AUFBAU põhimõtte näide

The aufbau põhimõte (kompositsioon) on aatomifüüsika põhimõte, mis selgitab elektronide paigutust nende orbiidil aatomi tuuma ümber.

Erinevad uuringud aatomi olemuse ja konfiguratsiooni kohta, mis võimaldavad meil mõista selle omadusi, on paljude uurijate uuritud. Nende seas on märkimisväärne Taani füüsiku Niels Bohri töö, kes viis täiuslikuks Ernest Rutherfordi pakutud aatomimudeli.

Tema mudelil on järgmised omadused: aatomi tuum hõivab keskpunkti, samal ajal kui elektron pöörleb ringi ümber orbiitide. Selgitamaks, miks see ei kaota ringorbiidil energiat, võttes arvesse lainete käitumise ja sama osakeste aeg, mis on elektronidel, leidis ta, et elektronid hüppavad energiatasemelt teisele, kiirates või neelates Energia.

Kas teadsite, et neid orbiidi tasemeid reguleerib võrrand 2n²Teisisõnu, maksimaalne elektronide arv orbiidil võrdub orbiidi arvu ruudu kahekordse suurusega. Tänaseks teadaolevate elementide jaoks on meil 7 teadaolevat orbiiti, milles K orbiidil on 2 elektroni, L-l 8 elektroni; M sisaldab 18 elektroni, N sisaldab 32, O sisaldab 50, P sisaldab 72 ja Q sisaldab 98.

Samuti oli avastatud, et elektronidel on neli kvantarvu: peamine n, mis näitab nende kaugust tuumast; asimutaalne kvantarv l, mis tähistab orbitaali, milles asub magnetkvantarv m (s, p, d, f jne), mis määrab selle trajektoori orbiidil ja pöördenumbri s, mis võib olla positiivne või negatiivne, väärtusega 1/2. Et kahel samal rajal oleval elektronil (samad arvud n ja l) ei saa olla samaaegselt sama magnetiline kvantarv või sama pöörlemisarv. See tähendab, et aatomi kahel elektronil ei saa olla kõiki nelja võrdset kvantarvu (Pauli välistamise põhimõte)

See viis järelduseni, et erinevate elektronide eksisteerimiseks koos samal orbiidi tasemel on tasemed energeetika jaguneb alatasanditeks, millest igaüks jaguneb omakorda orbitaalideks, mis võivad sisaldada ainult paari elektronid.

Selle tähelepaneku kohaselt sisaldab energiatase K ainult ühte alataset, mida nimetatakse s-tasemeks ja mille võib hõivata üks või kaks elektroni.

Järgmisel tasemel L on neli elektroonilist alataset: tase s, mida nimetatakse 2-ks, ja tase nimega 2p, mis omakorda koosneb kolmest orbitaalist, mida nimetatakse 2p-ks_x, 2 lk_Y ja 2p_z. Kolmandal tasemel on järgmised alatasemed: 3s, 3p ja 3d. 3D-alamastmel on 5 orbitaali, millest mõlemas asuvad kaks elektroni. Järgmistel tasanditel võivad olla orbitaalid, mis lisatakse tähtedega f, g, h ja i.

Sellele lisame, et kui elektronidest energiataseme lõpuleviimiseks ei piisa, jaotuvad nad orbitaalides. (Hundi reegel).

Neid alatasemeid ja orbitaale ei täideta juhuslikult. Orbiidil olevad elektronid on organiseeritud, täites kõigepealt madalamad energiatasemed ja seejärel kõrgemad energiatasemed. Seda kujutatakse graafiliselt ja seetõttu nimetatakse seda sae või diagonaalide reegliks.

