Esimerkki AUFBAU-periaatteesta

aufbau-periaate (koostumus) on atomifysiikan periaate, joka selittää elektronien järjestelyn kiertoradoillaan atomin ytimen ympärillä.

Monet tutkijat ovat tutkineet atomin luonnetta ja kokoonpanoa koskevia erilaisia ​​tutkimuksia, joiden avulla voimme ymmärtää sen ominaisuudet. Heidän joukossaan on tanskalaisen fyysikon Niels Bohrin työ, joka kehitti Ernest Rutherfordin ehdottaman atomimallin.

Hänen mallillaan on seuraavat ominaisuudet: atomin ydin vie keskuksen, kun taas elektroni pyörii pyöreillä kiertoradoilla. Selittämään, miksi se ei menetä energiaa kiertoradalla, ja ottaen huomioon aaltokäyttäytymisen ja Saman hiukkasajan kuin elektronilla on, hän katsoi elektronien siirtyvän energiatasolta toiselle emittoimalla tai absorboimalla Energia.

Tiesitkö, että näitä kiertoratatasoja säätelee yhtälö 2n²Toisin sanoen elektronien enimmäismäärä kiertoradalla on yhtä suuri kuin kaksinkertainen neliö kiertoradan lukumäärästä. Tähän mennessä tunnetuille elementeille meillä on 7 tunnettua kiertorataa, joissa K-kiertoradalla on 2 elektronia, L, 8 elektronia; M: llä on 18 elektronia, N sisältää 32, O sisältää 50, P sisältää 72 ja Q sisältää 98.

Lisäksi oli havaittu, että elektronilla on neljä kvanttilukua: pää n, joka osoittaa niiden etäisyyden ytimestä; atsimutaalinen kvanttiluku l, joka osoittaa kiertoradan, jossa magneettinen kvanttiluku m sijaitsee (s, p, d, f jne.), joka määrittää sen liikeradan kiertoradalla ja pyörimisluvun s, joka voi olla positiivinen tai negatiivinen, arvon 1/2. Että kahdella samalla polulla olevalla elektronilla (samat numerot n ja l) ei voi olla sama magneettinen kvanttiluku tai sama pyörimisnumero samanaikaisesti. Eli kahdella atomin elektronilla ei voi olla kaikkiaan yhtä suuria kvanttilukuja (Paulin poissulkemisperiaate)

Tämä johti johtopäätökseen, että eri elektronien rinnakkain esiintymiselle samalla kiertoradan tasolla, tasoilla energia on jaettu alatasoihin, joista jokainen puolestaan ​​on jaettu orbitaaleihin, jotka voivat sisältää vain parin elektronit.

Tämän havainnon mukaan energiataso K sisältää vain yhden alatason, jota kutsutaan s-tasoksi, joka voi olla yhden tai kahden elektronin käytössä.

Seuraavalla tasolla L on neljä elektronista alatasoa: taso s, nimeltään 2s, ja taso nimeltä 2p, joka puolestaan ​​koostuu kolmesta kiertoradasta, nimeltään 2p_x, 2 s_Y ja 2p_z. Kolmannella tasolla on seuraavat alatasot: 3s, 3p ja 3d. 3d-alatasolla on 5 kiertorataa, joista kummallakin on kaksi elektronia. Seuraavilla tasoilla voi olla orbitaaleja, jotka lisätään kirjaimilla f, g, h ja i.

Tähän lisätään, että kun elektronit eivät riitä täydentämään energiatasoa, ne jakautuvat kiertoradoille. (Hundin sääntö).

Näitä alatasoja ja kiertoratoja ei täytetä satunnaisesti. Kiertoradoilla olevat elektronit on järjestetty täyttämällä ensin alemmat energiatasot ja sitten korkeammat energiatasot. Tämä on esitetty graafisesti, ja siksi sitä kutsutaan sahan tai lävistäjien säännöksi.

Aikaisempien sääntöjen mukaan jaksollisen taulukon 10 ensimmäisen elementin kiertoradat on esitetty seuraavasti:

H: 1s¹
Hän: 1s²
Li: 1s² , 2s¹
Ole: 1s² , 2s²
B: 1s² , 2s², 2 s¹ (1s² , 2s², [2 S_x¹)
C: 1 s² , 2s², 2 s² (1s² , 2s², [2 S_x¹, 2 s_Y¹])
N: 1 s² , 2s², 2 s³ (1s² , 2s², [2 S_x¹, 2 s_Y¹, 2 s_z¹])
O: 1 s² , 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])

Kuten näemme esimerkeistä, ensin täytetään vähemmän energiaa olevat tasot, jotka tässä tapauksessa ovat s-tasot ja sitten p-taso.

Voimme myös havaita, että tasojen kyllästyminen tapahtuu inertteillä kaasuilla heliumilla ja neonilla.

Monista jaksollisista taulukoista löydämme osana dataa energiatasojen elektronisen rakenteen ja Lyhyesti sanottuna suluissa on inertti elementti ennen elementtiä ja sitten loput tasot kiertoradat.

Esimerkiksi natriumin tapauksessa voimme nähdä sen olevan edustettuna jommallakummalla näistä kahdesta tavasta:

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

Jos nyt tarkastelemme alatasojen kaaviota, näemme esimerkiksi, että elementeissä, kuten kalium tai Kalsium, vaikka se on tasolla 4, ei vie 3d-alatasoa, koska sillä on enemmän energiaa kuin taso 4s. Joten Bohrin säännön mukaan tasot 4 varataan ensin, ennen 3d:

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

Orbitaalien järjestys Aufbau-periaatteen mukaisesti ja jonka voimme päätellä tarkkailemalla kaavion diagonaaleja, olisi seuraava:

1s², 2s², 2 s⁶, 3s², 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰, 5 Sivumäärä⁶, 6s², 4f¹⁴5 d¹⁰, 6p⁶, 7s²

Esimerkkejä Aufbau-periaatteesta

Joidenkin elementtien elektronisten tasojen esitys Aufbau-periaatteen mukaisesti:

Kyllä: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s², 3p² - [Ne], 3 s², 3p²
P: 1 s² , 2s², 2 s⁶, 3s², 3p⁴ - [Ne], 3 s², 3p⁴
Ar: P: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s², 3p⁶ - [Ne], 3 s², 3p⁶
V: 1 s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d³ - [Ar], 4s², 3d³
Usko: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d⁶ - [Ar], 4s², 3d⁶
Zn: 1 s² , 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: 1 s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s¹ - [Kr], 5 s¹
Sr: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s² - [Kr], 5 s²
Y: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹ - [Kr], 5 s², 4d¹
Zr: 1 s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d² - [Kr], 5 s², 4d²
Ag: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹ - [Kr], 5 s², 4d⁹
CD: 1 s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰ - [Kr], 5 s², 4d¹⁰
I: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹, 5 Sivumäärä⁵ - [Kr], 5 s², 4d⁹, 5 Sivumäärä⁵
Xe: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰, 5 Sivumäärä⁶ - [Kr], 5 s², 4d¹⁰, 5 Sivumäärä⁶
Cs: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹, 5 Sivumäärä⁶, 6s¹ - [Xe], 6 s¹
Ba: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰, 5 Sivumäärä⁶, 6s² - [Xe], 6 s²