АУФБАУ ПРИНЦИП: КОНЦЕПТ И ОБЈАШЊЕЊЕ, ПРИМЕРИ - ХЕМИЈА - 2025

Принцип Ауфбау је користан водич за теоретски предвидети електронску конфигурацију елемента. Реч ауфбау односи се на немачки глагол "градити". Правила која су диктирана овим принципом имају за циљ да "помогну у изградњи атома".

Када је у питању хипотетичка атомска конструкција, односи се искључиво на електроне, који опет иду руку под руку са све већим бројем протона. Протони дефинирају атомски број З хемијског елемента, а за сваки који је додан у језгру додаје се електрон да надокнади ово повећање позитивног набоја.

Иако се чини да протони не слиједе утврђени ред да би се придружили језгру атома, електрони слиједе низ услова, на начин да прво заузму регије атома с нижом енергијом, посебно оне гдје је вјероватноћа да ће их наћи у свемиру је већа: орбитале.

Ауфбау-ов принцип, заједно са осталим правилима електронског пуњења (Паулијев принцип искључења и Хундово правило), помаже у успостављању редоследа у којем се електрони требају додати електронском облаку; На овај начин је могуће доделити електронску конфигурацију одређеног хемијског елемента.

Концепт и објашњење

Ако би се атом сматрао као да је лук, унутар њега би се нашао коначан број слојева, одређен главним квантним бројем н.

Даље, унутар њих су поткољенице, чији облици зависе од азимутних л и магнетних квантних бројева м.

Орбитале су идентификоване првим трима квантним бројевима, док четврта, спин с, завршава што указује на којој ће се орбитали налазити електрон. Тада се у овим регионима атома ротирају електрони, од унутрашњих слојева до најудаљенијих: валентног слоја, најенергичнијег од свих.

Да је то случај, којим редом би електрони требали да испуне орбитале? Према принципу Ауфбау, они се морају доделити на основу растуће вредности (н + л).

Слично томе, у поддужници (н + л) електрони морају да заузму подстелу са најнижом енергетском вредношћу; другим речима, они заузимају најнижу вредност н.

Слиједећи ова правила конструкције, Маделунг је развио визуалну методу која се састоји од цртања дијагоналних стрелица, које помажу у изградњи електронске конфигурације атома. У неким образовним сферама ова метода је позната и као метода кише.

Слојеви и слојеви

Прва слика илуструје графички метод за добијање електронских конфигурација, док је друга слика одговарајућа Маделунг метода. Најенергичнији слојеви налазе се на врху, а најмање енергетски у доњем смеру.

Лево надесно, подслојеви с, п, д и ф одговарајућих главних нивоа енергије се „пролазе“. Како израчунати вредност (н + л) за сваки корак означен дијагоналним стрелицама? На пример, за орбитал 1с ово је израчунавање једнако (1 + 0 = 1), за орбитал 2с (2 + 0 = 2), а за орбитал 3п (3 + 1 = 4).

Резултат ових израчуна настаје израдом слике. Стога, ако није доступан при руци, једноставно одредите (н + л) за сваку орбиталу, почевши да испуњавате орбитале електронима од оне с најмањом вриједношћу (н + л) до оне са максималном вриједношћу.

Међутим, коришћење Маделунг методе увелико олакшава изградњу електронске конфигурације и чини је забавном активношћу за оне који уче периодичну табелу.

Паулијев принцип искључења и Хундово правило

Маделунг-ова метода не указује на орбитале потплата. Узимајући их у обзир, Паулијево начело искључења каже да ниједан електрон не може имати исте квантне бројеве као други; или оно што је исто, пар електрона не може имати ни позитивне ни негативне спинове.

То значи да њихови квантни бројеви с не могу бити исти и, према томе, њихови се центрифуге морају упарити када заузимају исту орбиту.

С друге стране, испуњавање орбитала мора се извршити на начин да се они дегенерирају у енергији (Хундово правило). То се постиже тако да се сви електрони у орбитали не урачунају, све док није неопходно упарити пар истих (као што је случај са кисеоником).

Примери

Следећи примери резимирају цео концепт Ауфбау принципа.

Царбон

Да би се утврдила његова електронска конфигурација, најпре мора бити познат атомски број З, а самим тим и број електрона. Угљеник има З = 6, тако да се његових 6 електрона мора налазити у орбитама по методи Маделунг:

Стрелице одговарају електрону. Након што су орбителе 1с и 2с испуњене, сваки са по два електрона, 2п орбитале су додељене по разлици преостала два електрона. Хундово правило се тако манифестује: две дегенериране орбитале и једна празна.

Кисеоник

Кисеоник има З = 8, тако да има два додатна електрона за разлику од угљеника. Један од ових електрона мора бити постављен у празну орбитал 2п, а други се мора упарити да би формирао први пар, са стрелицом окренутим према доле. Према томе, овде се манифестује принцип искључења из Паула.

Калцијум

Калцијум има 20 електрона, а орбитале су и даље испуњене истим поступком. Редослед пуњења је следећи: 1с-2с-2п-3с-3п-4с.

Може се приметити да, уместо да прво испуне 3д орбиталу, електрони заузимају 4с. То се догађа пре него што се направи начин за прелазне метале, елементе који испуњавају унутрашњи 3д слој.

Ограничења Ауфбау принципа

Ауфбау принцип не предвиђа електронске конфигурације многих прелазних метала и реткоземних елемената (лантаниди и актиниди).

То је зато што су енергетске разлике између нс и (н-1) д орбитала мале. Из разлога које подржава квантна механика, електрони би могли радије да дегенерирају (н-1) д орбитале по цену поништавања или искрцавања електрона из нс орбитале.

Познати пример је случај бакра. Његова конфигурација електрона предвиђена Ауфбау принципом је 1с ² 2с ² 2п ⁶ 3с ² 3п ⁶ 4с ² 3д ⁹ , када се експериментално показало да је 1с ² 2с ² 2п ⁶ 3с ² 3п ⁶ 4с ¹ 3д ¹⁰ .

У првом је самотни електрон паран у 3д орбитали, док су у другом сви електрони у 3д орбитали упарени.

Референце

1. Хелменстине, др Анне Марие (15. јуна 2017.) Дефиниција принципа Ауфбау. Преузето са: тхинкцо.цом
2. Проф. Н. Де Леон. (2001). Начело Ауфбауа. Преузето са: иун.еду
3. Хемија 301. Начело Ауфбауа. Преузето са: цх301.цм.утекас.еду
4. Хозефа Арсивала и теацхерлоокуп.цом. (1. јуна 2017). У дубини: Ауфбау принцип са примерима. Преузето са: учитељица.цом
5. Вхиттен, Давис, Пецк и Станлеи. Хемија. (8. изд.). ЦЕНГАГЕ Леарнинг, стр 199-203.
6. Гоодпхи. (27. јула 2016.). Шема Маделунг-а. . Преузето са: цоммонс.викимедиа.орг