궤도에서 전자를 채우는 규칙 - Aufbau 원리
소개
aufbau 원칙 때때로 Aufbau 규칙으로 알려진 독일 Aufbauprinzip (Building-Up Principle)에서 파생 된 것은 전자가 원자 또는 이온 접근 가능한 에너지 서브 쉘의 지상 상태에서 가장 낮은 상태에서 가장 낮은 다음 에너지 서브 쉘을 차지한다고 주장합니다. 예를 들어, 인 원자는 구성 1S2 2S2 2P6 3S2 3P3을 갖는데, 이는 1S 서브 쉘에 2 개의 전자가 있음을 나타냅니다.
.Hund의 규칙 및 Pauli 배제 원리와 같은 다른 원자 물리학 원칙은 전자 행동을 설명하는 데 도움이됩니다. Hund의 규칙에 따르면, 동일한 에너지의 많은 궤도에 접근 할 수 있다면 전자는 두 번 점유되기 전에 독특한 궤도를 단독으로 점유합니다. 이중 직업이 발생하면 Pauli 배제 원리는 동일한 궤도의 전자가 다른 스핀 (+½ 및 -1/2)을 갖도록 지시합니다.
더 높은 원자 수로 한 요소에서 다음 요소로 이동할 때, 하나의 양성자 및 하나의 전자가 매번 중성 원자에 첨가됩니다. 모든 쉘은 최대 2n 전자를 가질 수 있으며, 여기서 N은 1 차 양자 수입니다. 2 (2L + 1)은 서브 쉘 (S, P, D 또는 F)의 최대 전자 수이며, 여기서 L =0, 1, 2, 3… 결과적 으로이 서브 쉘은 각각 최대 2, 6, 10 또는 14 전자를 가질 수 있습니다. 전자 구성은 총 수가 원자 수와 같을 때까지 가장 낮은 접근 가능한 서브 쉘에 전자를 추가하여 접지 상태에 구축 할 수 있습니다. 결과적으로, 전자 구성 예측에 도움이되는 두 가지 광범위한 기준에 따라 서브 쉘은 에너지 증가 순서로 채워집니다.
- 서브 쉘은 N + L 값을 증가시키기 위해 전자에 할당됩니다. .
- 두 서브 쉘이 동일 할 때
n + l 값, 전자는 더 낮은 n과 함께 서브 쉘에 할당됩니다.
핵 쉘 모델, aufbau 원리의 변화 , 원자 핵에서 양성자 및 중성자의 구성을 예측합니다.
Aufbau 원칙 순서 :
Aufbau 원칙은 에너지가 높은 궤도가 효과적인 핵 전하가 낮다는 가정에 근거합니다. 궤도의 전자는 음전하의 구름처럼 행동합니다. 전자가 많을수록 클라우드는 더 부정적인 것입니다. 따라서 전자가 에너지 궤도로 떨어지면 유효 핵 전하를 줄이고 다른 전자를 남은 궤도에 끌어냅니다. Aufbau는 궤도에서 전자를 채우기위한 규칙에 대해 많은 중요한 사항을 제공했습니다 .
종합하면,이 두 가지 원리는 주어진 원자가 주어진 궤도에서 하나 이상의 전자를 가지지 않을 것임을 암시합니다. 이것은 Bohr의 가정을 설명합니다. 전자는 에너지 증가 순서대로 궤도를 채우고, 궤도 당 하나의 전자, 예외없이.
.Aufbau 원리 또는 Aufbau 시퀀스라고도하는 (n+L) 규칙은 모든 원자 궤도의 에너지를 결정합니다. 이 규칙에 따르면 (n+L)의 값이 낮은 궤도는 먼저 채워 졌다고합니다. 두 개의 궤도가 동일한 N+L을 갖는 경우 N이 더 낮은 N+L이 먼저 채워집니다.
우리가 채우는 첫 번째 궤도는 1s 궤도입니다. 이것은 두 개의 전자로 가득 차 있습니다. 2S 궤도를 채우는 다음 궤도. 또 다른 두 전자로 가득합니다. 채우는 세 번째 궤도는 2p 궤도이며 6 개의 전자가 더 채워집니다. 다음으로 채워야 할 궤도는 3s 및 3p 궤도이며 각각 8 개의 전자로 채워져 있습니다.
다음으로 가장 높은 에너지 수준에는 4 개의 궤도가 있습니다. 우리는 그것들을 다음과 같이 채 웁니다. 4S는 두 개의 전자로 채 웁니다. 4p는 6 개로 채 웁니다. 그런 다음 10 개의 전자로 채워진 4D가 나옵니다. 다음은 8 개의 전자로 채우는 5s입니다. 그런 다음 5D가 나와 14 개가 더 채워집니다. 그리고 마지막으로 5p 충전물이 나옵니다. 18 개 더 전자를 채워서 채워진 궤도 그룹 목록을 완성합니다.
따라서 다음 다이어그램을 사용하여 궤도의 충전을 더 잘 시각화 할 수 있습니다.
