Принцип Aufbau

Принцип Aufbau

Электроны в атомі заповнюють спочатку найнижчі орбіти, та був більш высокие.

Атом водню влаштований не так важко: один електрон обертається орбітою навколо ядра, що складається з одного протона. Принцип Aufbau (від німецького Aufbau — «будівництво, складання») допомагає нам зрозуміти, як змінюється атомна структура під час переходу від найпростішого атома водню до дедалі складнішим атомам. Він виходить із двох передумов — з квантової механіки, яка пояснює, як функціонують електронні оболонки, розташовані навколо ядра, і з принципу заборони Паулі, за яким два електрона що неспроможні перебувати у одному стані. З цього випливає, що його електронів, що потенційно можуть розташовуватися в одній електронної оболонці атома, обмежена .

Принцип Aufbau працює так: уявімо, що ми створюємо атомні структури — починаючи з водню ми щоразу додаємо до ядру за одним протону (і відповідне кількість нейтронів), одержуючи атоми більшого розміру. Кожен раз, ми додаємо до ядру позитивно заряджений протон, необхідно й ті додатковий електрон. Принаймні переходу від маленьких атомів до великим вільні місця в електронній орбитали заповнюються, і змушені поміщати черговий електрон на першої позиції у наступній доступною орбитали (див. Атом Бору). Щось схоже ми бачимо, коли муляр, ладу стіну, цегла за цеглою викладає один ряд починає следующий.

Принцип Aufbau безпосередньо випливає з принципу заборони Паулі, за яким два електрона в атомі що неспроможні перебувати у однаковому стані, — хоча це зв’язок який завжди сумнівів не викликала. Тобто електрони на атомних орбиталях чимось нагадують автомобілі на паркуванні — якщо місце вже не зайнято, треба знайти собі інше, вільне, місце. Так само, ми будуємо складний атом, якщо місця нижчих орбітах вже зайняті, електрони можуть забрати місце лише з вищої орбите.

Чтобы зрозуміти, як працює принцип Aufbau, треба зазначити ще одне річ — що електрони мають спіном. Уявіть, що електрони обертаються навколо своєї осі як і, наче земля обертається навколо осі, що проходить через її полюси. У цьому електрони часто утворюють пари — один обертається по годинниковий стрілці, інший против.

На наступному рівні складності після атома водню перебуває атом гелію, що у нормальний стан має у ядрі два протона і двоє нейтрона. Цей другий електрон, який «Нам потрібно додати, щоб отримати атом гелію, ми можемо помістити ту орбиталь, що перший — при цьому нам просто потрібно надати йому протилежний спін; у своїй два електрона будуть спарені. Отже, в відповідно до принципу Aufbau, обидва електрона в атомі гелію перебувають у нижчою доступною орбитали, але мають протилежні спини. Це твердження було підтверджено экспериментально.

Следующий елемент, літій, має у своєму ядрі три протона (і звичайно чотири нейтрона), отже, у його атом має бути три електрона. Проте нижча електронна оболонка вже заповнена, тому додатковий електрон має зайняти місце на рівня вище. У берилію (чотири протона) додатковий електрон буде спарений з третім електроном, — цим, що брав участь освіти лития.

Так ми можемо продовжувати заповнювати другу оболонку, де є для чотирьох пар електронів. (Елемент з десятьма електронами, двома на нижчому рівні, і вісьмома на наступному рівні, — неон.) Нині можна перейти втретє електронний рівень. Атом з однією електроном в таких межах — натрій, а якщо рівень заповниться, ми одержимо атом аргону. Після цього, відповідно до положеннями квантової механіки, орбитали стають трохи складніше — цього разу третьої оболонці, наприклад, можуть розташовуватися дев’ять пар електронів, але в четвертої і вищих рівнях ще більше. Проте виконується той самий основний принцип. На кожної оболонці є лише певної кількості електронних пар, і тільки рівень заповнюється, принцип Aufbau каже нам, що треба пересуватися на следующий.

Принцип Aufbau також пояснює регулярність хімічних властивостей елементів, відкриту Дмитром Менделєєвим і впорядковану їм у його періодичної системе.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із сайту internet.