Varasemate reeglite kohaselt on perioodilise tabeli esimese 10 elemendi orbitaaltasemed esindatud järgmiselt:

H: 1s¹
Ta: 1s²
Li: 1s² , 2s¹
Ole: 1s² , 2s²
B: 1s² , 2s², 2 lk¹ (1s² , 2s², [2 P_x¹)
C: 1 s² , 2s², 2 lk² (1s² , 2s², [2 P_x¹, 2 lk_Y¹])
N: 1s² , 2s², 2 lk³ (1s² , 2s², [2 P_x¹, 2 lk_Y¹, 2 lk_z¹])
O: 1s² , 2s², 2 lk⁴ (1s² , 2s², [2 P_x², 2 lk_Y¹, 2 lk_z¹])
F: 1s² , 2s², 2 lk⁵ (1s² , 2s², [2 P_x², 2 lk_Y², 2 lk_z¹])
Ei: 1s² , 2s², 2 lk⁶ (1s² , 2s², [2 P_x², 2 lk_Y², 2 lk_z²])

Nagu nendest näidetest näeme, täidetakse kõigepealt väiksema energiaga tasemed, mis antud juhul on s-tasemed ja seejärel p-tase.

Samuti võime täheldada, et tasemete küllastumine toimub inertsete gaaside heeliumi ja neooniga.

Paljudes perioodilistes tabelites leiame andmete osana energiataseme elektroonilise struktuuri ja Lühidalt, sulgudes leiame elemendile eelneva inertse elemendi ja seejärel ülejäänud tasemed orbitaalid.

Näiteks näeme naatriumi korral seda kahel viisil esindatuna:

Na: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s¹
Na: [Ne], 3s¹

Kui nüüd vaadata alatasemete graafikut, näeme näiteks, et elementides nagu kaalium või Vaatamata sellele, et kaltsium on 4. tasemel, ei hõivata kaltsium 3d-alataset, kuna sellel on suurem energia kui 4. tase. Nii et vastavalt Bohri reeglile hõivatakse 4. tasemed enne 3d:

K: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s² , 3p⁶, 4s¹ - [Ar], 4s¹
Ca: 1 s² , 2s², 2 lk⁶, 3s² , 3p⁶, 4s² - [Ar], 4s²
Sc: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s² , 3p⁶, 4s¹, 3d¹ - [Ar], 4s¹, 3d¹
Ti: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d² - [Ar], 4s², 3d²

Orbitaalide järjestuse järjestus vastavalt Aufbau põhimõttele ja mille võime tuletada graafi diagonaale jälgides, oleks järgmine:

1s², 2s², 2 lk⁶, 3s², 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰, 5 lk⁶, 6s², 4f¹⁴, 5 d¹⁰, 6p⁶, 7s²

Näiteid Aufbau põhimõttest

Mõne elemendi elektrooniliste tasandite kujutamine vastavalt Aufbau põhimõttele:

Jah: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s², 3p² - [Ne], 3s², 3p²
P: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s², 3p⁴ - [Ne], 3s², 3p⁴
Ar: P: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s², 3p⁶ - [Ne], 3s², 3p⁶
V: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d³ - [Ar], 4s², 3d³
Usk: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d⁶ - [Ar], 4s², 3d⁶
Zn: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰ - [Ar], 4s², 3d¹⁰
Ga: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p¹ - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p¹
Ge: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p² - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p²
Br: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁵ - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p⁵
Kr: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶ - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p⁶
Rb: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s¹ - [Kr], 5s¹
Sr: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s² - [Kr], 5s²
Y: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹ - [Kr], 5s², 4d¹
Zr: 1 s² , 2s², 2 lk⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d² - [Kr], 5s², 4d²
Ag: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹ - [Kr], 5s², 4d⁹
CD: 1 s² , 2s², 2 lk⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰ - [Kr], 5s², 4d¹⁰
I: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹, 5 lk⁵ - [Kr], 5s², 4d⁹, 5 lk⁵
Xe: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰, 5 lk⁶ - [Kr], 5s², 4d¹⁰, 5 lk⁶
Cs: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹, 5 lk⁶, 6s¹ - [Xe], 6s¹
Ba: 1s² , 2s², 2 lk⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰, 5 lk⁶, 6s² - [Xe], 6s²