Пример принципа AUFBAU

В принцип aufbau (состав) - это принцип атомной физики, который объясняет расположение электронов на их орбитах вокруг ядра атома.

Различные исследования природы и конфигурации атома, которые позволяют нам понять его характеристики, были предметом изучения многих исследователей. Среди них следует отметить работу датского физика Нильса Бора, который усовершенствовал атомную модель, предложенную Эрнестом Резерфордом.

Его модель имеет следующие характеристики: ядро ​​атома занимает центр, а электрон вращается по круговым орбитам. Чтобы объяснить, почему он не теряет энергию на круговой орбите, и принимая во внимание открытия волнового поведения и то же время частицы, что и электроны, он считал, что электроны прыгают с энергетического уровня на другой, испуская или поглощая Энергия.

Знаете ли вы, что эти орбитальные уровни управляются уравнением 2n²Другими словами, максимальное количество электронов на орбите равно удвоенному квадрату номера орбиты. Для элементов, известных на сегодняшний день, у нас есть 7 известных орбит, в которых K-орбита имеет 2 электрона, L - 8 электронов; M имеет 18 электронов, N содержит 32, O содержит 50, P содержит 72, а Q содержит 98.

Также было обнаружено, что электроны имеют четыре квантовых числа: главное n, которое указывает их расстояние от ядра; азимутальное квантовое число l, которое указывает орбиталь, на которой находится магнитное квантовое число m (s, p, d, f и т. д.), определяет его траекторию в пределах орбитали, а число вращения s, которое может быть положительным или отрицательным, со значением 1/2. Что два электрона на одном пути (одинаковые числа n и l) не могут иметь одно и то же магнитное квантовое число или одно и то же число спина в одно и то же время. То есть два электрона в атоме не могут иметь все четыре равных квантовых числа (принцип исключения Паули).

Это привело к выводу, что для сосуществования разных электронов на одном орбитальном уровне уровни энергетика делится на подуровни, каждый из которых, в свою очередь, делится на орбитали, которые могут содержать только пару электроны.

Согласно этому наблюдению, энергетический уровень K содержит только один подуровень, называемый s-уровнем, который может быть занят одним или двумя электронами.

Следующий уровень, L, будет иметь четыре электронных подуровня: уровень s, называемый 2s, и уровень, называемый 2p, который, в свою очередь, состоит из трех орбиталей, называемых 2p._Икс, 2 П_Y и 2p_z. На третьем уровне будут следующие подуровни: 3s, 3p и 3d. На 3-м подуровне будет 5 орбиталей, каждая из которых будет занята двумя электронами. На следующих уровнях могут быть добавлены орбитали с буквами f, g, h и i.

К этому мы добавляем, что когда электронов недостаточно для завершения энергетического уровня, они распределяются по орбиталям. (Правило Хунда).

Эти подуровни и орбитали не заполнены случайным образом. Электроны на орбитах организованы, заполняя сначала более низкие энергетические уровни, а затем более высокие энергетические уровни. Это представлено графически и по этой причине называется правилом пилы или диагоналей.

Согласно предыдущим правилам, орбитальные уровни первых 10 элементов таблицы Менделеева представлены следующим образом:

H: 1 с¹
Он: 1с²
Ли: 1 с² , 2 с¹
Быть: 1 с² , 2 с²
B: 1 с² , 2 с², 2 П¹ (1 с² , 2 с², [2 P_Икс¹)
C: 1 с² , 2 с², 2 П² (1 с² , 2 с², [2 P_Икс¹, 2 П_Y¹])
N: 1 с² , 2 с², 2 П³ (1 с² , 2 с², [2 P_Икс¹, 2 П_Y¹, 2 П_z¹])
O: 1 с² , 2 с², 2 П⁴ (1 с² , 2 с², [2 P_Икс², 2 П_Y¹, 2 П_z¹])
F: 1 с² , 2 с², 2 П⁵ (1 с² , 2 с², [2 P_Икс², 2 П_Y², 2 П_z¹])
Ne: 1 с² , 2 с², 2 П⁶ (1 с² , 2 с², [2 P_Икс², 2 П_Y², 2 П_z²])

Как мы видим в этих примерах, сначала заполняются уровни с меньшей энергией, которыми в данном случае являются уровни s, а затем уровень p.

Мы также можем наблюдать, что насыщение уровней происходит инертными газами гелием и неоном.

Во многих периодических таблицах мы находим как часть данных электронную структуру уровней энергии, и Для краткости мы находим в круглых скобках инертный элемент перед элементом, а затем остальные уровни. орбитали.

