Esempio di principio AUFBAU

Il principio aufbau (composizione) è un principio della fisica atomica, che spiega la disposizione degli elettroni nelle loro orbite attorno al nucleo dell'atomo.

I vari studi sulla natura e configurazione dell'atomo, che ci permettono di comprenderne le caratteristiche, sono stati oggetto di studio da parte di molti ricercatori. Tra questi spicca il lavoro di Niels Bohr, fisico danese, che perfezionò il modello atomico proposto da Ernest Rutherford.

Il suo modello ha le seguenti caratteristiche: il nucleo dell'atomo occupa il centro, mentre l'elettrone ruota attorno a orbite circolari. Spiegare perché non perde energia nell'orbita circolare, e tenendo in considerazione le scoperte del comportamento ondulatorio e la stesso tempo particellare degli elettroni, riteneva che gli elettroni saltassero da un livello energetico a un altro, emettendo o assorbendo Energia.

Lo sapevi che questi livelli orbitali sono governati dall'equazione 2n²In altre parole, il numero massimo di elettroni in un'orbita è pari al doppio del quadrato del numero dell'orbita. Per gli elementi finora conosciuti, abbiamo 7 orbite note, in cui l'orbita K ha 2 elettroni, la L, 8 elettroni; M ha 18 elettroni, N contiene 32, O contiene 50, P contiene 72 e Q contiene 98.

Si era anche scoperto che gli elettroni hanno quattro numeri quantici: il principale n, che indica la loro distanza dal nucleo; il numero quantico azimutale, l, che indica l'orbitale in cui si trova un numero quantico magnetico m (s, p, d, f, etc), che determina la sua traiettoria all'interno di un orbitale, e un numero di spin, s, che può essere positivo o negativo, con un valore di 1/2. Che due elettroni nello stesso percorso (stessi numeri n e l) non possono avere lo stesso numero quantico magnetico o lo stesso numero di spin allo stesso tempo. Cioè, due elettroni in un atomo non possono avere tutti e quattro i numeri quantici uguali (principio di esclusione di Pauli)

Ciò ha portato alla conclusione che per la coesistenza di elettroni diversi allo stesso livello orbitale, i livelli l'energetica è suddivisa in sottolivelli, ognuno dei quali a sua volta è suddiviso in orbitali che possono contenere solo una coppia di elettroni.

Secondo questa osservazione, il livello energetico K contiene un solo sottolivello, chiamato livello s, che può essere occupato da uno o due elettroni.

Il livello successivo, L, avrà quattro sottolivelli elettronici: un livello s, chiamato 2s, e un livello chiamato 2p, che a sua volta è composto da tre orbitali, chiamato 2p_X, 2 P_sì e 2p_z. Il terzo livello avrà i seguenti sottolivelli: 3s, 3p e 3d. Il sottolivello 3d avrà 5 orbitali, ognuno dei quali sarà occupato da due elettroni. I livelli successivi possono avere orbitali che verranno aggiunti, con le lettere f, g, h e i.

A questo aggiungiamo che quando gli elettroni non sono sufficienti per completare un livello energetico, si distribuiscono negli orbitali. (regola di Hund).

Questi sottolivelli e orbitali non vengono riempiti casualmente. Gli elettroni nelle orbite sono organizzati riempiendo prima i livelli energetici inferiori e poi i livelli energetici superiori. Questa è rappresentata graficamente, e per questo è detta regola della sega o delle diagonali.

Secondo le regole precedenti, i livelli orbitali dei primi 10 elementi della tavola periodica, rappresentati nel modo seguente:

H: 1s¹
Lui: 1s²
Li: 1s² , 2s¹
Essere: 1s² , 2s²
B: 1s² , 2s²,2 P¹ (1s² , 2s²,[2 P_X¹)
C: 1s² , 2s²,2 P² (1s² , 2s²,[2 P_X¹,2 P_sì¹])
N: 1s² , 2s²,2 P³ (1s² , 2s²,[2 P_X¹,2 P_sì¹,2 P_z¹])
O: 1s² , 2s²,2 P⁴ (1s² , 2s²,[2 P_X²,2 P_sì¹,2 P_z¹])
F: 1s² , 2s²,2 P⁵ (1s² , 2s²,[2 P_X²,2 P_sì²,2 P_z¹])
Ne: 1s² , 2s²,2 P⁶ (1s² , 2s²,[2 P_X²,2 P_sì²,2 P_z²])

Come vediamo in questi esempi, prima vengono riempiti i livelli con meno energia, che in questo caso sono i livelli s, e poi il livello p.

Si può anche osservare che la saturazione dei livelli avviene con i gas inerti Elio e Neon.

In molte tavole periodiche troviamo come parte dei dati la struttura elettronica dei livelli energetici, e In breve, troviamo tra parentesi l'elemento inerte prima dell'elemento, e poi il resto dei livelli orbitali.

Ad esempio, nel caso del sodio, possiamo vederlo rappresentato in uno di questi due modi:

Na: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s¹
Na: [Ne], 3s¹

Ora, se osserviamo il grafico dei sottolivelli, vedremo, ad esempio, che in elementi, come Potassio o Il calcio, nonostante sia al livello 4, non occuperà il sottolivello 3d, poiché ha un'energia maggiore di livello 4s. Quindi, secondo la regola di Bohr, il livello 4 sarà occupato per primo, prima del 3d:

K: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s¹ - [Ar], 4s¹
Ca: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s² - [Ar], 4s²
Sc: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s¹, 3d¹ - [Ar], 4s¹, 3d¹
Ti: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d² - [Ar], 4s², 3d²

La sequenza dell'ordine degli orbitali secondo il principio di Aufbau e che possiamo dedurre osservando le diagonali del grafico, sarebbe la seguente:

1s², 2s²,2 P⁶, 3s², 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰,5 p⁶, 6s², 4f¹⁴,5 D¹⁰, 6p⁶, 7s²

Esempi del principio Aufbau

Rappresentazione delle livelle elettroniche di alcuni elementi secondo il principio Aufbau:

Sì: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s², 3p² - [Ne], 3s², 3p²
P: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s², 3p⁴ - [Ne], 3s², 3p⁴
Ar: P: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s², 3p⁶ - [Ne], 3s², 3p⁶
V: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d³ - [Ar], 4s², 3d³
Fede: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d⁶ - [Ar], 4s², 3d⁶
Zn: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰ - [Ar], 4s², 3d¹⁰
Ga: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p¹ - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p¹
Ge: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p² - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p²
Br: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁵ - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p⁵
Kr: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶ - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p⁶
Rb: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s¹ - [Kr], 5s¹
Sr: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s² - [Kr], 5s²
Y: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹ - [Kr], 5s², 4d¹
Zr: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d² - [Kr], 5s², 4d²
Ag: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹ - [Kr], 5s², 4d⁹
Cd: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰ - [Kr], 5s², 4d¹⁰
io: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹,5 p⁵ - [Kr], 5s², 4d⁹,5 p⁵
Xe: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰,5 p⁶ - [Kr], 5s², 4d¹⁰,5 p⁶
Cs: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹,5 p⁶, 6s¹ - [Xe], 6s¹
Ba: 1s² , 2s²,2 P⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰,5 p⁶, 6s² - [Xe], 6s²