اصل Aufbau چیست؟

اصل Aufbau بیان می کند که الکترون ها ابتدا لایه های الکترونی کم انرژی را در یک اتم خنثی پر می کنند. الکترون ها اوربیتال ها را از اوربیتال های کم انرژی تا اوربیتال های پر انرژی پر می کنند. اصل Aufbau به تعیین ساختار الکترونیکی اتم کمک می کند.

پوسته های سفارش کلی پر می شوند: 1s، 2s، 2p، 3s، 3p، 4s، 3d، 4p، 5s، 4d، 5p، 6s، 4f، 5d، 6p.. این سفارش نیز به صورت بصری در زیر نشان داده شده است.

هنگامی که می خواهید ترتیب اوربیتال های d و f را به خاطر بسپارید، توجه به چند الگو ممکن است مفید باشد. اوربیتال p- و s- همیشه دارای همان عدد اصلی سطح انرژی ردیفی هستند که در آن قرار دارند. هنگامی که بلوک d وارد بازی می شود، عدد سطح انرژی اصلی آن همیشه یک کمتر از عدد ردیف یا مقدار آن خواهد بود. s- بلاک آن می آید. برای بلوک f، عدد اصلی سطح انرژی همیشه دو کمتر از ردیف فعلی خواهد بود. نمودار مفیدی از این مفهوم در این صفحه در ساختار الکترونیکی موجود است. راه متفاوتی برای تجسم انرژی های نسبی می توان یافت اینجا.

پوسته s می تواند دو الکترون را در خود نگه دارد. سطح p می تواند 6 الکترون را در خود جای دهد. سطح d می تواند 10 الکترون را در خود جای دهد. و در نهایت، اوربیتال f تا 14 الکترون را نگه می دارد.

هنگام پر کردن اوربیتال ها، اصل طرد پائولی و قانون هاند نیز باید رعایت شود.

کلمه Aufbau از کلمه آلمانی گرفته شده است ساختن یا ساخت و ساز. الکترون‌های یک اتم باید از پایین‌ترین سطح انرژی تا بالاترین سطح انرژی ساخته شوند.

قانون مادلونگ

راه دیگر برای تعیین اینکه کدام اوربیتال بعدی پر می شود استفاده از مقدار است n + ل. n سطح انرژی اصلی یا عدد کوانتومی اصلی است. ل نوع مداری یا عدد کوانتومی ازیموتال است – s=0، p=1، d=2 و f=3. هر اوربیتال کمترین را دارد n+ل ابتدا مقدار پر می شود. اگر دو اوربیتال دارای مقدار یکسانی باشند، اوربیتالی که مقدار n کمتری دارد ابتدا پر می شود.

استثنائات قانون Aufbau

چند استثنا برای اصل Aufbau وجود دارد. اینها عمدتاً از اتم های بلوک های d- (فلزات واسطه) و f- (لانتانیدها و اکتینیدها) جدول تناوبی می آیند. استثناها نیز معمولاً از عناصری با عدد اتمی بیشتر از 40 می آیند. این استثناها به این دلیل اتفاق می افتد که پایداری اوربیتال های نیمه و کاملاً پر شده است که انرژی کلی اتم را کاهش می دهد. در این موارد، پایداری افزایش می یابد زیرا الکترون ها می توانند از یکدیگر دورتر باشند. علاوه بر این، اختلاف انرژی بین اوربیتال ها در اعداد اتمی بالاتر کمتر است.

تعدادی از عناصر با استثنا:

• Chromium (Cr) خواهد بود [Ar]3 بعدی⁵4s¹ به جای انتظار [Ar]3 بعدی⁴4s². این به این دلیل است که از داشتن اوربیتال های نیمه پر نسبت به اوربیتال های نیمه پر، ثبات بیشتری وجود دارد.
• مس، نقره و طلا (همه در ستون 11) همگی دارای الکترونی هستند که انتظار می رود در اوربیتال s باشد که به جای آن به اوربیتال d می رود.
• اینها چند مورد استثنا هستند، برخی از عناصر دیگر که استثنا دارند پالادیوم، مولیبدن، رودیوم و پلاتین هستند.

علاوه بر این، بر اساس قانون Aufbau، الکترون‌ها همیشه اتم‌ها را از پوسته بالاترین انرژی خارج نمی‌کنند. وقتی یک الکترون ترک می‌کند، اتم به یون تبدیل می‌شود و قانون Aufbau دیگر قابل اجرا نیست.

مثال تنظیمات الکترون با استفاده از اصل Aufbau

پیکربندی الکترون کربن

عدد اتمی کربن 6 است. بنابراین کربن شش الکترون دارد. طبق اصل Aufbau، از پوسته کم انرژی، 1s که 2 الکترون را در خود جای می دهد، شروع به پر کردن می کنیم. اکنون 4 الکترون باقی مانده است. دو الکترون بعد به اوربیتال 2s می روند. و دو الکترون باقی مانده به اوربیتال 2p می روند. نوشته شده، پیکربندی الکترون 1s است²2 ثانیه²2p².

پیکربندی الکترون کلسیم

عدد اتمی کلسیم 20 است بنابراین کلسیم بیست الکترون دارد. به جای اینکه پوسته به پوسته را تا بیست بشماریم، می توانیم ساده سازی کنیم. می دانیم که پوسته اول 2 الکترون را در خود جای می دهد. و پوسته بعدی 8 الکترون را در خود جای می دهد. این باعث می شود 10 الکترون برای ما باقی بماند. این شبیه به استفاده از روش مختصر پیکربندی الکترون است. تاکنون پیکربندی گاز نجیب نئون (LINK) را نوشته ایم. با این حال، کلسیم در ردیف چهارم قرار دارد، بنابراین می‌توانیم به پیکربندی گاز نجیب آرگون نیز بپریم. پس از آن 2 الکترون باقی می ماند. کم انرژی ترین پوسته بعدی 4s است.

پس پیکربندی الکترونی کلسیم 1 ثانیه است²2 ثانیه²2p²3s²3p²4s² یا [Ar]4s².

پیکربندی الکترون برم

برم در ردیف چهارم جدول تناوبی قرار دارد و عدد اتمی آن 35 است. با استفاده از نمودار بالا می توانیم تا 35 الکترون بشماریم. ردیف 1 دو الکترون به ما می دهد. ردیف 2 هشت الکترون دارد، مانند ردیف سه. این کل 18 الکترون و آرایش الکترونی آرگون (Ar) است. سپس در ردیف 4 حرکت می کنیم. ابتدا 4 ها، سپس بلوک d را می گیریم که عدد انرژی اصلی آن 3 است. شمارش روی برم به ما نشان می دهد که 5 الکترون در بلوک p وجود دارد.

بنابراین، پیکربندی الکترون 1s است²2 ثانیه²2p²3s²3p²4s² 3 بعدی¹⁰4p⁵ یا [Ar]4s² 3 بعدی¹⁰4p⁵.