Например, в случае натрия мы можем представить его двумя способами:

Na: 1 с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с¹
Na: [Ne], 3 с.¹

Теперь, если мы посмотрим на график подуровней, мы увидим, например, что в элементах, таких как Калий или Кальций, несмотря на то, что он находится на уровне 4, не будет занимать 3-й подуровень, поскольку он имеет более высокую энергию, чем уровень 4. Итак, согласно правилу Бора, первым будет занят уровень 4, до 3-го:

K: 1 с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с² , 3п⁶, 4с¹ - [Ar], 4с¹
Ca: 1 с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с² , 3п⁶, 4с² - [Ar], 4с²
Сбн: 1с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с² , 3п⁶, 4с¹, 3д¹ - [Ar], 4с¹, 3д¹
Ti: 1 с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с² , 3п⁶, 4с², 3д² - [Ar], 4с², 3д²

Последовательность порядка орбиталей в соответствии с принципом Ауфбау, которую мы можем вывести, наблюдая диагонали графика, будет следующей:

1 с², 2 с², 2 П⁶, 3 с², 3п⁶, 4с², 3д¹⁰, 4п⁶, 5сек², 4д¹⁰, 5 п.⁶, 6с², 4ж¹⁴, 5 дн.¹⁰, 6п⁶, 7сек²

Примеры принципа Ауфбау

Представление электронных уровней некоторых элементов по принципу Aufbau:

Да: 1 с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с², 3п² - [Ne], 3 с², 3п²
P: 1 с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с², 3п⁴ - [Ne], 3 с², 3п⁴
Ar: P: 1 с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с², 3п⁶ - [Ne], 3 с², 3п⁶
V: 1 с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с² , 3п⁶, 4с², 3д³ - [Ar], 4с², 3д³
Вера: 1 сек.² , 2 с², 2 П⁶, 3 с² , 3п⁶, 4с², 3д⁶ - [Ar], 4с², 3д⁶
Zn: 1 с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с² , 3п⁶, 4с², 3д¹⁰ - [Ar], 4с², 3д¹⁰
Ga: 1 с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с² , 3п⁶, 4с², 3д¹⁰, 4п¹ - [Ar], 4с², 3д¹⁰, 4п¹
Ge: 1 с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с² , 3п⁶, 4с², 3д¹⁰, 4п² - [Ar], 4с², 3д¹⁰, 4п²
Br: 1 с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с² , 3п⁶, 4с², 3д¹⁰, 4п⁵ - [Ar], 4с², 3д¹⁰, 4п⁵
Kr: 1с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с² , 3п⁶, 4с², 3д¹⁰, 4п⁶ - [Ar], 4с², 3д¹⁰, 4п⁶
Rb: 1 с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с² , 3п⁶, 4с², 3д¹⁰, 4п⁶, 5сек¹ - [Кр], 5с¹
Sr: 1 с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с² , 3п⁶, 4с², 3д¹⁰, 4п⁶, 5сек² - [Кр], 5с²
Г: 1 с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с² , 3п⁶, 4с², 3д¹⁰, 4п⁶, 5сек², 4д¹ - [Кр], 5с², 4д¹
Zr: 1 с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с² , 3п⁶, 4с², 3д¹⁰, 4п⁶, 5сек², 4д² - [Кр], 5с², 4д²
Ag: 1 с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с² , 3п⁶, 4с², 3д¹⁰, 4п⁶, 5сек², 4д⁹ - [Кр], 5с², 4д⁹
Кд: 1с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с² , 3п⁶, 4с², 3д¹⁰, 4п⁶, 5сек², 4д¹⁰ - [Кр], 5с², 4д¹⁰
I: 1 с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с² , 3п⁶, 4с², 3д¹⁰, 4п⁶, 5сек², 4д⁹, 5 п.⁵ - [Кр], 5с², 4д⁹, 5 п.⁵
Xe: 1 с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с² , 3п⁶, 4с², 3д¹⁰, 4п⁶, 5сек², 4д¹⁰, 5 п.⁶ - [Кр], 5с², 4д¹⁰, 5 п.⁶
Cs: 1 с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с² , 3п⁶, 4с², 3д¹⁰, 4п⁶, 5сек², 4д⁹, 5 п.⁶, 6с¹ - [Xe], 6 с¹
Ba: 1 с² , 2 с², 2 П⁶, 3 с² , 3п⁶, 4с², 3д¹⁰, 4п⁶, 5сек², 4д¹⁰, 5 п.⁶, 6с² - [Xe], 6 с²