Quel est le principe Aufbau?

Le principe Aufbau est un procédé d'expliquer les agencements des électrons dans les atomes de différents éléments chimiques. Atomic théorie peut être complexe et difficile, mais ce principe fournit un ensemble de règles simples qui peuvent expliquer les électrons configurations de la grande majorité des éléments. Le terme vient d'un mot allemand qui signifie «construire sur," et se réfère à la façon dont les électrons sont ajoutés aux atomes allant de léger à des éléments plus lourds. Le principe n'est pas parfait, et il y a quelques exceptions, mais c'est un outil très utile pour l'apprentissage de la structure atomique.

Des coquillages, des sous-shells et Orbitales

Pour comprendre le principe Aufbau, il est nécessaire d'examiner d'abord la structure de l'atome. Les électrons peuvent être déclaré en orbite autour de la charge positive noyau , mais il y a certaines règles qui dictent la façon dont ils peuvent être organisées. Dans le modèle généralement accepté, ils occupent coquilles , ce qui peut être considéré comme concentrique, autour du noyau. Dans ceux-ci sont sous-couches , dans lequel sont orbitales .Une orbitale décrit l'espace habité par un électron.

Les coquilles sont numérotés 1, 2, 3, etc, par ordre de distance croissante du noyau - et d'augmenter les niveaux d'énergie - avec les nombres indiquant également combien de sous-couches qu'ils peuvent avoir. Les sous-couches sont étiquetés s, p, d et f, dans le but général de l'énergie possédée par les électrons dans les orbitales qu'ils contiennent.Chacune dispose d'un nombre maximum d'orbitales qu'il peut contenir: s ne possède qu'un seul, p a trois, cinq et d a f a sept, et chaque orbitale peut contenir un maximum de deux électrons. Tous les orbitales dans une sous-couche ont le même niveau d'énergie.

Ceci est résumé dans le tableau ci-dessous:

Des coquillages, des sous-shells et Orbitales
Coquille	Sous-shell	Orbitales	Les électrons maximum
1	s	1	2
2	s	1	2
-	p	3	6
3	s	1	2
-	p	3	6
-	d	5	10
4	s	1	2
-	p	3	6
-	d	5	10
-	f	7	14

Cela montre, par exemple, que la coquille 3 possède une sous-couche s, ap et annonce.Quand il est complètement rempli, il aurait un total de 2 + 6 + 10 = 18 électrons. Laconfiguration électronique d'un élément peut être écrite, par exemple, sous forme de:

1s ² 2s ² 2p ¹

qui est l'élément numéro cinq, le bore . Cela montre le numéro de coque suivi de la lettre de la sous-couche, avec le nombre d'électrons qu'elle contient exposant.

Construire les éléments

Il est possible d'imaginer la construction d'éléments plus lourds en ajoutant progressivement électrons, en commençant par l'élément le plus léger, l'hydrogène (1S ¹ ).Comme les électrons sont ajoutés, ils remplissent orbitales dans les sous-couches à l'intérieur des coquilles. C'est une règle générale que tout système va adopter la configuration qui a l'énergie la plus basse. Bien que ce soit une règle très simple, la détermination de l'arrangement de plus basse énergie, et en expliquant configurations, peut impliquer un grand nombre de complications en raison des interactions entre les particules.Les électrons vont, naturellement, ont tendance à remplir les orbitales d'énergie plus faible avant ceux de l'énergie, et le principe Aufbau cherche à expliquer comment cela se passe.

Les règles

Le principe Aufbau a seulement trois règles:

• Les électrons vont remplir orbitales dans l'ordre croissant de l'énergie - qui est, ils rempliront les plus bas orbitales d'énergie première. Étant donné que toutes les orbitales dans un sous-shell donné ont le même niveau d'énergie, elles doivent toutes être remplies avant le prochain sous-couche commence à se remplir.
• Chaque orbitale peut contenir un maximum de deux électrons, et ceux-ci doivent avoir des spins opposés.
• Lorsqu'il ya deux ou plusieurs orbitales disponibles avec le même niveau d'énergie, aucun d'entre eux sera rempli jusqu'à ce qu'ils aient tous un électron. En d'autres termes, les électrons vont essayer de se répartir uniformément dans les orbitales disponibles de la même énergie lorsque cela est possible.

Dans le cas de la plus simple élément, l'hydrogène, l'un électron se trouve dans une orbitale dans la sous-couche s. L'élément suivant, l'hélium , a un second électron qui va dans le même orbitale: 1s ² . Le orbital, le s sous-shell et la coque 1 sont tous maintenant complète. Lithium, avec trois électrons, a la même configuration que l'hélium, mais avec un électron supplémentaire dans la sous-couche s de la coquille 2, car c'est la plus faible énergie orbitale disponible: 1s ² 2s ¹ .

Sauter un couple d'éléments, carbone , avec six électrons, a un 1s ² 2s ² 2p ² configuration: les deux sous-couches s sont remplis, de sorte que les deux électrons restants vont dans la sous-couche p. Ils iront dans des orbitales différentes, selon la règle du tiers du principe Aufbau.

Exceptions

Comme éléments deviennent plus lourds, leurs arrangements d'orbitales deviennent plus complexes et, parfois, les interactions entre les électrons peuvent produire des exceptions au principe Aufbau. Les règles sont valables jusqu'à ce que l'élément numéro 24, le chrome.C'est l'un des rares éléments qui ne sont pas tout à fait conformes. Il laisse sa sous-couche 4s vacants, alors qu'il ya cinq électrons dans la prochaine sous-shell, parce que, dans ce cas inhabituel, il s'agit d'une configuration d'énergie légèrement inférieure à celle prévue par les règles. D'autres exceptions sont le cuivre et l'argent.

Utilise

Malgré les exceptions, le principe Aufbau est utile dans les cours de chimie où les élèves découvrent les règles fondamentales sur la structure atomique et les propriétés des éléments. Un tableau ou un diagramme peuvent être utilisés pour montrer comment le principe fonctionne pour les différents éléments d'exemple. Cela montrera habituellement les coquilles, sous-couches et orbitales d'une manière qui illustre clairement la façon dont ils sont remplis.