مبدأ Aufbau مفهوم وشرح ، أمثلة

ال مبدأ أوفباو وهو يتألف من دليل مفيد للتنبؤ نظريًا بالتكوين الإلكتروني لعنصر ما. الكلمة AUFBAU فإنه يشير إلى الفعل الألماني "بناء". والقواعد التي يمليها هذا المبدأ تهدف إلى "المساعدة في بناء الذرة".

عند الحديث عن التركيب الذري الافتراضي ، فإنه يشير بشكل حصري إلى الإلكترونات ، والتي بدورها تسير جنبًا إلى جنب مع العدد المتزايد من البروتونات. تحدد البروتونات الرقم الذري Z لعنصر كيميائي ، ولكل إضافة إلى النواة ، يضاف إلكترون لتعويض هذه الزيادة في الشحنة الموجبة.

على الرغم من أنه يبدو أن البروتونات لا تتبع أمرًا ثابتًا للانضمام إلى نواة الذرة ، إلا أن الإلكترونات تتبع سلسلة من الشروط ، بحيث تحتل أولاً مناطق ذرة الطاقة المنخفضة ، خاصة تلك التي يوجد فيها احتمال العثور عليها في الفضاء. أكبر: المدارات.

يساعد مبدأ Aufbau ، إلى جانب قواعد التعبئة الإلكترونية الأخرى (مبدأ استبعاد Pauli وقاعدة Hund) ، في تحديد الترتيب الذي يجب أن تضاف إليه الإلكترونات في السحابة الإلكترونية ؛ وبهذه الطريقة ، يمكن تعيين تكوين إلكتروني لعنصر كيميائي محدد.

مؤشر

• 1 المفهوم والشرح
  • 1.1 الطبقات والطبقات الفرعية
  • 1.2 مبدأ استبعاد باولي وحكم هوند
• 2 أمثلة
  • 2.1 الكربون
  • 2.2 الأكسجين
  • 2.3 الكالسيوم
• 3 قيود مبدأ Aufbau
• 4 المراجع 

مفهوم وتفسير

إذا تم اعتبار الذرة كأنها بصل ، فسيكون ضمنها كمية محدودة من الطبقات ، يحددها العدد الكمي الرئيسي n.

فيما وراءها ، هناك طبقات فرعية تعتمد أشكالها على أعداد الكم السمتي والمغناطيسي.

يتم تحديد المدارات من خلال الأرقام الكمومية الثلاثة الأولى ، في حين ينتهي الرقم الرابع ، وهو الدوران ، في الإشارة إلى المدار الذي سيكون فيه الإلكترون. عندها تدور الإلكترونات في هذه المناطق من الذرة ، من الطبقات الأعمق إلى أبعد الحدود: طبقة التكافؤ ، والأكثر نشاطًا على الإطلاق.

إذا كان الأمر كذلك ، فبأي ترتيب ينبغي أن تملأ الإلكترونات المدارات؟ وفقًا لمبدأ Aufbau ، يجب تعيينهم وفقًا للقيمة المتزايدة (n + l).

أيضًا ، داخل الطبقات الفرعية (n + l) يجب أن تحتل الإلكترونات الطبقة الفرعية بأقل قيمة للطاقة ؛ وبعبارة أخرى ، فإنها تحتل أدنى قيمة n.

وفقًا لقواعد البناء هذه ، طورت Madelung طريقة مرئية تتكون في تتبع الأسهم القطرية ، والتي تساعد على تكوين التكوين الإلكتروني للذرة. في بعض المجالات التعليمية ، تُعرف هذه الطريقة أيضًا باسم طريقة المطر.

الطبقات والطبقات الفرعية

توضح الصورة الأولى طريقة رسومية للحصول على التكوينات الإلكترونية ، في حين أن الصورة الثانية هي طريقة Madelung المعنية. توجد الطبقات الأكثر نشاطًا في الأعلى والأقل نشاطًا في الاتجاه الهبوطي.

من اليسار إلى اليمين ، يتم "نقل" الطبقات الفرعية s و p و d و f لمستويات الطاقة الرئيسية المقابلة لها. كيف يتم حساب قيمة (n + l) لكل خطوة مميزة بالسهام القطرية؟ على سبيل المثال ، بالنسبة إلى المدار 1s ، يكون هذا الحساب مساويًا (1 + 0 = 1) ، للمداري 2s (2 + 0 = 2) ، وللمدار 3p (3 + 1 = 4).

نتيجة هذه الحسابات تنشأ بناء الصورة. لذلك ، إذا لم يكن متوفراً في متناول اليد ، يكفي تحديد (n + l) لكل مداري ، مع البدء في ملء المدارات بالإلكترونات من الإلكترون بأقل قيمة (n + l) إلى الحد الأقصى للقيمة.

