Приклад принципу AUFBAU

принцип ауфбау (склад) - це принцип атомної фізики, який пояснює розташування електронів на їх орбітах навколо ядра атома.

Різні дослідження природи та конфігурації атома, що дозволяють зрозуміти його характеристики, були предметом дослідження багатьох дослідників. Примітною серед них є робота Нільса Бора, датського фізика, який вдосконалив атомну модель, запропоновану Ернестом Резерфордом.

Його модель має такі характеристики: ядро ​​атома займає центр, тоді як електрон обертається навколо кругових орбіт. Щоб пояснити, чому він не втрачає енергію на круговій орбіті, та беручи до уваги відкриття хвильової поведінки та той самий час часток, який мають електрони, він вважав, що електрони перескакують від рівня енергії до іншого, випромінюючи або поглинаючи Енергія.

Чи знали ви, що ці орбітальні рівні регулюються рівнянням 2n²Іншими словами, максимальна кількість електронів на орбіті дорівнює подвоєному квадрату числа орбіти. Для відомих на сьогодні елементів ми маємо 7 відомих орбіт, в яких К-орбіта має 2 електрони, L, 8 електронів; М має 18 електронів, N - 32, O - 50, P - 72, Q - 98.

Також було виявлено, що електрони мають чотири квантові числа: головне n, що вказує на їх відстань від ядра; азимутальне квантове число, l, яке вказує на орбіталь, в якій знаходиться магнітне квантове число m (s, p, d, f тощо), яке визначає її траєкторію руху в межах орбіталі та спінове число s, яке може бути позитивним чи негативним, зі значенням 1/2. Те, що два електрони в одному шляху (однакові числа n та l) не можуть мати однакове магнітне квантове число або однакове спінове число одночасно. Тобто два електрони в атомі не можуть мати всі чотири рівні квантові числа (принцип виключення Паулі)

Це призвело до висновку, що для того, щоб різні електрони співіснували на одному рівні орбіти, рівні Енергетики поділяються на підрівні, кожен з яких у свою чергу ділиться на орбіталі, які можуть містити лише пару електрони.

Згідно з цим спостереженням, рівень енергії K містить лише один підрівень, який називається s-рівнем, який може займати один або два електрони.

Наступний рівень, L, матиме чотири електронні підрівні: рівень s, який називається 2s, і рівень, званий 2p, який, у свою чергу, складається з трьох орбіталей, званий 2p_х, 2 с_Y і 2р_z. Третій рівень матиме такі підрівні: 3s, 3p та 3d. 3D підрівень матиме 5 орбіталей, кожна з яких буде зайнята двома електронами. Наступні рівні можуть мати орбіталі, які будуть додані, з літерами f, g, h та i.

До цього ми додаємо, що коли електронів недостатньо для досягнення енергетичного рівня, вони розподіляються по орбіталях. (Правило Хунда).

Ці підрівні та орбіталі не заповнюються випадковим чином. Електрони на орбітах організовуються шляхом заповнення спочатку нижчих рівнів енергії, а потім вищих рівнів енергії. Це зображено графічно, і з цієї причини це називається правилом пилки або діагоналей.

Згідно з попередніми правилами, орбітальні рівні перших 10 елементів періодичної системи представлені наступним чином:

В: 1 с¹
Він: 1с²
Li: 1 с² , 2 с¹
Будь: 1с² , 2 с²
B: 1 с² , 2 с², 2 с¹ (1 с² , 2 с², [2 с_х¹)
C: 1 с² , 2 с², 2 с² (1 с² , 2 с², [2 с_х¹, 2 с_Y¹])
N: 1 с² , 2 с², 2 с³ (1 с² , 2 с², [2 с_х¹, 2 с_Y¹, 2 с_z¹])
O: 1 с² , 2 с², 2 с⁴ (1 с² , 2 с², [2 с_х², 2 с_Y¹, 2 с_z¹])
F: 1 с² , 2 с², 2 с⁵ (1 с² , 2 с², [2 с_х², 2 с_Y², 2 с_z¹])
Ne: 1с² , 2 с², 2 с⁶ (1 с² , 2 с², [2 с_х², 2 с_Y², 2 с_z²])

Як ми можемо бачити в цих прикладах, спочатку заповнюються рівні з меншою енергією, які в даному випадку є рівнями s, а потім рівнем p.

Ми також можемо спостерігати, що насичення рівнів відбувається інертними газами Гелієм та Неоном.

У багатьох періодичних таблицях ми знаходимо як частину даних електронну структуру енергетичних рівнів, і Коротше кажучи, ми знаходимо в дужках інертний елемент перед елементом, а потім решту рівнів орбіталі.

