Eksempel på AUFBAU-princip

Det aufbau-princippet (sammensætning) er et princip i atomfysik, hvilket forklarer placeringen af ​​elektroner i deres kredsløb omkring atomkernen.

De forskellige undersøgelser af atomets art og konfiguration, der giver os mulighed for at forstå dets egenskaber, har været genstand for undersøgelse af mange forskere. Bemærkelsesværdigt blandt dem er værket af Niels Bohr, en dansk fysiker, der perfektionerede den atommodel, der blev foreslået af Ernest Rutherford.

Hans model har følgende egenskaber: Atomens kerne indtager centrum, mens elektronen roterer rundt i cirkulære baner. At forklare, hvorfor det ikke mister energi i den cirkulære bane og under hensyntagen til opdagelserne af bølgeformen og samme partikeltid, som elektroner har, mente han, at elektroner hopper fra energiniveau til et andet, udsender eller absorberer Energi.

Vidste du, at disse orbitalniveauer styres af ligningen 2n²Med andre ord er det maksimale antal elektroner i en bane lig med det dobbelte af kvadratet af antallet af bane. For de hidtil kendte elementer har vi 7 kendte baner, hvor K-kredsløbet har 2 elektroner, L, 8 elektroner; M har 18 elektroner, N indeholder 32, O indeholder 50, P indeholder 72, og Q indeholder 98.

Elektroner havde også vist sig at have fire kvantetal: det primære n, som angiver deres afstand fra kernen; det azimutale kvantetal, l, som angiver orbitalen, hvori et magnetisk kvantetal m er placeret (s, p, d, f osv.), som bestemmer dens bane inden for en orbital og et spin-tal, s, som kan være positivt eller negativt med en værdi på 1/2. At to elektroner i samme sti (samme tal n og l) ikke kan have det samme magnetiske kvantetal eller det samme centrifugeringsnummer på samme tid. To elektroner i et atom kan ikke have alle fire lige kvantetal (Pauli-udelukkelsesprincip)

Dette førte til den konklusion, at for forskellige elektroner at eksistere på samme orbitalniveau, niveauerne Energetik er opdelt i underniveauer, som hver er opdelt i orbitaler, der kun kan indeholde et par elektroner.

Ifølge denne observation indeholder energiniveauet K kun et underniveau, kaldet s-niveau, som kan optages af en eller to elektroner.

Det næste niveau, L, vil have fire elektroniske underniveauer: et niveau s, kaldet 2s, og et niveau kaldet 2p, som igen består af tre orbitaler, kaldet 2p_x, 2 s_Y og 2p_z. Det tredje niveau har følgende underniveauer: 3s, 3p og 3d. 3D-underniveauet har 5 orbitaler, som hver især vil blive optaget af to elektroner. De følgende niveauer kan have orbitaler, der tilføjes med bogstaverne f, g, h og i.

Til dette tilføjer vi, at når elektronerne ikke er nok til at fuldføre et energiniveau, fordeles de i orbitalerne. (Hunds regel).

Disse underniveauer og orbitaler udfyldes ikke tilfældigt. Elektronerne i banerne er organiseret ved først at udfylde de lavere energiniveauer og derefter de højere energiniveauer. Dette er repræsenteret grafisk, og af den grund kaldes det reglen for saven eller diagonalerne.

I henhold til de tidligere regler er orbitalniveauerne for de første 10 elementer i det periodiske system repræsenteret på følgende måde:

H: 1s¹
Han: 1s²
Li: 1s² , 2s¹
Vær: 1s² , 2s²
B: 1s² , 2s², 2 s¹ (1s² , 2s², [2 s_x¹)
C: 1s² , 2s², 2 s² (1s² , 2s², [2 s_x¹, 2 s_Y¹])
N: 1s² , 2s², 2 s³ (1s² , 2s², [2 s_x¹, 2 s_Y¹, 2 s_z¹])
O: 1s² , 2s², 2 s⁴ (1s² , 2s², [2 s_x², 2 s_Y¹, 2 s_z¹])
F: 1s² , 2s², 2 s⁵ (1s² , 2s², [2 s_x², 2 s_Y², 2 s_z¹])
Ne: 1s² , 2s², 2 s⁶ (1s² , 2s², [2 s_x², 2 s_Y², 2 s_z²])

Som vi ser i disse eksempler, fyldes først niveauerne med mindre energi, som i dette tilfælde er s-niveauerne, og derefter p-niveauet.

Vi kan også observere, at mætningen af ​​niveauerne forekommer med de inaktive gasser Helium og Neon.

I mange periodiske tabeller finder vi den elektroniske struktur af energiniveauerne som en del af dataene Kort sagt finder vi i parentes det inerte element forud for elementet og derefter resten af ​​niveauerne orbitaler.

For eksempel i tilfælde af natrium kan vi se det repræsenteret på en af ​​disse to måder:

Na: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s¹
Na: [Ne], 3s¹

Hvis vi ser på grafen for underniveauerne, vil vi for eksempel se, at i elementer, såsom kalium eller Calcium, til trods for at være på niveau 4, vil ikke optage det tredje underniveau, da det har højere energi end niveau 4s. Så ifølge Bohrs regel vil niveau 4s være besat først inden 3d:

K: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s¹ - [Ar], 4s¹
Ca: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s² - [Ar], 4s²
Sc: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s¹, 3d¹ - [Ar], 4s¹, 3d¹
Ti: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d² - [Ar], 4s², 3d²

Rækkefølgen af ​​orbitalernes rækkefølge i henhold til Aufbau-princippet, og som vi kan udlede ved at observere diagonalerne i grafen, ville være følgende:

1s², 2s², 2 s⁶, 3s², 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰, 5 s⁶, 6s², 4f¹⁴, 5 d¹⁰, 6p⁶, 7s²

Eksempler på Aufbau-princippet

Repræsentation af de elektroniske niveauer for nogle elementer i henhold til Aufbau-princippet:

Ja: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s², 3p² - [Ne], 3s², 3p²
P: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s², 3p⁴ - [Ne], 3s², 3p⁴
Ar: P: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s², 3p⁶ - [Ne], 3s², 3p⁶
V: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d³ - [Ar], 4s², 3d³
Tro: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d⁶ - [Ar], 4s², 3d⁶
Zn: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰ - [Ar], 4s², 3d¹⁰
Ga: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p¹ - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p¹
Ge: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p² - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p²
Br: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁵ - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p⁵
Kr: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶ - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p⁶
Rb: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s¹ - [Kr], 5s¹
Sr: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s² - [Kr], 5s²
Y: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹ - [Kr], 5s², 4d¹
Zr: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d² - [Kr], 5s², 4d²
Ag: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹ - [Kr], 5s², 4d⁹
Cd: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰ - [Kr], 5s², 4d¹⁰
I: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹, 5 s⁵ - [Kr], 5s², 4d⁹, 5 s⁵
Xe: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰, 5 s⁶ - [Kr], 5s², 4d¹⁰, 5 s⁶
Cs: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹, 5 s⁶, 6s¹ - [Xe], 6s¹
Ba: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰, 5 s⁶, 6s² - [Xe], 6s²