- מושג והסבר
- שכבות ושכבות משנה
- עקרון ההדרה של פאולי ושלטונו של הונד
- דוגמאות
- פַּחמָן
- חַמצָן
- סִידָן
- מגבלות של עקרון Aufbau
- הפניות
עיקרון Aufbau הוא מדריך שימושי לנבא תיאורטית את התצורה האלקטרונית של אלמנט. המילה aufbau מתייחסת לפועל הגרמני "לבנות". הכללים המוכתבים על ידי עיקרון זה נועדו "לעזור בבניית האטום."
כשמדובר במבנה האטומי ההיפותטי, הוא מתייחס אך ורק לאלקטרונים, אשר בתורם הולכים יד ביד עם המספר ההולך וגדל של הפרוטונים. פרוטונים מגדירים את המספר האטומי Z של יסוד כימי, ולכל אחד שנוסף לגרעין מתווסף אלקטרון כדי לפצות על עלייה זו במטען חיובי.
למרות שנדמה כי הפרוטונים אינם פועלים לפי צו קבוע לחיבור לגרעין האטום, האלקטרונים אכן עוקבים אחר סדרה של תנאים, באופן שהם תופסים תחילה את אזורי האטום באנרגיה נמוכה יותר, במיוחד אלה שבהם ההסתברות למצוא אותם בחלל. הוא גדול יותר: המעגלים.
עקרון Aufbau, יחד עם כללי מילוי אלקטרוניים אחרים (עקרון הרחקת פאולי וכלל Hund), מסייע לקבוע את הסדר בו יש להוסיף אלקטרונים לענן האלקטרונים; בדרך זו ניתן להקצות תצורה אלקטרונית של יסוד כימי מסוים.
מושג והסבר
אם האטום היה נחשב כאילו הוא בצל, יימצא בתוכו מספר סופי של שכבות, שנקבע על ידי המספר הקוונטי העיקרי n.
בהמשך, בתוכם, נמצאות מעטפות המשנה, שצורותיה תלויות ב אזימוטל l ומספרי קוונטים מגנטיים m.
האורביטלים מזוהים על ידי שלושת המספרים הקוונטיים הראשונים, ואילו הרביעי, הסיבוב s, בסופו של דבר מציין באיזה מסלול האלקטרון יהיה ממוקם. אז זה באזורים אלה של האטום שבהם האלקטרונים מסתובבים, מהשכבות הפנימיות ביותר עד החיצונית ביותר: שכבת הערכיות, האנרגטית מכולם.
אם כך, באיזה סדר צריכים האלקטרונים למלא את האורביטלים? על פי עקרון Aufbau, יש להקצות אותם על סמך הערך ההולך וגובר (n + l).
באופן דומה, בתוך מעטפות המשנה (n + l) האלקטרונים חייבים לתפוס את מעטפת המשנה עם ערך האנרגיה הנמוך ביותר; במילים אחרות, הם תופסים את הערך הנמוך ביותר של n.
בעקבות כללי הבנייה הללו פיתחה מדלונג שיטה חזותית המורכבת משרטוט חיצים אלכסוניים, המסייעים לבנות את התצורה האלקטרונית של אטום. בכמה תחומים חינוכיים שיטה זו ידועה גם כשיטת הגשם.
שכבות ושכבות משנה
התמונה הראשונה ממחישה שיטה גרפית להשגת תצורות האלקטרונים, בעוד שהתמונה השנייה היא שיטת מדלונג בהתאמה. השכבות האנרגטיות ביותר ממוקמות בחלקה העליון והפחות אנרגטיות הן בכיוון כלפי מטה.
משמאל לימין, שכבות המשנה s, p, d ו- f של רמות האנרגיה העיקריות התואמות שלהן "עוברות". כיצד לחשב את הערך של (n + l) עבור כל שלב המסומן על ידי החצים האלכסוניים? לדוגמה, עבור מסלול ה- 1s חישוב זה שווה ל (1 + 0 = 1), עבור מסלול ה- 2s (2 + 0 = 2), ועבור המסלול 3p (3 + 1 = 4).
התוצאה של חישובים אלה מקורם בבניית התמונה. לכן, אם הוא אינו זמין בהישג יד, פשוט קבע (n + l) עבור כל מסלול, החל למלא את האורביטלים באלקטרונים מהערך עם הערך הקטן ביותר של (n + l) לזה שיש לו את הערך המרבי.
