Exempel på AUFBAU-princip

De aufbau-principen (komposition) är en princip för atomfysik, vilken förklarar arrangemanget av elektroner i deras banor runt atomkärnan.

De olika studierna om atomens natur och konfiguration, som gör det möjligt för oss att förstå dess egenskaper, har varit föremål för studier av många forskare. Anmärkningsvärt bland dem är arbetet av Niels Bohr, en dansk fysiker, som fulländade den atommodell som föreslogs av Ernest Rutherford.

Hans modell har följande egenskaper: atomens kärna upptar centrum, medan elektronen roterar runt i cirkulära banor. För att förklara varför det inte tappar energi i den cirkulära banan och med hänsyn till upptäckterna av vågbeteendet och samma partikeltid som elektroner har, ansåg han att elektroner hoppar från energinivå till en annan, avger eller absorberar Energi.

Visste du att dessa omloppsnivåer styrs av ekvationen 2n²Med andra ord är det maximala antalet elektroner i en omlopp lika med två gånger kvadraten av antalet omloppsbanor. För de element som hittills är kända har vi 7 kända banor, i vilka K-banan har 2 elektroner, L, 8 elektroner; M har 18 elektroner, N innehåller 32, O innehåller 50, P innehåller 72 och Q innehåller 98.

Det hade också upptäckts att elektroner har fyra kvantnummer: huvud n, som indikerar deras avstånd från kärnan; det azimutala kvantantalet, l, som anger banan i vilket ett magnetiskt kvantnummer m är beläget (s, p, d, f, etc), som bestämmer dess bana inom ett omlopp, och ett centrifugeringsnummer, s, som kan vara positivt eller negativt, med ett värde på 1/2. Att två elektroner i samma väg (samma nummer n och l) inte kan ha samma magnetiska kvantnummer eller samma centrifugeringsnummer samtidigt. Det vill säga två elektroner i en atom kan inte ha alla fyra lika kvantnummer (Pauli-uteslutningsprincip)

Detta ledde till slutsatsen att för olika elektroner att samexistera på samma omloppsnivå, nivåerna energetik är uppdelad i undernivåer, som i sin tur är uppdelade i orbitaler som bara kan innehålla ett par elektroner.

Enligt denna observation innehåller energinivån K endast en undernivå, kallad s-nivå, som kan upptas av en eller två elektroner.

Nästa nivå, L, kommer att ha fyra elektroniska undernivåer: en nivå s, kallad 2s, och en nivå som kallas 2p, som i sin tur består av tre orbitaler, kallad 2p_x, 2 s_Y och 2p_z. Den tredje nivån kommer att ha följande undernivåer: 3s, 3p och 3d. 3D-undernivån kommer att ha 5 orbitaler, som var och en kommer att upptas av två elektroner. Följande nivåer kan ha orbitaler som kommer att läggas till, med bokstäverna f, g, h och i.

Till detta lägger vi till att när elektronerna inte räcker för att slutföra en energinivå, fördelas de i orbitalerna. (Hunds regel).

Dessa undernivåer och orbitaler fylls inte slumpmässigt. Elektronerna i banorna är organiserade genom att fylla de lägre energinivåerna först och sedan de högre energinivåerna. Detta representeras grafiskt och av den anledningen kallas det sågen eller diagonalerna.

Enligt de tidigare reglerna representeras orbitalnivåerna för de första 10 elementen i det periodiska systemet på följande sätt:

H: 1s¹
Han: 1s²
Li: 1s² , 2s¹
Var: 1s² , 2s²
B: 1s² , 2s², 2 s¹ (1s² , 2s², [2 s_x¹)
C: 1s² , 2s², 2 s² (1s² , 2s², [2 s_x¹, 2 s_Y¹])
N: 1s² , 2s², 2 s³ (1s² , 2s², [2 s_x¹, 2 s_Y¹, 2 s_z¹])
O: 1s² , 2s², 2 s⁴ (1s² , 2s², [2 s_x², 2 s_Y¹, 2 s_z¹])
F: 1s² , 2s², 2 s⁵ (1s² , 2s², [2 s_x², 2 s_Y², 2 s_z¹])
Ne: 1s² , 2s², 2 s⁶ (1s² , 2s², [2 s_x², 2 s_Y², 2 s_z²])

Som vi ser i dessa exempel fylls nivåerna med mindre energi först, som i detta fall är s-nivåerna och sedan p-nivån.

Vi kan också observera att mättnaden av nivåerna sker med de inerta gaserna Helium och Neon.

I många periodiska tabeller hittar vi som en del av data den elektroniska strukturen för energinivåerna, och Kort sagt, vi hittar inom parentes det inerta elementet före elementet och sedan resten av nivåerna orbitaler.

När det gäller natrium kan vi till exempel se det representerat på något av dessa två sätt:

Na: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s¹
Na: [Ne], 3s¹

Om vi ​​nu tittar på diagrammet för undernivåerna ser vi till exempel att i element, som kalium eller Trots att kalcium ligger på nivå 4 kommer det inte att uppta det tredje delnivån, eftersom det har högre energi än nivå 4s. Så enligt Bohrs regel kommer nivå 4 att vara upptagen först före 3d:

K: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s¹ - [Ar], 4s¹
Ca: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s² - [Ar], 4s²
Sc: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s¹, 3d¹ - [Ar], 4s¹, 3d¹
Ti: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d² - [Ar], 4s², 3d²

Sekvensen av orbitalernas ordning enligt Aufbau-principen och som vi kan härleda genom att observera diagonalerna i diagrammet skulle vara följande:

1s², 2s², 2 s⁶, 3s², 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰, 5 s⁶, 6s², 4f¹⁴, 5 d¹⁰, 6p⁶, 7s²

Exempel på Aufbau-principen

Representation av de elektroniska nivåerna för vissa element enligt Aufbau-principen:

Ja: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s², 3p² - [Ne], 3s², 3p²
P: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s², 3p⁴ - [Ne], 3s², 3p⁴
Ar: P: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s², 3p⁶ - [Ne], 3s², 3p⁶
V: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d³ - [Ar], 4s², 3d³
Tro: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d⁶ - [Ar], 4s², 3d⁶
Zn: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰ - [Ar], 4s², 3d¹⁰
Ga: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p¹ - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p¹
Ge: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p² - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p²
Br: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁵ - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p⁵
Kr: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶ - [Ar], 4s², 3d¹⁰, 4p⁶
Rb: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s¹ - [Kr], 5s¹
Sr: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s² - [Kr], 5s²
Y: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹ - [Kr], 5s², 4d¹
Zr: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d² - [Kr], 5s², 4d²
Ag: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹ - [Kr], 5s², 4d⁹
Cd: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰ - [Kr], 5s², 4d¹⁰
I: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹, 5 s⁵ - [Kr], 5s², 4d⁹, 5 s⁵
Xe: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰, 5 s⁶ - [Kr], 5s², 4d¹⁰, 5 s⁶
Cs: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d⁹, 5 s⁶, 6s¹ - [Xe], 6s¹
Ba: 1s² , 2s², 2 s⁶, 3s² , 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, 4p⁶, 5s², 4d¹⁰, 5 s⁶, 6s² - [Xe], 6s²