ตัวอย่างหลักการ AUFBAU

หลักการ aufbau (องค์ประกอบ) เป็นหลักการของฟิสิกส์อะตอมซึ่ง อธิบายการจัดเรียงอิเล็กตรอนในวงโคจรรอบนิวเคลียสของอะตอม of.

การศึกษาต่างๆ เกี่ยวกับธรรมชาติและโครงร่างของอะตอม ซึ่งช่วยให้เราเข้าใจลักษณะของอะตอม เป็นเรื่องของการศึกษาวิจัยโดยนักวิจัยหลายคน ผลงานที่โดดเด่นในหมู่พวกเขาคือผลงานของ Niels Bohr นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก ผู้ซึ่งสร้างแบบจำลองอะตอมที่สมบูรณ์แบบซึ่งเสนอโดย Ernest Rutherford

แบบจำลองของเขามีลักษณะเฉพาะดังต่อไปนี้: นิวเคลียสของอะตอมอยู่ตรงกลาง ในขณะที่อิเล็กตรอนหมุนไปรอบ ๆ เป็นวงโคจรเป็นวงกลม เพื่ออธิบายว่าเหตุใดจึงไม่สูญเสียพลังงานในวงโคจรเป็นวงกลม และคำนึงถึงการค้นพบพฤติกรรมคลื่นและ เวลาอนุภาคเดียวกับที่อิเล็กตรอนมี เขาคิดว่าอิเล็กตรอนกระโดดจากระดับพลังงานไปยังอีกระดับหนึ่ง ปล่อยหรือดูดซับ พลังงาน.

คุณรู้หรือไม่ว่าระดับการโคจรเหล่านี้ควบคุมโดยสมการ 2n²กล่าวอีกนัยหนึ่ง จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในวงโคจรเท่ากับสองเท่าของจำนวนวงโคจร สำหรับองค์ประกอบที่รู้จักในปัจจุบัน เรามี 7 วงโคจรที่รู้จัก โดยที่วงโคจร K มี 2 อิเล็กตรอน คือ L และ 8 อิเล็กตรอน M มี 18 อิเล็กตรอน N มี 32 O มี 50 P มี 72 และ Q มี 98

นอกจากนี้ยังพบว่าอิเล็กตรอนมีเลขควอนตัมสี่ตัว: ตัวการ n ซึ่งระบุระยะห่างจากนิวเคลียส หมายเลขควอนตัม azimuthal l ซึ่งระบุวงโคจรที่มีหมายเลขควอนตัมแม่เหล็ก m ตั้งอยู่ (s, p, d, f, ฯลฯ ) ซึ่ง กำหนดวิถีของมันภายในวงโคจรและจำนวนการหมุน s ซึ่งสามารถเป็นบวกหรือลบด้วยค่าของ 1/2. อิเล็กตรอนสองตัวนั้นในเส้นทางเดียวกัน (หมายเลข n และ l เดียวกัน) ไม่สามารถมีเลขควอนตัมแม่เหล็กหรือหมายเลขการหมุนเดียวกันในเวลาเดียวกันได้ นั่นคือ อิเล็กตรอนสองตัวในอะตอมไม่สามารถมีเลขควอนตัมเท่ากันทั้งสี่ตัวได้ (หลักการกีดกันของ Pauli)

สิ่งนี้นำไปสู่ข้อสรุปว่าสำหรับอิเล็กตรอนต่าง ๆ จะอยู่ร่วมกันที่ระดับการโคจรเดียวกัน ระดับ พลังงานแบ่งออกเป็นระดับย่อยซึ่งแต่ละระดับจะแบ่งออกเป็นออร์บิทัลที่สามารถบรรจุได้เพียงคู่เดียว อิเล็กตรอน

จากการสังเกตนี้ ระดับพลังงาน K มีเพียงหนึ่งระดับย่อยที่เรียกว่าระดับ s ซึ่งสามารถครอบครองโดยอิเล็กตรอนหนึ่งหรือสองตัว

ระดับถัดไป L จะมีสี่ระดับย่อยทางอิเล็กทรอนิกส์: ระดับ s เรียกว่า 2s และระดับที่เรียกว่า 2p ซึ่งจะประกอบด้วยสามออร์บิทัลเรียกว่า 2p_x, 2 ป_Y และ 2p_z. ระดับที่สามจะมีระดับย่อยต่อไปนี้: 3s, 3p และ 3d ระดับย่อย 3 มิติจะมี 5 ออร์บิทัล ซึ่งแต่ละออร์บิทัลจะถูกครอบครองโดยอิเล็กตรอนสองตัว ระดับต่อไปนี้สามารถมี orbitals ที่จะเพิ่มด้วยตัวอักษร f, g, h และ i

ในการนี้ เราเสริมว่าเมื่ออิเล็กตรอนไม่เพียงพอที่จะทำให้ระดับพลังงานสมบูรณ์ พวกมันจะถูกกระจายในออร์บิทัล (กฎของฮันด์).

