Mikä on Aufbau-periaate?

Aufbau-periaate, joka tunnetaan myös nimellä »sahasääntö», on erittäin hyödyllinen järjestelmä, jonka avulla voimme ennustaa elementin elektronisen konfiguraation. Sana Aufbau tulee saksankielisestä verbistä, joka tarkoittaa ”rakentaa”, ja itse asiassa tämän periaatteen tavoitteena on ”auttaa rakentamaan atomia”.

Tämä periaate opettaa meille joukon ohjeita, jotka liittyvät elektronien sijaintiin atomin kiertoradalla.

Tämän periaatteen ominaisuudet

• Vakaissa atomeissa on yhtä monta elektronia kuin protoneja ytimessä. Elektronit kerääntyvät ytimen ympärille kvanttiradalla noudattaen neljää perussääntöä, joita kutsutaan Aufbau-periaatteeksi.
• Atomin kahdella elektronilla ei ole samaa neljää kvanttilukua n, l, m ja s.
• Elektronit miehittävät ensin alimman energiatason kiertoradat.
• Elektronit täyttävät kiertoradan samalla spinnumerolla, kunnes kiertorata on täytetty. Tämä tapahtuu ennen kuin se alkaa täyttyä vastakkaisella pyöräytysnumerolla.
• Pystymme myös tavoittamaan alikuoret, joiden muodot riippuvat atsimuuttikvanttiluvusta ja magneettiluvusta m.
• Atomin kahdella elektronilla ei ole samaa neljää kvanttilukua n, l, m ja s.

4 kvanttilukua

• Pääkvanttiluku (n) kuvaa kiertoradan kokoa ja määrää suurelta osin sen energian (Elektronin keskimääräinen etäisyys ytimestä. Tämä voi saada vain positiivisia arvoja.

• Kulmaliikemäärä tai atsimuuttikvanttiluku (l) määrittää kiertoradan muodon . Jokaisella pääluvulla (n) on tasot ja alitasot, mutta jokainen näistä orbitaaleista säilyttää saman kvanttiluvun. Jokaiselle arvolle (l) annetaan numerot sekaannusten välttämiseksi.

• Magneettinen kvanttiluku (m) kuvaa elektronin kiertoradan liikkeen suuntaa avaruudessa ja osoittaa kunkin alitason sisältämien kiertoratojen lukumäärän.

• Elektronin spinin tai spinin lukumäärä (s). Sen kiertoradat on esitetty pallomaisessa muodossa, tällä numerolla on arvot -1/2 ja +1/2, jotka osoittavat elektronin mahdolliset spinit omalla akselillaan.

Kuinka soveltaa Aufbau-periaatetta?

1. Kirjoita sarake s-orbitaaleista 1-8.
2. Kirjoita toinen sarake p-orbitaaleille, jotka alkavat arvosta n = 2. (1p ei ole kvanttimekaniikan sallima orbitaaliyhdistelmä.)
3. Kirjoita sarake d-orbitaaleille, jotka alkavat arvosta n = 3.
4. Kirjoita lopullinen sarake 4f:lle ja 5f:lle. Ei ole kohteita, jotka tarvitsevat 6f- tai 7f- kuoren täyttääkseen.
5. Lue taulukko ajamalla diagonaalit kohdasta 1. Kaavio näyttää tämän taulukon ja nuolet osoittavat tien. Nyt kun tiedämme täytettävien orbitaalien järjestyksen, meidän tarvitsee vain muistaa kunkin kiertoradan koko.

S-orbitaalien mahdollinen arvo on m kahden elektronin pitämiseksi.
P-orbitaaleilla on kolme mahdollista m:n arvoa kuuden elektronin pitämiseksi.
D-orbitaaleilla on viisi mahdollista m:n arvoa 10 elektronin pitämiseksi.
F-orbitaaleilla on seitsemän mahdollista m:n arvoa 14 elektronin pitämiseksi.
Tämä on kaikki mitä tarvitset elementin vakaan atomin elektronisen konfiguraation määrittämiseksi.

Otetaan esimerkiksi alkuaine typpi, jossa on seitsemän protonia ja siten seitsemän elektronia.

Ensimmäinen täytettävä orbitaali on 1s-kiertorata. S-orbitaali sisältää kaksi elektronia, joten jäljelle jää viisi elektronia.

Seuraava orbitaali on 2s-orbitaali ja sisältää kaksi seuraavaa. Kolme viimeistä elektronia menevät 2p-kiertoradalle, joka voi sisältää jopa kuusi elektronia.

Lähteet

Aufbaun periaate (video) . Khan Akatemia. Saatavilla osoitteessa https://es.khanacademy.org/science/chemistry/electronic-structure-of-atoms/electron-configurations-jay-sal/v/the-aufbau-principle  González, A. Aufbau Principle. elinikäinen. Saatavilla osoitteessa https://www.lifeder.com/principio-aufbau/ .