우리는 화살표의 꼬리에서 머리로 이동 한 다음 아래 화살표의 꼬리로 이동합니다.
이 순서로 적어두면 궤도 에너지의 순서가 증가하고 전자가 원자에 채워져야하는 순서가 있습니다.
예외 :
Chromium의 전자 구성은 [ar] 3d54s1이며 [ar] 3d44s2 ( aufbau 원리 에 의해 제안 된 바와 같이. ). 이는 반으로 채워진 서브 쉘의 향상된 안정성과 3D와 4S 서브 쉘 사이의 비교적 작은 에너지 간격을 포함한 여러 변수 때문입니다.
반으로 채워진 서브 쉘의 궤도에서 전자-전자 반발은 전자-전자 반발을 감소시킴으로써 안정성을 증가시킨다. 마찬가지로, 채워진 서브 쉘은 원자의 안정성을 향상시킵니다. 결과적으로 일부 원자의 전자 구성은 aufbau 를 무시합니다. 원리 (궤도 사이의 에너지 간격에 따라)
예를 들어, 구리는이 규칙에 대한 예외이며, [AR] 3D104S1에 해당하는 전기 구성이 있습니다. 채워진 3D 서브 쉘에 의해 주어진 안정성은 이것을 설명합니다.
다양한 궤도에서 전자를 채우는 규칙 :
- 헌드의 규칙 : aufbau 원칙 전자는 먼저 가장 낮은 에너지 궤도를 채 웁니다. 낮은 에너지 궤도가 점유 된 후, 전자는 더 높은 에너지 궤도로 이동합니다. 이 규칙의 어려움은 3 개의 2p 궤도와 그 충전 순서에 대한 정보를 제외한다는 것입니다.
헌드의 규칙은 다음과 같습니다.
- 서브 레벨의 궤도가 더블 점유되기 전에 단독으로 점유됩니다.
- 단일 점유 궤도의 모든 전자는 전체 스핀을 극대화하기 위해 동일한 스핀을 가지고 있습니다.
전자는 모든 궤도에 유사한 에너지로 모든 궤도를 채울 수 있기 때문에 반으로 가득 찬 궤도에서 다른 전자와 결합하지 않습니다. 접지 상태의 원자는 많은 수의 짝을 이루지 않은 전자를 가지고 있습니다. 두 개의 전자가 접촉하면 두 개의 자석과 비슷하게 행동합니다. 그들이 짝을 이루기 전에, 전자는 가능한 한 서로 떨어져 가기를 원합니다.
- 궤도 충전도 :궤도 충전도는 특정 원자의 모든 전자가 어떻게 배열되는지 시각적으로 나타냅니다. 개별 궤도는 궤도 충전 다이어그램에서 원 (또는 사각형)으로 표시되며, 궤도 내에서 궤도는 서로 수평으로 그려집니다. 각 Sublevel의 주요 에너지 수준과 Sublevel은 표시됩니다. 링 내부의 화살표는 전자를 나타냅니다. 한 스핀 방향은 화살표가 위쪽을 가리키는 반면, 다른 스핀 방향은 화살표가 아래쪽을 향한 화살표로 표시됩니다.
- Pauli 배제 원리 :Eqn에 의해 주어진 비유 산란 속도. (17)은 Pauli 배제 원리에 따라 FM (k ')이 산란 후 상태 K'내 대역 (서브 밴드) m에 대한 1 입자 분포 함수 인 BTE의 충돌 적분에서 계수 1fm (k ')에 의해 변경되어야한다. >.
- Octet Rule :Octet Rule은 메인 그룹 요소가 원자가 쉘에 8 개의 전자를 갖는 방식으로 연결되는 방식으로 연결되는 경향이있어 고귀한 가스와 유사한 전자 구성을 초래하는 화학 규칙입니다. 이 법은 나트륨 및 마그네슘과 같은 1 차 금속을 포함하여 특히 탄소, 질소, 산소 및 할로겐에 적용됩니다. 다른 법률은 수소 및 헬륨에 대한 듀플렛 규칙 또는 전이 금속에 대한 18- 전자 규칙과 같은 다른 요소에 적용됩니다.
결론
aufbau 원칙 전자 장치를 구성하는 데 사용됩니다 :
- 서면의 황 전자 구성
- 황은 원자가 16을 가지고 있으며, 이는 16 개의 전자가 있음을 나타냅니다.
- aufbau 원칙에 따라 ,이 전자 중 2 개는 1s 서브 쉘에 있고 8 개는 2 및 2p 서브 쉘에 있으며 나머지는 3S와 3P 서브 쉘 사이에 분산됩니다.
결과적으로 황의 전자 구성은 1S22S22P63S23P4로 표현할 수 있습니다.
질소 전자 구성 :
- 질소는 7- 전자 요소입니다 (원자 번호가 7이기 때문에)
- 전자는 1, 2s 및 2p 궤도를 차지합니다.
- 질소의 전자 구성은 1S22S22P3로 작성됩니다.