ระดับย่อยและออร์บิทัลเหล่านี้ไม่ได้ถูกเติมแบบสุ่ม อิเล็กตรอนในวงโคจรถูกจัดระเบียบโดยการเติมระดับพลังงานที่ต่ำกว่าก่อนแล้วจึงเพิ่มระดับพลังงานที่สูงขึ้น สิ่งนี้แสดงเป็นภาพกราฟิก และด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่ากฎของเลื่อยหรือเส้นทแยงมุม

ตามกฎก่อนหน้านี้ ระดับการโคจรขององค์ประกอบ 10 ตัวแรกของตารางธาตุจะแสดงในลักษณะต่อไปนี้:

H: 1s¹
เขา: 1s²
Li: 1s² , 2วินาที¹
เป็น: 1s² , 2วินาที²
B: 1s² , 2วินาที²,2 ป¹ (1s² , 2วินาที²,[2 ปี_x¹)
C: 1s² , 2วินาที²,2 ป² (1s² , 2วินาที²,[2 ปี_x¹,2 ป_Y¹])
N: 1s² , 2วินาที²,2 ป³ (1s² , 2วินาที²,[2 ปี_x¹,2 ป_Y¹,2 ป_z¹])
O: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁴ (1s² , 2วินาที²,[2 ปี_x²,2 ป_Y¹,2 ป_z¹])
F: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁵ (1s² , 2วินาที²,[2 ปี_x²,2 ป_Y²,2 ป_z¹])
Ne: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶ (1s² , 2วินาที²,[2 ปี_x²,2 ป_Y²,2 ป_z²])

ดังที่เราเห็นในตัวอย่างเหล่านี้ ขั้นแรกให้เติมระดับที่มีพลังงานน้อยกว่า ซึ่งในกรณีนี้คือระดับ s และระดับ p

นอกจากนี้เรายังสามารถสังเกตได้ว่าความอิ่มตัวของระดับเกิดขึ้นกับก๊าซเฉื่อยฮีเลียมและนีออน

ในตารางธาตุหลายๆ ตารางธาตุ เราพบว่าเป็นส่วนหนึ่งของข้อมูล โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของระดับพลังงาน และ โดยย่อ เราพบองค์ประกอบเฉื่อยก่อนองค์ประกอบ จากนั้นในวงเล็บที่เหลือของระดับ ออร์บิทัล

ตัวอย่างเช่น ในกรณีของโซเดียม เราจะเห็นได้จากสองวิธีต่อไปนี้:

นา: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s¹
นา: [เน่], 3s¹

ทีนี้ ถ้าเราดูกราฟของระดับย่อย เราจะเห็นในองค์ประกอบต่างๆ เช่น โพแทสเซียม หรือ แคลเซียมแม้จะอยู่ที่ระดับ 4 ก็จะไม่ครอบครองระดับย่อย 3 มิติ เพราะมีพลังงานสูงกว่า ระดับ 4s ดังนั้นตามกฎของบอร์ ระดับ 4s จะถูกครอบครองก่อน 3d:

K: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s² , 3p⁶, 4s¹ - [Ar], 4s¹
แคลิฟอร์เนีย: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s² , 3p⁶, 4s² - [Ar], 4s²
Sc: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s² , 3p⁶, 4s¹, 3d¹ - [Ar], 4s¹, 3d¹
Ti: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d² - [Ar], 4s², 3d²

ลำดับของออร์บิทัลตามหลักการ Aufbau และเราสามารถอนุมานได้ด้วยการสังเกตเส้นทแยงมุมของกราฟ จะเป็นดังนี้:

1s², 2วินาที²,2 ป⁶, 3s², 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5วินาที², 4d¹⁰,5 p⁶, 6s², 4f¹⁴,5 วัน¹⁰, 6p⁶, 7วินาที²

ตัวอย่างของหลักการ Aufbau

การแสดงระดับอิเล็กทรอนิกส์ขององค์ประกอบบางอย่างตามหลักการ Aufbau:

ใช่: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s², 3p² - [Ne], 3s², 3p²
ป: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s², 3p⁴ - [Ne], 3s², 3p⁴
อา: ป: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s², 3p⁶ - [Ne], 3s², 3p⁶
วี: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d³ - [Ar], 4s², 3d³
ศรัทธา: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d⁶ - [Ar], 4s², 3d⁶
Zn: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰ - [Ar], 4s², 3d¹⁰
กา: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p¹ - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p¹
Ge: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p² - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p²
Br: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁵ - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p⁵
Kr: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶ - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p⁶
Rb: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5วินาที¹ - [Kr], 5s¹
ซีเนียร์: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5วินาที² - [Kr], 5s²
Y: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5วินาที², 4d¹ - [Kr], 5s², 4d¹
Zr: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5วินาที², 4d² - [Kr], 5s², 4d²
Ag: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5วินาที², 4d⁹ - [Kr], 5s², 4d⁹
ซีดี: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5วินาที², 4d¹⁰ - [Kr], 5s², 4d¹⁰
ฉัน: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5วินาที², 4d⁹,5 p⁵ - [Kr], 5s², 4d⁹,5 p⁵
Xe: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5วินาที², 4d¹⁰,5 p⁶ - [Kr], 5s², 4d¹⁰,5 p⁶
Cs: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5วินาที², 4d⁹,5 p⁶, 6s¹ - [Xe], 6s¹
บา: 1s² , 2วินาที²,2 ป⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5วินาที², 4d¹⁰,5 p⁶, 6s² - [Xe], 6s²