דוגמה לעקרון AUFBAU

ה עקרון אופבאו (קומפוזיציה) הוא עיקרון של פיזיקה אטומית, אשר מסביר את סידור האלקטרונים במסלולם סביב גרעין האטום.

המחקרים השונים אודות טבעו ותצורתו של האטום, המאפשרים לנו להבין את מאפייניו, עברו מחקר של חוקרים רבים. בולטת ביניהם עבודתו של נילס בוהר, פיזיקאי דני, ששכלל את המודל האטומי שהציע ארנסט רתרפורד.

המודל שלו מכיל את המאפיינים הבאים: גרעין האטום תופס את המרכז ואילו האלקטרון מסתובב במסלולים מעגליים. כדי להסביר מדוע הוא לא מאבד אנרגיה במסלול המעגלי, ובהתחשב בתגליות התנהגות הגלים ו באותו זמן חלקיקים שיש לאלקטרונים, הוא חשב שאלקטרונים קופצים מרמת אנרגיה לאחרת, פולטים או סופגים אֵנֶרְגִיָה.

האם ידעת שרמות מסלול אלה נשלטות על ידי משוואה 2n²במילים אחרות, המספר המרבי של אלקטרונים במסלול שווה לכפל הריבוע ממספר המסלול. עבור היסודות הידועים עד היום, יש לנו 7 מסלולים ידועים, שבהם במסלול K יש 2 אלקטרונים, L, 8 אלקטרונים; ל- M 18 אלקטרונים, N מכיל 32, O מכיל 50, P מכיל 72 ו- Q מכיל 98.

נמצא כי לאלקטרונים יש ארבעה מספרים קוונטיים: העיקרי n, המציין את מרחקם מהגרעין; המספר הקוונטי האזימוטלי, l, המציין את המסלול בו נמצא מספר קוונטי מגנטי m (s, p, d, f וכו '), אשר קובע את מסלולו בתוך מסלול, ומספר הסיבוב, s, שיכול להיות חיובי או שלילי, עם ערך של 1/2. ששני אלקטרונים באותו נתיב (אותם מספרים n ו- l) אינם יכולים לקבל את אותו מספר קוונטי מגנטי או את אותו מספר סיבוב בו זמנית. כלומר, שני אלקטרונים באטום לא יכולים לכלול את כל ארבעת המספרים הקוונטיים השווים (עקרון אי הכללה של פאולי)

זה הביא למסקנה שכדי שאלקטרונים שונים יתקיימו במקביל באותה רמה מסלולית, הרמות אנרגטיקה מחולקת לרמות משנה, שכל אחת מהן מחולקת למסלולים שיכולים להכיל רק זוג של אלקטרונים.

על פי תצפית זו, רמת האנרגיה K מכילה רק תת-משנה אחת, הנקראת רמת s, אשר יכולה להיות תפוסה על ידי אלקטרונים אחד או שניים.

לרמה הבאה, L, יהיו ארבע מפלסים אלקטרוניים: רמה s, הנקראת 2s, ורמה הנקראת 2p, אשר בתורו מורכבת משלושה אורביטלים, הנקראים 2p._איקס, 2 עמ '_י ו- 2p_z. המפלס השלישי יכלול את תתי המשנה הבאות: 3s, 3p ו- 3d. ברמת המשנה התלת-ממדית יהיו 5 אורביטלים, שכל אחד מהם יהיה תפוס על ידי שני אלקטרונים. ברמות הבאות יכולות להיות אורביטלים שיתווספו, עם האותיות f, g, h ו- i.

לכך נוסיף שכאשר האלקטרונים אינם מספיקים להשלמת רמת אנרגיה, הם מופצים במסלולים. (הכלל של מאה).

רמות משנה ומסלולים אלה אינן מלאות באופן אקראי. האלקטרונים במסלולים מאורגנים על ידי מילוי רמות האנרגיה הנמוכות תחילה ואז רמות האנרגיה הגבוהות יותר. זה מיוצג בצורה גרפית, ומסיבה זו הוא נקרא שלטון המסור או האלכסונים.

