Példa AUFBAU elvre

A aufbau elv (összetétel) az atomfizika alapelve, amely elmagyarázza az elektronok elrendeződését az atom mag körüli pályájukon.

Az atom természetével és konfigurációjával kapcsolatos különféle tanulmányok, amelyek lehetővé teszik számunkra annak jellemzőinek megértését, számos kutató tanulmányozta. Figyelemre méltó Niels Bohr dán fizikus munkája, aki tökéletesítette az Ernest Rutherford által javasolt atommodellt.

Modelljének a következő jellemzői vannak: az atom magja foglalja el a középpontot, míg az elektron kör alakú pályákon forog. Megmagyarázni, miért nem veszít energiát a körpályán, és figyelembe véve a hullám viselkedésének és a ugyanolyan részecske idővel rendelkezik, mint az elektronok, úgy vélte, hogy az elektronok energia szintről a másikra ugranak, emittálva vagy elnyelve Energia.

Tudta, hogy ezeket az orbitális szinteket a 2n egyenlet szabályozza²Más szavakkal, az elektronok maximális száma egy pályán megegyezik a pálya számának négyzetével. A mai napig ismert elemek esetében 7 ismert pályánk van, amelyekben a K pályának 2 elektronja van, az L-nek 8 elektronja van; M-nek 18 elektronja van, N-nél 32, O-n 50, P-n 72 és Q-n 98 van.

Azt is felfedezték, hogy az elektronoknak négy kvantumszáma van: a fő n, amely jelzi a magtól való távolságukat; az azimutális kvantumszám, l, amely azt a pályát jelöli, amelyben az m mágneses kvantumszám található (s, p, d, f stb.), amely meghatározza a pályáját egy pályán belül, és egy olyan spin számot, amely pozitív vagy negatív lehet, értéke: 1/2. Hogy ugyanazon az úton két elektron (ugyanazok az n és l számok) nem rendelkezhetnek egyszerre ugyanazzal a mágneses kvantumszámmal vagy ugyanazzal a spin számmal. Vagyis egy atom két elektronjának nem lehet mind a négy egyenlő kvantumszáma (Pauli kizárási elv)

Ez arra a következtetésre vezetett, hogy a különböző elektronok egymás mellett léteznek ugyanazon pályapályán, a szintek az energetika alszintekre oszlik, amelyek mindegyike pedig olyan pályákra oszlik, amelyek csak párat tartalmazhatnak elektronok.

E megfigyelés szerint a K energiaszint csak egy alszintet tartalmaz, az úgynevezett s szintet, amelyet egy vagy két elektron foglalhat el.

A következő szintnek, az L-nek négy elektronikus alszintje lesz: egy 2s-nek nevezett s szint és egy 2p nevű szint, amely viszont három, 2p-nek nevezett pályáról áll_x, 2 P_Y és 2p_z. A harmadik szintnek a következő alszintjei lesznek: 3s, 3p és 3d. A 3d alszintnek 5 pályája lesz, mindegyiket két elektron foglalja el. A következő szintek tartalmazhatnak olyan pályákat, amelyek összeadódnak, f, g, h és i betűkkel.

Ehhez hozzátesszük, hogy amikor az elektronok nem elegendőek egy energiaszint teljesítéséhez, eloszlanak a pályákon. (Hund szabálya).

Ezek az alszintek és pályák nincsenek véletlenszerűen kitöltve. A pályákon lévő elektronok úgy szerveződnek, hogy először az alacsonyabb, majd a magasabb energiaszinteket töltik fel. Ezt grafikusan ábrázolják, és ezért a fűrész vagy az átló szabályának nevezik.