עם זאת, השימוש בשיטת Madelung מקל מאוד על בניית תצורת האלקטרונים והופך אותה לפעילות משעשעת למי שלומד את הטבלה המחזורית.
עקרון ההדרה של פאולי ושלטונו של הונד
שיטתו של מדלונג אינה מצביעה על המסלול של קליפות המשנה. אם לוקחים בחשבון אותם, עקרון ההדרה של פאולי קובע כי לאלקטרון לא יכול להיות מספרים קוונטיים זהים לזה; או מה זהה, זוג אלקטרונים לא יכולים לקבל ספינים חיוביים או שליליים כאחד.
המשמעות היא שמספר הקוונטים הקוונטים שלהם לא יכול להיות זהה, ולכן הספינים שלהם חייבים להזדווג כאשר הם תופסים את אותו מסלול.
מצד שני, מילוי האורביטלים צריך להיעשות באופן שהם מתנוונים באנרגיה (שלטונו של הונד). זה מושג על ידי שמירה על כל האלקטרונים במסלולי האורביטל ללא התאמה, עד שיש צורך בהחלט לזווג זוג כאלה (כמו עם חמצן).
דוגמאות
הדוגמאות הבאות מסכמות את כל המושג של עקרון Aufbau.
פַּחמָן
כדי לקבוע את התצורה האלקטרונית שלה, ראשית יש לדעת את המספר האטומי Z, וכך את מספר האלקטרונים. לפחמן יש Z = 6, כך ש -6 האלקטרונים שלו חייבים להיות ממוקמים באורביטלים בשיטת מדאלונג:
החצים תואמים את האלקטרונים. לאחר מילוי האורביטלים 1 ו- 2, לכל אחד שני אלקטרונים, האורביטלים 2p נקבעים בהבדל בין שני האלקטרונים הנותרים. שלטונו של הונד מתבטא אפוא: שני אורביטלים מנווונים ואחד ריק.
חַמצָן
לחמצן Z = 8, כך שיש לו שני אלקטרונים נוספים בניגוד לפחמן. יש למקם את אחד האלקטרונים הללו במסלול 2p הריק, והשני צריך להזדווג כדי ליצור את הזוג הראשון, כאשר החץ מופנה כלפי מטה. כתוצאה מכך, עיקרון ההדרה של פאולי בא לידי ביטוי כאן.
סִידָן
לסידן 20 אלקטרונים, והאביטלים עדיין ממלאים באותה שיטה. סדר המילוי הוא כדלקמן: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.
ניתן לציין שבמקום למלא תחילה את המסלול התלת-ממדי, האלקטרונים תופסים את ה- 4s. זה מתרחש לפני שמפנה דרך למתכות מעבר, אלמנטים שממלאים את שכבת התלת-ממד הפנימית.
מגבלות של עקרון Aufbau
עקרון Aufbau לא מצליח לחזות את התצורות האלקטרוניות של מתכות מעבר רבות ואלמנטים אדירים נדירים (לנטנידים ואקטינידים).
הסיבה לכך היא שההבדלים האנרגטיים בין ה- ns ל- (n-1) d הם נמוכים. מסיבות הנתמכות במכניקת הקוונטים, אלקטרונים עשויים להעדיף לנוון את (n-1) d המעטפת במחיר של ביטול או ניתוק האלקטרונים מה- ns המסלול.
דוגמה מפורסמת היא המקרה של נחושת. תצורת האלקטרונים שחזתה על ידי עקרון Aufbau היא 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 9 , כאשר הניסוי הוכח להיות 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 10 .
בראשון, אלקטרון בודד אינו מותאם במסלול תלת-ממדי, ואילו בשני, כל האלקטרונים במסלולי התלת-ממד זוגיים.
הפניות
- הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (15 ביוני 2017). הגדרת עקרון Aufbau. נלקח מ: thoughtco.com
- פרופ 'נ' דה ליאון. (2001). עקרון Aufbau. נלקח מ: iun.edu
- כימיה 301. עקרון Aufbau. נלקח מ: ch301.cm.utexas.edu
- Hozefa Arsiwala ו- Teacherlookup.com. (1 ביוני 2017). בעומק: עקרון Aufbau עם דוגמאות. נלקח מ: teacherlookup.com
- וויטן, דייויס, פק וסטנלי. כִּימִיָה. (מהדורה 8). לימוד CENGAGE, עמ '199-203.
- גופי. (27 ביולי 2016). תוכנית מדלונג. . נלקח מ: commons.wikimedia.org