ومع ذلك ، فإن استخدام طريقة Madelung يسهل إلى حد كبير بناء التكوين الإلكتروني ويجعلها نشاطًا ترفيهيًا لأولئك الذين يتعلمون الجدول الدوري.

مبدأ استبعاد باولي وحكم هوند

لا تشير طريقة Madelung إلى مدارات الطبقات الفرعية. مع الأخذ في الاعتبار ، ينص مبدأ الاستبعاد الخاص بـ Pauli على أنه لا يمكن لأي إلكترون أن يكون له نفس الأرقام الكمومية الموجودة في أرقام أخرى ؛ أو ما هو نفسه ، زوج من الإلكترونات لا يمكن أن يكون كل من يدور إيجابية أو سلبية.

هذا يعني أن أعدادهم من اللفات يدور لا يمكن أن تكون متساوية ، وبالتالي ، يجب أن تتطابق مع يدورهم لشغل نفس المداري.

من ناحية أخرى ، يجب أن يتم ملء المدارات بطريقة تتحول إلى طاقة (قاعدة هوند). ويتحقق ذلك من خلال إبقاء جميع الإلكترونات من المدارات غير مزاوجة ، حتى يكون من الضروري للغاية إقران زوج من هذه (كما هو الحال مع الأكسجين).

أمثلة

الأمثلة التالية تلخص المفهوم الكامل لمبدأ Aufbau.

كربون

لتحديد التكوين الإلكتروني ، يجب أن نعرف أولاً الرقم الذري Z ، وبالتالي عدد الإلكترونات. يحتوي الكربون على Z = 6 ، لذلك من الضروري تحديد موقع إلكتروناته الستة في المدارات باستخدام طريقة Madelung:

السهام تتوافق مع الإلكترونات. بعد ملء المدارات 1s و 2s ، ولكل منهما إلكترونان ، يتم تعيين الإلكترونين المتبقيين إلى المدارات 2p بالاختلاف. هكذا يظهر حكم هوند نفسه: مداريان متدهوران وآخر فارغ.

أكسجين

يحتوي الأكسجين على Z = 8 ، لذلك يحتوي على إلكترونين إضافيين ، على عكس الكربون. يجب وضع أحد هذه الإلكترونات في المدار 2p الفارغ ، ويجب إقران الآخر لتشكيل الزوج الأول ، مع توجيه السهم نحو الأسفل. وبالتالي ، يتجلى مبدأ الاستبعاد الذي قام به باولي هنا.

الكلسيوم

يحتوي الكالسيوم على 20 إلكترونًا ، وتمتلئ المدارات أيضًا بنفس الطريقة. ترتيب التعبئة على النحو التالي: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

يمكن ملاحظة أنه بدلاً من ملء المدار ثلاثي الأبعاد أولاً ، تشغل الإلكترونات 4s. يحدث هذا قبل فتح المعادن الانتقالية ، وهي العناصر التي تملأ الطبقة الداخلية ثلاثية الأبعاد.

حدود مبدأ Aufbau

فشل مبدأ Aufbau في التنبؤ بالتكوينات الإلكترونية للعديد من المعادن الانتقالية والعناصر الأرضية النادرة (اللانثانيدات والأكتينيدات).

وذلك لأن اختلافات الطاقة بين المدارات n و (n-1) d منخفضة. بسبب الأسباب التي تدعمها ميكانيكا الكم ، قد تفضل الإلكترونات تنكس المدارات (n-1) d على حساب اختفاء أو طرد الإلكترونات من المدارات ns.

مثال شهير هو حالة النحاس. التكوين الإلكتروني الذي تنبأ به مبدأ Aufbau هو 1s²2S²2P⁶3S²3P⁶4S²3D⁹, عندما يكون ذلك تجريبيا قد ثبت أنه 1s²2S²2P⁶3S²3P⁶4S¹3D¹⁰.

في أول واحد ، يكون الإلكترون الانفرادي غير مجزأ في المدار ثلاثي الأبعاد ، في حين يتم إقران جميع الإلكترونات المدارية ثلاثية الأبعاد.

مراجع

1. Helmenstine ، آن ماري ، دكتوراه (15 يونيو 2017). Aufbau تعريف المبدأ. مأخوذة من: thinkco.com
2. البروفيسور ن. دي ليون. (2001). مبدأ Aufbau. مأخوذة من: iun.edu
3. الكيمياء 301. مبدأ Aufbau. مأخوذة من: ch301.cm.utexas.edu
4. حذيفة ارسيوالا و teacherlookup.com. (1 يونيو 2017). في العمق: مبدأ Aufbau مع أمثلة. مأخوذة من: teacherlookup.com
5. بياض ، ديفيس ، بيك وستانلي. الكيمياء. (الطبعة الثامنة). CENGAGE التعلم ، ص 199-203.
6. Goodphy. (27 يوليو 2016). مخطط Madelung. [الشكل]. مأخوذة من: commons.wikimedia.org