Eksempel på AUFBAU-prinsipp

De aufbau-prinsippet (sammensetning) er et prinsipp for atomfysikk, som forklarer arrangementet av elektroner i banene rundt atomkjernen.

De forskjellige studiene på atomets natur og konfigurasjon, som lar oss forstå dets egenskaper, har vært gjenstand for studier av mange forskere. Bemerkelsesverdig blant dem er arbeidet til Niels Bohr, en dansk fysiker, som perfeksjonerte atommodellen foreslått av Ernest Rutherford.

Modellen hans har følgende egenskaper: Atomkjernen opptar sentrum, mens elektronet roterer rundt i sirkulære baner. For å forklare hvorfor det ikke mister energi i den sirkulære banen, og ta hensyn til funnene av bølgefunksjonen og samme partikeltid som elektroner har, mente han at elektroner hopper fra energinivå til et annet, avgir eller absorberer Energi.

Visste du at disse orbitale nivåene styres av ligningen 2n²Med andre ord er det maksimale antallet elektroner i en bane lik det dobbelte av kvadratet av antallet bane. For elementene som hittil er kjent, har vi 7 kjente baner der K-banen har 2 elektroner, L, 8 elektroner; M har 18 elektroner, N inneholder 32, O inneholder 50, P inneholder 72, og Q inneholder 98.

Det hadde også blitt oppdaget at elektroner har fire kvantetall: hovedstolen n, som indikerer deres avstand fra kjernen; det azimutale kvantetallet, l, som indikerer banen der et magnetisk kvantetall m er lokalisert (s, p, d, f, etc), som bestemmer sin bane i en bane, og et antall spinn, av sving, s, som kan være positive eller negative, med verdien 1/2. At to elektroner i samme bane (samme tall n og l) ikke kan ha det samme magnetiske kvantetallet eller det samme spinnnummeret samtidig. Det vil si at to elektroner i et atom ikke kan ha alle fire like kvantetall (Pauli-ekskluderingsprinsipp)

Dette førte til den konklusjonen at for forskjellige elektroner å eksistere på samme bane nivå, nivåene energetikk er delt inn i undernivåer, som hver er delt inn i orbitaler som bare kan inneholde et par elektroner.

I følge denne observasjonen inneholder energinivået K bare ett undernivå, kalt s-nivå, som kan okkuperes av en eller to elektroner.

Neste nivå, L, vil ha fire elektroniske undernivåer: et nivå s, kalt 2s, og et nivå kalt 2p, som igjen består av tre orbitaler, kalt 2p_x, 2 s_Y og 2p_z. Det tredje nivået vil ha følgende undernivåer: 3s, 3p og 3d. 3D-undernivået vil ha 5 orbitaler, som hver vil bli okkupert av to elektroner. Følgende nivåer kan ha orbitaler som vil bli lagt til, med bokstavene f, g, h og i.

Til dette legger vi til at når elektronene ikke er nok til å fullføre et energinivå, fordeles de i orbitalene. (Hunds regel).

Disse undernivåene og orbitalene fylles ikke tilfeldig. Elektronene i banene er organisert ved å fylle de lavere energinivåene først og deretter de høyere energinivåene. Dette er representert grafisk, og av den grunn kalles det regelen for sagen eller diagonalene.

I henhold til de forrige reglene, er orbitalnivåene til de ti første elementene i det periodiske systemet representert på følgende måte:

H: 1s¹
Han: 1s²
Li: 1s² , 2s¹
Vær: 1s² , 2s²
B: 1s² , 2s², 2 s¹ (1s² , 2s², [2 s_x¹)
C: 1s² , 2s², 2 s² (1s² , 2s², [2 s_x¹, 2 s_Y¹])
N: 1s² , 2s², 2 s³ (1s² , 2s², [2 s_x¹, 2 s_Y¹, 2 s_z¹])
O: 1s² , 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])

Som vi kan se i disse eksemplene, fylles nivåene med mindre energi først, som i dette tilfellet er s-nivåene, og deretter p-nivået.

Vi kan også observere at metningen av nivåene skjer med de inerte gassene Helium og Neon.

I mange periodiske tabeller finner vi som en del av dataene den elektroniske strukturen til energinivåene, og For kort sagt finner vi i parentes det inerte elementet før elementet, og deretter resten av nivåene orbitaler.

For eksempel, når det gjelder natrium, kan vi se det representert på en av disse to måtene:

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

Nå, hvis vi ser på grafen til undernivåene, vil vi for eksempel se at i elementer som Kalium eller Til tross for at det er på nivå 4, vil kalsium ikke okkupere det tredje undernivået, siden det har høyere energi enn nivå 4s. I følge Bohrs regel vil nivå 4s bli okkupert først, før 3d:

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

Rekkefølgen av ordenes orden i henhold til Aufbau-prinsippet og som vi kan utlede ved å observere diagonalene i grafen, vil være følgende:

1s², 2s², 2 s⁶, 3s², 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰, 5 s⁶, 6s², 4f¹⁴, 5 d¹⁰, 6p⁶, 7s²

Eksempler på Aufbau-prinsippet

Representasjon av de elektroniske nivåene til noen elementer i henhold til Aufbau-prinsippet:

Ja: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s², 3p² - [Ne], 3s², 3p²
P: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s², 3p⁴ - [Ne], 3s², 3p⁴
Ar: P: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s², 3p⁶ - [Ne], 3s², 3p⁶
V: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d³ - [Ar], 4s², 3d³
Tro: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d⁶ - [Ar], 4s², 3d⁶
Zn: 1s² , 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: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s¹ - [Kr], 5s¹
Sr: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s² - [Kr], 5s²
Y: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹ - [Kr], 5s², 4d¹
Zr: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d² - [Kr], 5s², 4d²
Ag: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹ - [Kr], 5s², 4d⁹
Cd: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰ - [Kr], 5s², 4d¹⁰
Jeg: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹, 5 s⁵ - [Kr], 5s², 4d⁹, 5 s⁵
Xe: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰, 5 s⁶ - [Kr], 5s², 4d¹⁰, 5 s⁶
Cs: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹, 5 s⁶, 6s¹ - [Xe], 6s¹
Ba: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰, 5 s⁶, 6s² - [Xe], 6s²