שלטון האלכסונים הוא עיקרון בנייה מאפשרת המתאר את הקונפיגורציה האלקטרונית של אטום או יון, על פי האנרגיה של כל רמה מסלולית או אנרגיה. במובן זה, ההתפלגות האלקטרונית של כל אטום היא ייחודית וניתנת על ידי המספרים הקוונטים.
מספרים אלה מגדירים את המרחב בו האלקטרונים נמצאים ככל הנראה (נקראים אורביטלים אטומיים) ומתארים אותם גם כן. כל מספר קוונטי קשור לתכונה של אורביטלים אטומיים, המסייע להבין את המאפיינים של מערכות אטומיות על ידי סידור האלקטרונים שלהם בתוך האטום ובאנרגיות שלהם.
באופן דומה, כלל האלכסונים (הידוע גם בשם כלל Madelung) מבוסס על עקרונות אחרים הצייתים לאופי האלקטרונים, על מנת לתאר נכון את התנהגותם בתוך מינים כימיים.
לשם מה זה?
נוהל זה מבוסס על עקרון Aufbau, הקובע כי בתהליך שילובם של הפרוטונים לגרעין (בזה אחר זה), כאשר היסודות הכימיים נוצרים, האלקטרונים מתווספים גם למסלולי האורום.
המשמעות היא שכאשר אטום או יון נמצאים במצבו הקרקעי, אלקטרונים תופסים את החללים הזמינים של האורביטלים האטומיים בהתאם לרמת האנרגיה שלהם.
על ידי כיבוש האורביטלים, האלקטרונים ממוקמים תחילה ברמות שיש להם האנרגיה הנמוכה ביותר ואינם כובשים, ואז הם ממוקמים באלה עם האנרגיה הגבוהה ביותר.
תצורות אלקטרוניות של מינים כימיים
באופן דומה, כלל זה משמש לקבלת הבנה מדויקת למדי של התצורות האלקטרוניות של מינים כימיים אלמנטריים; כלומר היסודות הכימיים כשהם במצבם הבסיסי.
אז, על ידי קבלת הבנה של התצורות שאלקטרונים מציגים בתוך אטומים, ניתן להבין את התכונות של יסודות כימיים.
רכישת ידע זה חיונית לניכוי או לחיזוי של תכונות אלה. באופן דומה, המידע שמספק נוהל זה מסייע להסביר מדוע הטבלה המחזורית מסכימה כל כך טוב עם חקירות האלמנטים.
מה הכלל באלכסונים?
למרות שכלל זה חל רק על אטומים במצב האדמה שלהם, הוא עובד די טוב עבור מרכיבי הטבלה המחזורית.
מציית לעקרון ההדרה של פאולי, הקובע ששני אלקטרונים השייכים לאותו אטום אינם מסוגלים להחזיק את ארבעת המספרים הקוונטים השווים. ארבעת המספרים הקוונטיים הללו מתארים כל אחד מהאלקטרונים שנמצאים באטום.
לפיכך, מספר הקוונטים העיקרי (n) מגדיר את רמת האנרגיה (או הקליפה) בה נמצא האלקטרון הנלמד ומספר הקוונטים האזימוטל (ℓ) קשור למומנטום הזוויתי ומפרט את צורת המסלול.
באופן דומה, המספר הקוונטי המגנטי (m ℓ ) מבטא את האוריינטציה של אותו מסלול בחלל ומספר הקוונטים הקוונטיים (m s ) מתאר את כיוון הסיבוב שהאלקטרון מציג סביב הציר שלו.
יתר על כן, הכלל של הונד מבטא כי תצורת האלקטרונים המציגה את היציבות הגדולה ביותר במפלס תת נחשב לזו שיש לה יותר סיבובים במיקומים מקבילים.
