Voorbeeld van het AUFBAU-principe

De aufbau-principe (compositie) is een principe van de atoomfysica, dat: verklaart de rangschikking van elektronen in hun banen rond de kern van het atoom.

De verschillende onderzoeken naar de aard en configuratie van het atoom, die ons in staat stellen de kenmerken ervan te begrijpen, zijn door veel onderzoekers bestudeerd. Opmerkelijk onder hen is het werk van Niels Bohr, een Deense natuurkundige, die het door Ernest Rutherford voorgestelde atoommodel perfectioneerde.

Zijn model heeft de volgende kenmerken: de kern van het atoom bezet het centrum, terwijl het elektron in cirkelvormige banen ronddraait. Om uit te leggen waarom het geen energie verliest in de cirkelvormige baan, en rekening houdend met de ontdekkingen van het golfgedrag en de dezelfde deeltjestijd als elektronen hebben, was hij van mening dat elektronen van energieniveau naar een ander springen, uitzenden of absorberen Energie.

Wist je dat deze orbitale niveaus worden bepaald door de vergelijking 2n²Met andere woorden, het maximale aantal elektronen in een baan is gelijk aan tweemaal het kwadraat van het aantal van de baan. Voor de tot nu toe bekende elementen hebben we 7 bekende banen, waarin de K-baan 2 elektronen heeft, de L, 8 elektronen; M heeft 18 elektronen, N bevat 32, O bevat 50, P bevat 72 en Q bevat 98.

Er was ook ontdekt dat elektronen vier kwantumgetallen hebben: de hoofdsom n, die hun afstand tot de kern aangeeft; het azimutale kwantumgetal, l, dat de orbitaal aangeeft waarin een magnetisch kwantumgetal m zich bevindt (s, p, d, f, enz.), dat bepaalt zijn baan binnen een orbitaal, en een spingetal, s, dat positief of negatief kan zijn, met een waarde van 1/2. Dat twee elektronen in hetzelfde pad (dezelfde getallen n en l) niet tegelijkertijd hetzelfde magnetische kwantumgetal of hetzelfde spingetal kunnen hebben. Dat wil zeggen, twee elektronen in een atoom kunnen niet alle vier gelijke kwantumgetallen hebben (Pauli-uitsluitingsprincipe)

Dit leidde tot de conclusie dat, om verschillende elektronen op hetzelfde orbitale niveau naast elkaar te laten bestaan, de niveaus energieën zijn onderverdeeld in subniveaus, die elk op hun beurt zijn onderverdeeld in orbitalen die slechts een paar. kunnen bevatten elektronen.

Volgens deze waarneming bevat het energieniveau K slechts één subniveau, het s-niveau genaamd, dat kan worden ingenomen door een of twee elektronen.

Het volgende niveau, L, zal vier elektronische subniveaus hebben: een niveau s, genaamd 2s, en een niveau genaamd 2p, dat op zijn beurt bestaat uit drie orbitalen, genaamd 2p_X, 2 P_Y en 2p_z. Het derde niveau zal de volgende subniveaus hebben: 3s, 3p en 3d. Het 3D-subniveau zal 5 orbitalen hebben, die elk worden ingenomen door twee elektronen. De volgende niveaus kunnen orbitalen hebben die worden toegevoegd, met de letters f, g, h en i.

Hieraan voegen we toe dat wanneer de elektronen niet genoeg zijn om een ​​energieniveau te voltooien, ze worden verdeeld in de orbitalen. (Hunds regel).

Deze subniveaus en orbitalen worden niet willekeurig gevuld. De elektronen in de banen worden georganiseerd door eerst de lagere energieniveaus te vullen en daarna de hogere energieniveaus. Dit wordt grafisch weergegeven en wordt daarom de regel van de zaag of van de diagonalen genoemd.

Volgens de vorige regels, de orbitale niveaus van de eerste 10 elementen van het periodiek systeem, weergegeven op de volgende manier:

H: 1s¹
Hij: 1s²
Li: 1s² , 2s¹
Wees: 1s² , 2s²
B: 1s² , 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])
V: 1s² , 2s²,2 P⁵ (1s² , 2s²,[2 P_X²,2 P_Y²,2 P_z¹])
Nee: 1s² , 2s²,2 P⁶ (1s² , 2s²,[2 P_X²,2 P_Y²,2 P_z²])

Zoals we in deze voorbeelden zien, worden eerst de niveaus met minder energie gevuld, in dit geval de s-niveaus, en dan het p-niveau.

We kunnen ook waarnemen dat de verzadiging van de niveaus optreedt met de inerte gassen Helium en Neon.

In veel periodieke tabellen vinden we als onderdeel van de gegevens de elektronische structuur van de energieniveaus, en Kortom, we vinden tussen haakjes het inerte element voorafgaand aan het element, en dan de rest van de niveaus orbitalen.

In het geval van natrium kunnen we het bijvoorbeeld op een van deze twee manieren zien:

Na: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s¹
Na: [Ne], 3s¹

Als we nu naar de grafiek van de subniveaus kijken, zien we bijvoorbeeld dat in elementen, zoals Kalium of Calcium, ondanks dat het op niveau 4 is, zal het 3D-subniveau niet bezetten, omdat het een hogere energie heeft dan niveau 4s. Dus volgens de regel van Bohr wordt niveau 4s eerst bezet, vóór 3d:

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

De volgorde van de orde van de orbitalen volgens het Aufbau-principe en die we kunnen afleiden door de diagonalen van de grafiek te observeren, zou de volgende zijn:

1s², 2s²,2 P⁶, 3s², 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰,5 p⁶, 6s², 4f¹⁴,5 dagen¹⁰, 6p⁶, 7s²

Voorbeelden van het Aufbau-principe

Weergave van de elektronische waterpassen van sommige elementen volgens het Aufbau-principe:

Ja: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s², 3p² - [Nee], 3s², 3p²
P: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s², 3p⁴ - [Nee], 3s², 3p⁴
Ar: P: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s², 3p⁶ - [Nee], 3s², 3p⁶
V: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d³ - [Ar], 4s², 3d³
Geloof: 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: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s¹ - [Kr], 5s¹
Sr: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s² - [Kr], 5s²
J: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹ - [Kr], 5s², 4d¹
Zr: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d² - [Kr], 5s², 4d²
Leeftijd: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹ - [Kr], 5s², 4d⁹
cd: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰ - [Kr], 5s², 4d¹⁰
ik: 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