Aufbauの概念と説明の原理、例



の アウフバウの原則 それは要素の電子配置を理論的に予測するための有用なガイドから成ります。その言葉 アウフバウ それはドイツ語の動詞「build」を表します。この原則によって定められた規則は「原子を造るのを助ける」ことを意味します.

仮想的な原子構造について言えば、それはもっぱら電子を指しており、電子は増え続ける陽子と密接に関係しています。陽子は化学元素の原子番号Zを定義し、原子核に追加されたそれぞれについて、陽電荷のこの増加を補うために電子が追加されます。.

陽子は原子の核に加わる確立された秩序をたどらないように思われるが、電子は一連の条件をたどるので、それらは最初に低エネルギーの原子の領域を占めます。大きいです：軌道.

Aufbauの原理は、他の電子的な充填規則（Pauliの排除原理とHundの規則）と共に、電子を電子雲に追加しなければならない順序を確立するのに役立ちます。このようにして、特定の化学元素の電子配置を割り当てることが可能です。.

索引

  • 1概念と説明
    • 1.1レイヤーとサブレイヤー
    • 1.2パウリ排除の原則とフントの支配
  • 2例
    • 2.1カーボン
    • 2.2酸素
    • 2.3カルシウム
  • 3 Aufbau原則の制限
  • 4参考文献 

概念と説明

原子があたかもそれがタマネギであるかのように考えられるならば、それは主量子数nによって決定される層のこの有限量内にあるでしょう.

その向こう側には副層があり、その形は量子数方位角と磁気数に依存します.

軌道は最初の3つの量子数によって識別されますが、4番目のスピンのそれは電子がどの軌道に位置するかを示すことを終えます。それから、電子がこれらの原子の最も内側の層から最も外側の層へと回転するのは、原子価層、すべての中で最もエネルギーの高い領域です。.

もしそうなら、電子はどのような順序で軌道を満たすべきですか？ Aufbauの原理によれば、それらは増加する値（n + 1）に従って割り当てられなければなりません。.

また、副層（ｎ ＋ １）内で、電子は最低のエネルギー値を有する副層を占有しなければならない。言い換えれば、それらはnの最小値を占めます。.

これらの構築規則に従って、Madelungは斜めの矢印をトレースすることからなる視覚的方法を開発しました。そして、それは原子の電子配置を構築するのを助けます。いくつかの教育分野では、この方法は雨の方法としても知られています。.

レイヤーとサブレイヤー

最初の画像は電子構成を取得するためのグラフィカルな方法を示し、2番目の画像はそれぞれのMadelungの方法です。最もエネルギーの高い層は上にあり、最もエネルギーの低い層は下方向にあります.

左から右に、それらの対応する主エネルギー準位の副層ｓ、ｐ、ｄおよびｆは「遷移」している。斜めの矢印でマークされた各ステップの（n + l）の値を計算する方法例えば、1s軌道の場合、この計算は（1 + 0 = 1）、2s軌道の場合（2 + 0 = 2）、3p軌道の場合（3 + 1 = 4）に等しくなります。.

これらの計算結果は、画像の構成に由来します。したがって、それが手元にない場合は、各軌道について（n + 1）を決定し、（n + 1）の最小値を持つ電子から最大値まで電子を軌道に充填し始めます。.

しかしながら、Madelung法の使用は、電子的構成の構築を非常に容易にし、それを周期表を学んでいる人々にとって面白い活動にする。.

パウリ排除の原則とフントの支配

Madelung法は、副層の軌道を示しません。それらを考慮に入れると、パウリの排除原理は、どの電子も他と同じ量子数を持つことができないと述べている。あるいは同じこと、電子対は両方のスピンを正または負にすることはできません。.

これは、それらのスピンの量子数が等しくなることができないことを意味し、したがって、それらは同じ軌道を占有するためにそれらのスピンと一致しなければならない.

一方、軌道の充填は、エネルギーが縮退するように行わなければなりません（Hundの法則）。これは、厳密にこれらの対をペアにすることが必要になるまで（酸素と同様に）、軌道のすべての電子を不対に保つことによって達成されます。.

例

以下の例は、Aufbauの原理の全体概念を要約しています。.

カーボン

その電子配置を決定するために、我々は最初に原子番号Z、そしてそれ故に電子の数を知る必要があります。炭素はZ = 6なので、Madelung法を使って軌道上の6つの電子の位置を特定する必要があります。

矢印は電子に対応しています。それぞれ2つの電子で1sと2sの軌道を満たした後、残りの2つの電子は差によって2p軌道に割り当てられます。これが、Hundの規則が2つの縮退軌道と1つの空軌道を表していることです。.

酸素

酸素はZ = 8なので、炭素とは異なり2つの追加電子を持っています。これらの電子のうちの1つは空の2p軌道に置かれなければなりません、そして、もう一方は下向きの矢印で最初の対を形成するために対にされなければなりません。その結果、パウリの排除原理はここに現れます。.

カルシウム

カルシウムには20個の電子があり、軌道も同じ方法で埋められます。充填順序は次のとおりです。1s-2s-2p-3s-3p-4s.

最初に3d軌道を満たすのではなく、電子が4sを占めることに気付くことができます。これは遷移金属、内層3dを満たす要素を開く前に起こります.

Aufbau原理の限界

Aufbau原理は多くの遷移金属と希土類元素（ランタニドとアクチニド）の電子配置を予測できない.

これは、ns軌道と（n-1）d軌道のエネルギー差が小さいためです。量子力学によって支持されている理由のために、電子は、ns軌道から電子を消滅させるかまたは取り除くことを犠牲にして、軌道（n-1）dを縮退させることを好むかもしれない。.

有名な例は銅の場合です。 Aufbauの原理によって予測されるその電子配置は1sです。22秒22p63秒23p64秒23D9, 実験的にそれが1秒であることが示されたとき22秒22p63秒23p64秒13D10年.

最初のものでは孤立電子は3d軌道で不対になっていますが、2番目のものでは3d軌道のすべての電子は対になっています.

参考文献

  1. Helmenstine、Anne Marie、Ph.D. （2017年6月15日）オーフバウの原理定義。撮影者：thoughtco.com
  2. N・デ・レオン教授。 （2001）。 Aufbauの原理撮影者：iun.edu
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  5. ホワイト、デイビス、ペック、スタンレー。化学（第8版）。 CENGAGEラーニング、p 199-203.
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