Κανόνας των διαγωνίων Τι υπηρετεί, τι συνίσταται, Παραδείγματα

Το διαγώνιος κανόνας είναι μια αρχή κατασκευής που επιτρέπει την περιγραφή της ηλεκτρονικής διαμόρφωσης ενός ατόμου ή ιόντος, ανάλογα με την ενέργεια κάθε τροχιακού ή ενεργειακού επιπέδου. Υπό αυτή την έννοια, η ηλεκτρονική κατανομή κάθε ατόμου είναι μοναδική και δίνεται από τους κβαντικούς αριθμούς.

Αυτοί οι αριθμοί καθορίζουν το χώρο όπου είναι πιο πιθανό να βρίσκονται τα ηλεκτρόνια (αποκαλούμενα ατομικά τροχιακά) και, επιπλέον, να τα περιγράψουμε. Κάθε κβαντικός αριθμός σχετίζεται με μια ιδιότητα των ατομικών τροχιακών, η οποία βοηθά στην κατανόηση των χαρακτηριστικών των ατομικών συστημάτων με τη διάταξη των ηλεκτρονίων τους μέσα στο άτομο και στις ενέργειές τους.

Ομοίως, ο κανόνας των διαγωνίων (επίσης γνωστή ως Madelung κανόνας) βασίζεται σε άλλες αρχές που λόγω της φύσης των ηλεκτρονίων, για να περιγράψουν σωστά τη συμπεριφορά αυτών των χημικών ειδών εντός.

Ευρετήριο

• 1 Για ποιο λόγο χρησιμοποιείται;?
  • 1.1 Ηλεκτρονικές διαμορφώσεις χημικών ειδών
• 2 Από τι συνίσταται;?
• 3 Παραδείγματα
• 4 Εξαιρέσεις
• 5 Αναφορές

Γιατί είναι;?

Αυτή η διαδικασία βασίζεται στην αρχή της Aufbau, το οποίο αναφέρει ότι κατά τη διαδικασία της ενσωμάτωσης του πυρήνα πρωτονίου (ένα προς ένα), όταν σχηματίζονται τα χημικά στοιχεία, τα ηλεκτρόνια προστίθενται επίσης στα ατομικά τροχιακά.

Αυτό σημαίνει ότι όταν ένα άτομο ή ένα ιόν βρίσκεται στην αρχική του κατάσταση, τα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν τους διαθέσιμους χώρους των ατομικών τροχιακών ανάλογα με την ενεργειακή τους στάθμη.

Όταν καταλαμβάνουν τα τροχιακά, τα ηλεκτρόνια τοποθετούνται πρώτα στα επίπεδα που έχουν χαμηλότερη ενέργεια και είναι ακατοίκητα, ώστε να βρίσκονται στην υψηλότερη ενέργεια.

Ηλεκτρονικές διαμορφώσεις χημικών ειδών

Κατά τον ίδιο τρόπο, ο κανόνας αυτός χρησιμοποιείται για να αποκτήσει μια αρκετά ακριβή κατανόηση των ηλεκτρονικών συνθέσεων των στοιχειωδών χημικών ειδών. δηλαδή τα χημικά στοιχεία όταν βρίσκονται στη θεμελιώδη κατάσταση τους.

Έτσι, αποκτώντας μια κατανόηση των διαμορφώσεων που τα ηλεκτρόνια παρουσιάζουν μέσα στα άτομα, μπορεί κανείς να καταλάβει τις ιδιότητες των χημικών στοιχείων.

Η απόκτηση αυτής της γνώσης είναι θεμελιώδης για την αφαίρεση ή την πρόβλεψη των εν λόγω ιδιοτήτων. Ομοίως, οι πληροφορίες που παρέχονται από αυτή τη διαδικασία βοηθούν να εξηγηθεί ο λόγος για τον οποίο ο περιοδικός πίνακας συμφωνεί τόσο καλά με τις έρευνες των στοιχείων.

Από τι συνίσταται;?

Παρόλο που αυτός ο κανόνας ισχύει μόνο για άτομα που βρίσκονται στην αρχική τους κατάσταση, λειτουργεί αρκετά καλά για τα στοιχεία του περιοδικού πίνακα.

Εφαρμόζεται η αρχή του αποκλεισμού Pauli, σύμφωνα με την οποία δύο ηλεκτρόνια που ανήκουν στο ίδιο άτομο δεν είναι σε θέση να κατέχουν τους τέσσερις ίσους κβαντικούς αριθμούς. Αυτοί οι τέσσερις κβαντικοί αριθμοί περιγράφουν κάθε ένα από τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται στο άτομο.

Έτσι, ο αριθμός κύριο κβαντικό (n) καθορίζει το επίπεδο ενέργειας (ή στρώμα) στο οποίο το ηλεκτρόνιο μελετηθεί και αζιμουθιακή κβαντικός αριθμός (ℓ) συνδέεται με τη γωνιακή ορμή και τροχιακές σχήμα λεπτομερώς.

Ομοίως, ο μαγνητικός κβαντικός αριθμός (m_ℓ) εκφράζει τον προσανατολισμό αυτού του τροχιακού στο διάστημα και τον κβαντικό αριθμό περιστροφής (m_s) περιγράφει την κατεύθυνση περιστροφής του ηλεκτρονίου γύρω από τον δικό του άξονα.

Επιπλέον, ο κανόνας του Hund εκφράζει ότι η ηλεκτρονική διαμόρφωση που παρουσιάζει μεγαλύτερη σταθερότητα σε ένα υπο-επίπεδο θεωρείται ότι έχει περισσότερες περιστροφές σε παράλληλες θέσεις.

