AUFBAU PRINCIP: POJAM I OBJAŠNJENJE, PRIMJERI - KEMIJA - 2026

Princip Aufbau je koristan vodič za predviđanje teoretski elektronički konfiguraciju elementa. Riječ aufbau odnosi se na njemački glagol "graditi". Pravila koja su propisana ovim principom trebaju "pomoći u stvaranju atoma".

Kada je u pitanju hipotetička atomska konstrukcija, odnosi se isključivo na elektrone, koji zauzvrat idu ruku pod ruku sa sve većim brojem protona. Protoni definiraju atomski broj Z kemijskog elementa, a za svaki koji je dodan u jezgru dodaje se elektron da nadoknadi ovo povećanje pozitivnog naboja.

Iako se čini da protoni ne slijede utvrđeni red da bi se pridružili jezgri atoma, elektroni slijede niz uvjeta, na način da prvo zauzmu područja atoma s nižom energijom, posebno ona gdje je vjerojatnost da će ih naći u svemiru veća je: orbitale.

Aufbau-ov princip, zajedno s ostalim pravilima elektronskog punjenja (Paulijevo isključenje i Hundovo pravilo), pomaže uspostaviti redoslijed u kojem se elektroni trebaju dodati elektronskom oblaku; Na taj je način moguće dodijeliti elektroničku konfiguraciju određenog kemijskog elementa.

Pojam i objašnjenje

Ako bi se atom smatrao kao da je luk, unutar njega bi se našao konačan broj slojeva, određen glavnim kvantnim brojem n.

Dalje se unutar njih nalaze potkoljenice čiji oblici ovise o azimutnim l i magnetskim kvantnim brojevima m.

Orbitale su identificirane prvim trima kvantnim brojevima, dok četvrta, spin s, završava što označava u kojoj će se orbitali nalaziti elektron. Upravo se tada u tim područjima atoma rotiraju elektroni, od unutrašnjih slojeva do najudaljenijeg: valentnog sloja, najenergičnijeg od svih.

Da je to slučaj, kojim bi redoslijedom trebali elektroni ispuniti orbitale? Prema principu Aufbau, oni se moraju dodijeliti na temelju rastuće vrijednosti (n + l).

Isto tako, u podpoljima (n + l) elektroni moraju zauzimati podsupljinu s najmanjom energetskom vrijednošću; drugim riječima, oni zauzimaju najnižu vrijednost n.

Slijedom ovih konstrukcijskih pravila, Madelung je razvio vizualnu metodu koja se sastoji od crtanja dijagonalnih strelica, koje pomažu u izgradnji elektroničke konfiguracije atoma. U nekim obrazovnim sferama ova metoda je poznata i kao metoda kiše.

Slojevi i slojevi

Prva slika prikazuje grafičku metodu za dobivanje elektronskih konfiguracija, dok je druga slika odgovarajuće Madelung metode. Najenergičniji slojevi nalaze se na vrhu, a najmanje energetski u smjeru prema dolje.

S lijeva na desno, podslojevi s, p, d i f odgovarajućih glavnih energetskih razina "prolaze". Kako izračunati vrijednost (n + l) za svaki korak označen dijagonalnim strelicama? Na primjer, za orbitu 1s ovaj je izračun jednak (1 + 0 = 1), za orbital 2s (2 + 0 = 2), a za orbital 3p (3 + 1 = 4).

Rezultat tih izračuna potječe od konstrukcije slike. Stoga, ako nije dostupan pri ruci, jednostavno odredite (n + l) za svaku orbitalu, počevši ispunjavati orbitale elektronima od one s najmanjom vrijednošću (n + l) do one s maksimalnom vrijednošću.

No, upotreba Madelung metode uvelike olakšava izgradnju elektronske konfiguracije i čini je zabavnom aktivnošću za one koji uče periodičku tablicu.

Paulijevo načelo isključenja i Hundovo pravilo

Madelung-ova metoda ne pokazuje orbitale podzemlja. Uzimajući ih u obzir, Paulijevo načelo isključenja kaže da nijedan elektron ne može imati iste kvantne brojeve kao drugi; ili ono što je isto, par elektrona ne može imati ni pozitivne ni negativne spinove.

To znači da njihovi kvantni brojevi s ne mogu biti jednaki i, prema tome, njihovi se centrifuge moraju upariti kad zauzimaju istu orbitu.

S druge strane, ispunjavanje orbitala mora biti na način da se oni degeneriraju u energiji (Hundovo pravilo). To se postiže tako da se svi elektroni u orbitali ne spajaju, dok nije nužno upariti par istih (kao što je slučaj s kisikom).

Primjeri

Sljedeći primjeri sažimaju cijeli pojam načela Aufbau.

ugljen

Da bismo odredili njegovu elektroničku konfiguraciju, najprije mora biti poznat atomski broj Z, a time i broj elektrona. Ugljik ima Z = 6, pa se njegovih 6 elektrona mora nalaziti u orbitali Madelung-ovom metodom:

Strelice odgovaraju elektronu. Nakon što su orbitale 1s i 2s ispunjene, svaka sa dva elektrona, 2p orbitale su dodijeljene prema razlici, preostala dva elektrona. Tako se očituje Hundovo pravilo: dvije degenerirane orbitale i jedna prazna.

Kisik

Kisik ima Z = 8, tako da ima dva dodatna elektrona za razliku od ugljika. Jedan od tih elektrona mora se smjestiti u praznu orbital 2p, a drugi se mora upariti kako bi tvorio prvi par, sa strelicom okrenutom prema dolje. Slijedom toga, ovdje se očituje princip isključenja iz Paula.

kalcijum

Kalcij ima 20 elektrona, a orbitale su i dalje ispunjene istom metodom. Redoslijed punjenja je sljedeći: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

Može se primijetiti da, umjesto da prvo ispune 3d orbitu, elektroni zauzimaju 4s. To se događa prije nego što se napravi prijelazni metali za elemente koji ispunjavaju unutarnji 3d sloj.

Ograničenja načela Aufbau

Aufbauov princip ne predviđa elektroničke konfiguracije mnogih prijelaznih metala i rijetkih zemljanih elemenata (lantanidi i aktinidi).

To je zato što su energetske razlike između ns i (n-1) d orbitala niske. Iz razloga koje podržava kvantna mehanika, elektroni mogu radije degenerirati (n-1) d orbitale pod cijenu otkazivanja ili istjecanja elektrona iz ns orbitale.

Poznati primjer je slučaj bakra. Njegova elektronska konfiguracija predviđena Aufbau principom je 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ⁹, kad se eksperimentalno pokazalo da je 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ¹ 3d ¹⁰.

U prvom je solitarni elektron nesparen u 3d orbitali, dok su u drugom svi elektroni u 3d orbitali upareni.

Reference

1. Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (15. lipnja 2017.). Definicija principa Aufbau. Preuzeto sa: misao.com
2. Prof. N. De Leon. (2001). Načelo Aufbaua. Preuzeto iz: iun.edu
3. Kemija 301. Načelo Aufbaua. Preuzeto sa: ch301.cm.utexas.edu
4. Hozefa Arsiwala i učiteljica.com. (1. lipnja 2017.). Dubina: Načelo Aufbaua s primjerima. Preuzeto sa: učiteljica.com
5. Whitten, Davis, Peck i Stanley. Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje, str 199-203.
6. Goodphy. (27. srpnja 2016.). Shema Madelung-a., Preuzeto sa: commons.wikimedia.org