A korábbi szabályok szerint a periódusos rendszer első 10 elemének keringési szintje a következőképpen jelenik meg:

H: 1s¹
Ő: 1s²
Li: 1s² , 2s¹
Legyen: 1s² , 2s²
B: 1 s² , 2s², 2 P¹ (1s² , 2s², [2 P_x¹)
C: 1s² , 2s², 2 P² (1s² , 2s², [2 P_x¹, 2 P_Y¹])
N: 1s² , 2s², 2 P³ (1s² , 2s², [2 P_x¹, 2 P_Y¹, 2 P_z¹])
O: 1s² , 2s², 2 P⁴ (1s² , 2s², [2 P_x², 2 P_Y¹, 2 P_z¹])
F: 1 s² , 2s², 2 P⁵ (1s² , 2s², [2 P_x², 2 P_Y², 2 P_z¹])
Ne: 1s² , 2s², 2 P⁶ (1s² , 2s², [2 P_x², 2 P_Y², 2 P_z²])

Amint ezeken a példákon láthatjuk, először a kevesebb energiájú szintek töltődnek be, amelyek ebben az esetben az s szintek, majd a p szintek.

Megfigyelhetjük azt is, hogy a szintek telítettsége a Hélium és a Neon inert gázokkal történik.

Számos periódusos táblázatban az adatok részeként megtaláljuk az energiaszintek elektronikus szerkezetét, és Röviden, zárójelben találjuk az elem előtti inert elemet, majd a többi szintet pályák.

Például a nátrium esetében láthatjuk, hogy a kétféle módon ábrázolják:

Na: 1 s² , 2s², 2 P⁶, 3s¹
Na: [Ne], 3s¹

Most, ha megnézzük az alszintek grafikonját, látni fogjuk például, hogy olyan elemekben, mint a kálium vagy A kalcium annak ellenére, hogy a 4. szinten van, nem foglalja el a 3d alszintet, mivel nagyobb energiával rendelkezik, mint 4. szint. Tehát Bohr szabálya szerint a 4-es szinteket foglalják el először, 3d előtt:

K: 1 s² , 2s², 2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s¹ - [Ar], 4s¹
Ca: 1s² , 2s², 2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s² - [Ar], 4s²
Sc: 1 s² , 2s², 2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s¹, 3d¹ - [Ar], 4s¹, 3d¹
Ti: 1 s² , 2s², 2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d² - [Ar], 4s², 3d²

A pályák sorrendje az Aufbau elv szerint, és amelyre a grafikon átlóinak megfigyelésével következtethetünk, a következő lenne:

1s², 2s², 2 P⁶, 3s², 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰, 5 p⁶, 6s², 4f¹⁴, 5 d¹⁰, 6p⁶, 7s²

Példák az Aufbau elvre

Egyes elemek elektronikus szintjeinek ábrázolása az Aufbau elv szerint:

Igen: 1s² , 2s², 2 P⁶, 3s², 3p² - [Ne], 3 s², 3p²
P: 1 s² , 2s², 2 P⁶, 3s², 3p⁴ - [Ne], 3 s², 3p⁴
Ar: P: 1 s² , 2s², 2 P⁶, 3s², 3p⁶ - [Ne], 3 s², 3p⁶
V: 1 s² , 2s², 2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d³ - [Ar], 4s², 3d³
Hit: 1s² , 2s², 2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d⁶ - [Ar], 4s², 3d⁶
Zn: 1s² , 2s², 2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰ - [Ar], 4s², 3d¹⁰
Ga: 1s² , 2s², 2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p¹ - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p¹
Ge: 1s² , 2s², 2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p² - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p²
Br: 1s² , 2s², 2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁵ - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p⁵
Kr: 1s² , 2s², 2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶ - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p⁶
Rb: 1 s² , 2s², 2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s¹ - [Kr], 5s¹
Sr: 1 s² , 2s², 2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s² - [Kr], 5s²
Y: 1 s² , 2s², 2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹ - [Kr], 5s², 4d¹
Zr: 1 s² , 2s², 2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d² - [Kr], 5s², 4d²
Ag: 1s² , 2s², 2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹ - [Kr], 5s², 4d⁹
Cd: 1 s² , 2s², 2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰ - [Kr], 5s², 4d¹⁰
I: 1s² , 2s², 2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹, 5 p⁵ - [Kr], 5s², 4d⁹, 5 p⁵
Xe: 1s² , 2s², 2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰, 5 p⁶ - [Kr], 5s², 4d¹⁰, 5 p⁶
Cs: 1s² , 2s², 2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹, 5 p⁶, 6s¹ - [Xe], 6s¹
Ba: 1s² , 2s², 2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰, 5 p⁶, 6s² - [Xe], 6s²