- Kavram ve açıklama
- Katmanlar ve alt katmanlar
- Pauli'nin dışlama ilkesi ve Hund kuralı
- Örnekler
- Karbon
- Oksijen
- Kalsiyum
- Aufbau ilkesinin sınırlamaları
- Referanslar
Aufbau prensibi teorik bir elemanın elektronik konfigürasyonu tahmin etmek için bir kılavuzdur. Aufbau kelimesi, Almanca "inşa etmek" fiilini ifade eder. Bu ilke tarafından dikte edilen kuralların amacı "atomun inşasına yardımcı olmaktır."
Varsayımsal atomik yapı söz konusu olduğunda, yalnızca elektronlara atıfta bulunur ve bunlar da artan proton sayısı ile el ele gider. Protonlar, bir kimyasal elementin atom numarası Z'yi tanımlar ve çekirdeğe eklenen her biri için, pozitif yükteki bu artışı telafi etmek için bir elektron eklenir.
Protonların atomun çekirdeğine katılmak için belirlenmiş bir sırayı takip etmedikleri görülse de, elektronlar bir dizi koşulu izlerler, öyle ki atomun daha düşük enerjili bölgelerini, özellikle de onları uzayda bulma olasılığının olduğu bölgeleri işgal ederler. daha büyüktür: orbitaller.
Aufbau ilkesi, diğer elektronik doldurma kurallarıyla birlikte (Pauli dışlama ilkesi ve Hund kuralı), elektron bulutuna elektronların eklenmesi gereken sırayı oluşturmaya yardımcı olur; Bu şekilde, belirli bir kimyasal elementin elektronik bir konfigürasyonunu atamak mümkündür.
Kavram ve açıklama
Atom bir soğan gibi kabul edilirse, içinde temel kuantum sayısı n ile belirlenen sonlu sayıda katman bulunur.
Dahası, içlerinde, şekilleri azimut l ve manyetik kuantum sayıları m'ye bağlı olan alt kabuklardır.
Orbitaller ilk üç kuantum sayısıyla tanımlanırken, dördüncü, spin s, elektronun hangi yörüngede yer alacağını belirtir. O halde, elektronların en içteki katmanlardan en dıştaki elektronların döndüğü yer atomun bu bölgelerindedir: değerlik katmanı, hepsinden daha enerjik olanı.
Bu durumda elektronlar yörüngeleri hangi sırayla doldurmalıdır? Aufbau ilkesine göre, artan değere (n + l) göre atanmaları gerekir.
Benzer şekilde, alt kabuklarda (n + l) elektronlar en düşük enerji değerine sahip alt kabuğu işgal etmelidir; başka bir deyişle, n'nin en düşük değerini işgal ederler.
Bu yapım kurallarının ardından Madelung, bir atomun elektronik konfigürasyonunu oluşturmaya yardımcı olan köşegen oklar çizmekten oluşan görsel bir yöntem geliştirdi. Bazı eğitim alanlarında bu yöntem yağmur yöntemi olarak da bilinir.
Katmanlar ve alt katmanlar
İlk görüntü, elektron konfigürasyonlarını elde etmek için grafiksel bir yöntemi gösterirken, ikinci görüntü ilgili Madelung yöntemidir. En enerjik katmanlar üstte, en az enerjik katmanlar ise aşağı yöndedir.
Soldan sağa, karşılık gelen ana enerji seviyelerinin alt katmanları s, p, d ve f "aktarılır". Köşegen oklarla işaretlenmiş her adım için (n + l) değeri nasıl hesaplanır? Örneğin, 1s orbitali için bu hesaplama (1 + 0 = 1), 2s orbital (2 + 0 = 2) ve 3p orbital (3 + 1 = 4) için eşittir.
Bu hesaplamaların sonucu görüntünün inşasından kaynaklanır. Bu nedenle, elinizde yoksa, her yörünge için basitçe (n + l) belirleyin, orbitalleri elektronlarla doldurmaya başlayın, en küçük (n + l) değerinden maksimum değere sahip olana kadar.
Bununla birlikte, Madelung yöntemini kullanmak elektron konfigürasyonunun yapımını büyük ölçüde kolaylaştırır ve periyodik tabloyu öğrenenler için eğlenceli bir aktivite haline getirir.