על ידי ציות לעקרונות אלה נקבע כי התפלגות האלקטרונים עומדת בתרשים המוצג להלן:
בתמונה זו הערכים של n תואמים 1, 2, 3, 4 …, בהתאם לרמת האנרגיה; והערכים של ℓ מיוצגים על ידי 0, 1, 2, 3 …, המקבילים ל- p, d ו- f בהתאמה. אז מצב האלקטרונים באורביטלים תלוי במספרים קוונטיים אלה.
דוגמאות
בהתחשב בתיאור נוהל זה, להלן מספר דוגמאות ליישומו.
מלכתחילה, כדי להשיג את ההפצה האלקטרונית של אשלגן (K), יש לדעת את מספר האטום שלו, שהוא 19; כלומר, לאטום האשלגן יש 19 פרוטונים בגרעין שלו ו -19 אלקטרונים. על פי התרשים, תצורתו ניתנת כ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 .
התצורות של אטומים פוליאלקטרוניים (שיש להם יותר מאלקטרון אחד במבנה שלהם) באים לידי ביטוי גם כתצורת הגז האצילי לפני האטום בתוספת האלקטרונים הבאים אחריו.
לדוגמא, במקרה של אשלגן זה מתבטא גם כ -4s 1 , מכיוון שהגז האצילי לפני האשלגן בטבלה המחזורית הוא ארגון.
דוגמה נוספת, אך במקרה זה מדובר במתכת מעבר, היא זו של כספית (Hg) שיש בה 80 אלקטרונים ו -80 פרוטונים בגרעין שלה (Z = 80). על פי תוכנית הבנייה, התצורה האלקטרונית המלאה שלה היא:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 .
כמו באשלגן, תצורת הכספית יכולה להתבטא כ 4f 14 5d 10 6s 2 , מכיוון שהגז האצילי שקדם לו בטבלה המחזורית הוא קסנון.
חריגים
כלל האלכסונים נועד להחיל רק על אטומים שנמצאים במצב בסיסי ועם מטען חשמלי שווה לאפס; כלומר, זה מחובר היטב לאלמנטים של הטבלה המחזורית.
עם זאת, ישנם כמה חריגים שלגביהם יש סטיות חשובות בין ההפצה האלקטרונית המשוערת לבין תוצאות הניסוי.
כלל זה מבוסס על התפלגות האלקטרונים כאשר הם נמצאים בתת התאים הצייתים לכלל n + ℓ, מה שמשמע כי האורביטלים בעלי גודל קטן של n + ℓ מתמלאים לפני אלה שמראים גודל גדול יותר של פרמטר זה.
כחריגים מוצגים היסודות פלדיום, כרום ונחושת, מהם ניבאים תצורות אלקטרוניות שאינן מסכימות עם הנצפה.
על פי כלל זה, פלדיום חייב להיות בעל חלוקה אלקטרונית השווה ל- 5s 2 4d 8 , אך הניסויים הניבו אחד שווה ל- 4d 10 , מה שמצביע על כך שהתצורה היציבה ביותר של אטום זה מתרחשת כאשר מעטפת המשנה 4d מלאה; כלומר יש לו אנרגיה נמוכה יותר במקרה זה.
באופן דומה, לאטום הכרום צריך להיות הפצה אלקטרונית הבאה: 4s 2 3d 4 . עם זאת, באופן ניסיוני הושג כי אטום זה רוכש את התצורה 4s 1 3d 5 , מה שמרמז כי מצב האנרגיה הנמוכה יותר (יציב יותר) מתרחש כאשר שתי קליפות המשנה ממלאות חלקית.
הפניות
- ויקיפדיה. (sf). עקרון Aufbau. התאושש מ- en.wikipedia.org
- צ'אנג, ר '(2007). כימיה, מהדורה תשיעית. מקסיקו: מקגרו-היל.
- מחשבה. (sf). הגדרת הכלל של מדלונג. נשלח מ- thoughtco.com
- LibreTexts. (sf). עקרון Aufbau. התאושש ב- chem.libretexts.org
- Reger, DL, Goode, SR and Ball, DW (2009). כימיה: עקרונות ותרגול. הושג מ- books.google.co.ve