Наприклад, у випадку натрію ми можемо бачити, що він представлений одним із цих двох способів:

Na: 1с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с¹
Na: [Ne], 3 с¹

Тепер, якщо ми подивимося на графік підрівнів, то побачимо, наприклад, що в таких елементах, як калій або Кальцій, не дивлячись на рівень 4, не буде займати 3-й підрівень, оскільки він має вищу енергію, ніж рівень 4s. Отже, згідно з правилом Бора, рівень 4s буде зайнятий першим, перед 3d:

К: 1с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с² , 3с⁶, 4 с¹ - [Ar], 4 с¹
Ca: 1 с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с² , 3с⁶, 4 с² - [Ar], 4 с²
Sc: 1 с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с² , 3с⁶, 4 с¹, 3d¹ - [Ar], 4 с¹, 3d¹
Ti: 1 с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с² , 3с⁶, 4 с², 3d² - [Ar], 4 с², 3d²

Послідовність порядку орбіталей за принципом Ауфбау і яку ми можемо зробити, спостерігаючи за діагоналями графіка, буде такою:

1с², 2 с², 2 с⁶, 3 с², 3с⁶, 4 с², 3d¹⁰, 4с⁶, 5 с², 4д¹⁰, 5 с⁶, 6 с², 4f¹⁴, 5 д¹⁰, 6с⁶, 7 с²

Приклади принципу Ауфбау

Представлення електронних рівнів деяких елементів за принципом Ауфбау:

Так: 1 с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с², 3с² - [Не], 3 с², 3с²
P: 1 с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с², 3с⁴ - [Не], 3 с², 3с⁴
Ar: P: 1 с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с², 3с⁶ - [Не], 3 с², 3с⁶
V: 1 с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с² , 3с⁶, 4 с², 3d³ - [Ar], 4 с², 3d³
Віра: 1с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с² , 3с⁶, 4 с², 3d⁶ - [Ar], 4 с², 3d⁶
Zn: 1с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с² , 3с⁶, 4 с², 3d¹⁰ - [Ar], 4 с², 3d¹⁰
Ga: 1 с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с² , 3с⁶, 4 с², 3d¹⁰, 4с¹ - [Ar], 4 с², 3d¹⁰, 4с¹
Ге: 1с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с² , 3с⁶, 4 с², 3d¹⁰, 4с² - [Ar], 4 с², 3d¹⁰, 4с²
Br: 1с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с² , 3с⁶, 4 с², 3d¹⁰, 4с⁵ - [Ar], 4 с², 3d¹⁰, 4с⁵
Кр: 1 с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с² , 3с⁶, 4 с², 3d¹⁰, 4с⁶ - [Ar], 4 с², 3d¹⁰, 4с⁶
Rb: 1 с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с² , 3с⁶, 4 с², 3d¹⁰, 4с⁶, 5 с¹ - [Кр], 5 с¹
Sr: 1с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с² , 3с⁶, 4 с², 3d¹⁰, 4с⁶, 5 с² - [Кр], 5 с²
Y: 1 с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с² , 3с⁶, 4 с², 3d¹⁰, 4с⁶, 5 с², 4д¹ - [Кр], 5 с², 4д¹
Zr: 1 с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с² , 3с⁶, 4 с², 3d¹⁰, 4с⁶, 5 с², 4д² - [Кр], 5 с², 4д²
Ag: 1 с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с² , 3с⁶, 4 с², 3d¹⁰, 4с⁶, 5 с², 4д⁹ - [Кр], 5 с², 4д⁹
Cd: 1 с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с² , 3с⁶, 4 с², 3d¹⁰, 4с⁶, 5 с², 4д¹⁰ - [Кр], 5 с², 4д¹⁰
I: 1с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с² , 3с⁶, 4 с², 3d¹⁰, 4с⁶, 5 с², 4д⁹, 5 с⁵ - [Кр], 5 с², 4д⁹, 5 с⁵
Xe: 1 с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с² , 3с⁶, 4 с², 3d¹⁰, 4с⁶, 5 с², 4д¹⁰, 5 с⁶ - [Кр], 5 с², 4д¹⁰, 5 с⁶
Cs: 1с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с² , 3с⁶, 4 с², 3d¹⁰, 4с⁶, 5 с², 4д⁹, 5 с⁶, 6 с¹ - [Xe], 6 с¹
Ба: 1с² , 2 с², 2 с⁶, 3 с² , 3с⁶, 4 с², 3d¹⁰, 4с⁶, 5 с², 4д¹⁰, 5 с⁶, 6 с² - [Xe], 6 с²