dengan nilai terendah (n + l) ke nilai maksimum.

Walau bagaimanapun, penggunaan kaedah Madelung amat memudahkan pembinaan konfigurasi elektronik dan menjadikannya aktiviti yang menghiburkan bagi mereka yang mempelajari jadual berkala.

Prinsip pengecualian Pauli dan pemerintahan Hund

Kaedah Madelung tidak menunjukkan orbital sublayers. Mengambil perhatian mereka, prinsip pengecualian Pauli menyatakan bahawa tiada elektron boleh mempunyai nombor kuantum yang sama seperti yang lain; atau apa yang sama, sepasang elektron tidak boleh berputar positif atau negatif.

Ini bererti bahawa bilangan kuantum spin mereka tidak boleh sama dan, oleh itu, mereka mesti sepadan dengan putaran mereka untuk menduduki orbital yang sama.

Sebaliknya, pengisian orbital mesti dilakukan sedemikian rupa sehingga mereka mengalami kehancuran dalam tenaga (peraturan Hund). Ini dicapai dengan mengekalkan semua elektron orbital yang tidak disambungkan, sehingga sangat diperlukan untuk memasangkan sepasang ini (seperti dengan oksigen).

Contohnya

Contoh-contoh berikut merumuskan seluruh konsep prinsip Aufbau.

Karbon

Untuk menentukan konfigurasi elektronik, kita harus terlebih dahulu mengetahui nombor atom Z, dan dengan itu bilangan elektron. Karbon mempunyai Z = 6, jadi perlu mencari 6 elektron di orbital dengan cara kaedah Madelung:

Anak panah sesuai dengan elektron. Selepas mengisi orbital 1s dan 2s, setiap satu mempunyai dua elektron, dua elektron yang tersisa ditugaskan kepada orbital 2p oleh perbezaan. Inilah cara pemerintahan Hund mewujudkan dirinya: dua orbital yang degenerated dan satu kosong.

Oksigen

Oksigen mempunyai Z = 8, jadi ia mempunyai dua elektron tambahan, tidak seperti karbon. Salah satu daripada elektron ini mesti diletakkan di dalam orbit 2p kosong, dan yang lain mesti dipasangkan untuk membentuk pasangan pertama, dengan anak panah menunjuk ke bawah. Akibatnya, prinsip pengecualian Pauli menunjukkan dirinya di sini.

Kalsium

Kalsium mempunyai 20 elektron, dan orbital juga dipenuhi dengan kaedah yang sama. Pesanan pengisian adalah seperti berikut: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

Ia dapat diperhatikan bahawa, bukannya mengisi orbital 3d pertama, elektron menduduki 4s. Ini berlaku sebelum membuka logam peralihan, elemen yang mengisi lapisan dalaman 3d.

Had batasan prinsip Aufbau

Prinsip Aufbau gagal meramalkan konfigurasi elektronik banyak logam peralihan dan unsur-unsur nadir bumi (lanthanides dan actinides).

Ini kerana perbezaan tenaga di antara ns dan (n-1) d orbital adalah rendah. Atas sebab-sebab disokong oleh mekanik kuantum, elektron boleh memilih orbital merosot (n-1) d kos desaparear atau meninggalkan elektron ns orbit.

Contoh yang terkenal ialah tembaga. Konfigurasi elektronik yang diramalkan oleh prinsip Aufbau adalah 1s22s22p63s23p64s23d9, apabila secara eksperimen ia telah ditunjukkan sebagai 1s22s22p63s23p64s13d10.

Pada yang pertama, satu elektron bersendirian tidak berpasangan dalam orbital 3d, manakala pada kedua semua elektron orbital 3d dipasangkan.

Rujukan

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (15 Jun, 2017). Definisi Prinsip Aufbau. Diambil dari: thoughtco.com
  2. Prof. N. De Leon. (2001). Prinsip Aufbau. Diambil dari: iun.edu
  3. Kimia 301. Prinsip Aufbau. Diambil dari: ch301.cm.utexas.edu
  4. Hozefa Arsiwala dan teacherlookup.com. (1 Jun, 2017). Dalam Kedalaman: Prinsip Aufbau Dengan Contoh. Diambil dari: teacherlookup.com
  5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia (Ed ed.). Pembelajaran CENGAGE, ms 199-203.
  6. Goodphy (27 Julai 2016). Skim Madelung. [Rajah] Diambil dari: commons.wikimedia.org