Pauli'nin dışlama ilkesi ve Hund kuralı
Madelung'un yöntemi, alt kabukların yörüngelerini göstermez. Pauli dışlama ilkesi, bunları hesaba katarak, hiçbir elektronun diğeriyle aynı kuantum sayılarına sahip olamayacağını belirtir; veya aynısı, bir çift elektronun hem pozitif hem de negatif dönüşleri olamaz.
Bu, spin kuantum sayılarının aynı olamayacağı ve bu nedenle dönüşlerinin aynı yörüngeyi işgal ederken eşleşmesi gerektiği anlamına gelir.
Öte yandan yörüngelerin doldurulması, enerjide dejenere olacak şekilde yapılmalıdır (Hund kuralı). Bu, orbitallerdeki tüm elektronları, bunlardan bir çiftini (oksijenle olduğu gibi) eşleştirmek kesinlikle gerekli olana kadar eşleşmeden tutarak elde edilir.
Örnekler
Aşağıdaki örnekler, Aufbau ilkesinin tüm kavramını özetlemektedir.
Karbon
Elektronik konfigürasyonunu belirlemek için, önce Z atom numarası ve dolayısıyla elektron sayısı bilinmelidir. Karbon, Z = 6'ya sahiptir, bu nedenle 6 elektronu, Madelung yöntemi kullanılarak orbitallere yerleştirilmelidir:
Oklar elektronlara karşılık gelir. 1s ve 2s orbitalleri, her biri iki elektronla doldurulduktan sonra, 2p orbitalleri, kalan iki elektron arasındaki farkla atanır. Hund'un kuralı böylece ortaya çıkıyor: iki dejenere yörünge ve biri boş.
Oksijen
Oksijen, Z = 8'e sahiptir, bu nedenle karbondan farklı olarak iki ekstra elektrona sahiptir. Bu elektronlardan biri boş 2p yörüngesine yerleştirilmelidir ve diğeri, ok aşağıyı gösterecek şekilde ilk çifti oluşturmak için çiftlenmelidir. Sonuç olarak Pauli dışlama ilkesi burada kendini gösterir.
Kalsiyum
Kalsiyumun 20 elektronu vardır ve orbitaller hala aynı yöntemle doldurulur. Doldurma sırası şu şekildedir: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.
Önce 3 boyutlu yörüngeyi doldurmak yerine elektronların 4'leri işgal ettiği not edilebilir. Bu, iç 3B katmanı dolduran elementler olan geçiş metallerine yol açmadan önce gerçekleşir.
Aufbau ilkesinin sınırlamaları
Aufbau ilkesi, birçok geçiş metalinin ve nadir toprak elementlerinin (lantanitler ve aktinitler) elektronik konfigürasyonlarını tahmin etmekte başarısız olur.
Bunun nedeni, ns ve (n-1) d orbitalleri arasındaki enerjik farkların düşük olmasıdır. Kuantum mekaniği tarafından desteklenen nedenlerden dolayı elektronlar, elektronları ns yörüngesinden geri alma veya yerinden çıkarma pahasına (n-1) d yörüngelerini dejenere etmeyi tercih edebilir.
Ünlü bir örnek bakır durumudur. Aufbau ilkesi tarafından tahmin edilen elektron konfigürasyonu 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 9'dur , deneysel olarak 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 10 olduğu gösterilmiştir .
Birincisinde, 3 boyutlu bir yörüngede tek bir elektron eşleştirilmezken, ikincisinde 3B yörüngelerdeki tüm elektronlar eşleştirilir.
Referanslar
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (15 Haziran 2017). Aufbau İlkesi Tanımı. Alındığı: thinkco.com
- Prof. N. De Leon. (2001). Aufbau İlkesi. Alındığı kaynak: iun.edu
- Kimya 301. Aufbau İlkesi. Alındığı kaynak: ch301.cm.utexas.edu
- Hozefa Arsiwala ve teacherlookup.com. (1 Haziran 2017). Derinlemesine: Örneklerle Aufbau İlkesi. Alınan: teacherlookup.com
- Whitten, Davis, Peck ve Stanley. Kimya. (8. baskı). CENGAGE Learning, s 199-203.
- Goodphy. (27 Temmuz 2016). Madelung Şeması. . Alınan: commons.wikimedia.org