Με την υπακοή στις αρχές αυτές προσδιορίστηκε ότι η κατανομή των ηλεκτρονίων είναι σύμφωνη με το παρακάτω διάγραμμα:

Σε αυτή την εικόνα οι τιμές του n αντιστοιχούν σε 1, 2, 3, 4 ..., ανάλογα με την ενεργειακή στάθμη. και οι τιμές του Ι αντιπροσωπεύονται από 0, 1, 2, 3 ..., οι οποίες είναι ισοδύναμες με s, p, d και f, αντίστοιχα. Έτσι, η κατάσταση των ηλεκτρονίων στις τροχιές εξαρτάται από αυτούς τους κβαντικούς αριθμούς.

Παραδείγματα

Λαμβάνοντας υπόψη την περιγραφή αυτής της διαδικασίας, παρέχονται μερικά παραδείγματα για την εφαρμογή της.

Πρώτον, για να επιτευχθεί η ηλεκτρονική κατανομή του καλίου (Κ), πρέπει να γνωρίζουμε τον ατομικό αριθμό που είναι 19. δηλαδή, το άτομο καλίου έχει 19 πρωτόνια στον πυρήνα του και 19 ηλεκτρόνια. Σύμφωνα με το διάγραμμα, η διαμόρφωσή του δίνεται ως 1 δευτερόλεπτο²2s²2ρ⁶3s²3ρ⁶4s¹.

άτομα ηλεκτρονική δομή (που έχει περισσότερα από ένα ηλεκτρόνιο στη δομή του) εκφράζεται επίσης ως οι ρυθμίσεις του ευγενούς αερίου ατόμου περισσότερα ηλεκτρόνια που ακολουθούν.

Για παράδειγμα, στην περίπτωση του καλίου εκφράζεται επίσης ως [Ar] 4s¹, επειδή το ευγενές αέριο που προηγείται του καλίου στον περιοδικό πίνακα είναι αργό.

Ένα άλλο παράδειγμα, αλλά σε αυτή την περίπτωση είναι ένα μεταβατικό μέταλλο, είναι εκείνο του υδραργύρου (Hg) που έχει 80 ηλεκτρόνια και 80 πρωτόνια στον πυρήνα του (Z = 80). Σύμφωνα με το σχέδιο κατασκευής, η πλήρης ηλεκτρονική του διαμόρφωση είναι:

1s²2s²2ρ⁶3s²3ρ⁶4s²3d¹⁰4ρ⁶5s²4δ¹⁰5ρ⁶6s²4στ¹⁴5δ¹⁰.

Όπως και με το κάλιο, η διαμόρφωση του υδραργύρου μπορεί να εκφραστεί ως [Xe] 4f¹⁴5δ¹⁰6s², γιατί το ευγενές αέριο που προηγείται του στον περιοδικό πίνακα είναι το ξένον.

Εξαιρέσεις

Ο κανόνας των διαγώνων σχεδιάζεται να εφαρμόζεται μόνο σε άτομα που βρίσκονται σε θεμελιώδη κατάσταση και με ηλεκτρικό φορτίο ίσο με το μηδέν. δηλαδή, ταιριάζει πολύ καλά με τα στοιχεία του περιοδικού πίνακα.

Ωστόσο, υπάρχουν κάποιες εξαιρέσεις για τις οποίες υπάρχουν σημαντικές αποκλίσεις μεταξύ της υποτιθέμενης ηλεκτρονικής διανομής και των πειραματικών αποτελεσμάτων..

Ο κανόνας αυτός βασίζεται στη διανομή των ηλεκτρονίων στα υποεπίπεδα να βρίσκεται υπακούοντας στον n + ℓ, πράγμα που σημαίνει ότι η τροχιακή έχει ένα μέγεθος των n + ℓ μικρό συμπληρώθηκε πριν εκείνοι που παρουσιάζουν μεγαλύτερο μέγεθος αυτής της παραμέτρου.

Ως εξαιρέσεις παρουσιάζονται τα στοιχεία παλλάδιο, χρώμιο και χαλκός, από τα οποία προβλέπονται ηλεκτρονικές διαμορφώσεις που δεν συμφωνούν με τις παρατηρούμενες.

Σύμφωνα με αυτόν τον κανόνα, το παλλάδιο πρέπει να έχει ηλεκτρονική κατανομή ίση με [Kr] 5s²4δ⁸, αλλά τα πειράματα απέδωσαν ίσο με [Kr] 4d¹⁰, που δείχνει ότι η πιο σταθερή διαμόρφωση αυτού του ατόμου συμβαίνει όταν το υποστρώμα 4d είναι γεμάτο. δηλαδή, έχει χαμηλότερη ενέργεια σε αυτή την περίπτωση.

Ομοίως, το άτομο χρωμίου θα πρέπει να έχει την ακόλουθη ηλεκτρονική κατανομή: [Ar] 4s²3d⁴. Ωστόσο, πειραματικά αποκτήθηκε ότι αυτό το άτομο αποκτά τη διαμόρφωση [Ar] 4s¹3d⁵, πράγμα που σημαίνει ότι η χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση (πιο σταθερή) συμβαίνει όταν και οι δύο υποστρώσεις είναι εν μέρει γεμάτες.

Αναφορές

1. Wikipedia. (s.f.). Αρχή Aufbau. Ανακτήθηκε από en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Chemistry, Ninth edition. Μεξικό: McGraw-Hill.
3. ThoughtCo. (s.f.). Ο ορισμός του κανόνα του Madelung. Ανακτήθηκε από thoughtco.com
4. LibreTexts. (s.f.). Αρχή Aufbau. Ανακτήθηκε από chem.libretexts.org
5. Reger, D.L., Goode, S.R. and Ball, D.W. (2009). Χημεία: Αρχές και Πρακτική. Ανακτήθηκε από το books.google.co.ve