על פי הכללים הקודמים, רמות המסלול של 10 האלמנטים הראשונים בטבלה המחזורית, מיוצגות באופן הבא:

H: 1s¹
הוא: 1s²
Li: 1s² , 2s¹
להיות: 1s² , 2s²
B: 1s² , 2s², 2 עמ '¹ (1 שניות² , 2s², [2 עמ '_איקס¹)
C: 1s² , 2s², 2 עמ '² (1 שניות² , 2s², [2 עמ '_איקס¹, 2 עמ '_י¹])
N: 1s² , 2s², 2 עמ '³ (1 שניות² , 2s², [2 עמ '_איקס¹, 2 עמ '_י¹, 2 עמ '_z¹])
O: 1s² , 2s², 2 עמ '⁴ (1 שניות² , 2s², [2 עמ '_איקס², 2 עמ '_י¹, 2 עמ '_z¹])
F: 1s² , 2s², 2 עמ '⁵ (1 שניות² , 2s², [2 עמ '_איקס², 2 עמ '_י², 2 עמ '_z¹])
Ne: 1s² , 2s², 2 עמ '⁶ (1 שניות² , 2s², [2 עמ '_איקס², 2 עמ '_י², 2 עמ '_z²])

כפי שאנו רואים בדוגמאות אלה, תחילה מתמלאים הרמות עם פחות אנרגיה, שבמקרה זה הן רמות s, ואז רמת p.

אנו יכולים גם לראות כי הרוויה של הרמות מתרחשת עם הגזים האינרטיים הליום והניאון.

בטבלאות מחזוריות רבות אנו מוצאים כחלק מהנתונים את המבנה האלקטרוני של רמות האנרגיה, ו בקיצור, אנו מוצאים בסוגריים את האלמנט האינרטי לפני האלמנט, ואז את שאר הרמות אורביטלים.

לדוגמה, במקרה של נתרן, אנו יכולים לראות אותו מיוצג באחת משתי הדרכים הבאות:

Na: 1s² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s¹
Na: [Ne], 3s¹

עכשיו, אם נסתכל על הגרף של תת-המשנה, נראה, למשל, באלמנטים כמו אשלגן או סידן, למרות היותו ברמה 4, לא יתפוס את תת המשנה התלת-ממדית, מכיוון שיש לו אנרגיה גבוהה מ- רמה 4s. אז על פי הכלל של בוהר, דרגה 4 תהיה תפוסה ראשונה, לפני 3:

K: 1s² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s² , 3p⁶, 4s¹ - [Ar], 4s¹
Ca: 1s² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s² , 3p⁶, 4s² - [Ar], 4s²
Sc: 1s² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s² , 3p⁶, 4s¹, 3d¹ - [Ar], 4s¹, 3d¹
Ti: 1s² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d² - [Ar], 4s², 3d²

רצף סדר האורביטלים על פי עקרון Aufbau וכי אנו יכולים להסיק על ידי התבוננות באלכסוני הגרף, יהיה הבא:

1s², 2s², 2 עמ '⁶, 3s², 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4 ד¹⁰, 5 עמ '⁶, 6s², 4f¹⁴, 5 ד¹⁰, 6p⁶, 7s²

דוגמאות לעיקרון Aufbau

ייצוג הרמות האלקטרוניות של כמה אלמנטים על פי עקרון Aufbau:

כן: 1 שניות² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s², 3p² - [Ne], 3s², 3p²
P: 1s² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s², 3p⁴ - [Ne], 3s², 3p⁴
Ar: P: 1s² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s², 3p⁶ - [Ne], 3s², 3p⁶
V: 1s² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d³ - [Ar], 4s², 3d³
אמונה: 1 שניות² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d⁶ - [Ar], 4s², 3d⁶
Zn: 1s² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰ - [Ar], 4s², 3d¹⁰
Ga: 1s² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p¹ - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p¹
Ge: 1s² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p² - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p²
Br: 1 שניות² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁵ - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p⁵
Kr: 1s² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶ - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p⁶
Rb: 1s² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s¹ - [Kr], 5s¹
סר: 1 שניות² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s² - [Kr], 5s²
Y: 1s² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4 ד¹ - [Kr], 5s², 4 ד¹
Zr: 1s² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4 ד² - [Kr], 5s², 4 ד²
Ag: 1s² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4 ד⁹ - [Kr], 5s², 4 ד⁹
Cd: 1s² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4 ד¹⁰ - [Kr], 5s², 4 ד¹⁰
אני: 1 שניות² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4 ד⁹, 5 עמ '⁵ - [Kr], 5s², 4 ד⁹, 5 עמ '⁵
Xe: 1s² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4 ד¹⁰, 5 עמ '⁶ - [Kr], 5s², 4 ד¹⁰, 5 עמ '⁶
Cs: 1s² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4 ד⁹, 5 עמ '⁶, 6s¹ - [Xe], 6s¹
Ba: 1s² , 2s², 2 עמ '⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4 ד¹⁰, 5 עמ '⁶, 6s² - [Xe], 6s²