Принципът на Ауфбау

В други видеа се запознахме с понятието орбитали и това са различните орбитали в различните подслоеве, които се намират в различните слоеве на атома. В това видео ще се упражним малко повече с определяне на електронната конфигурация. В частност ще се запознаем какво представлява принципът на Ауфбау. Ауфбау идва от немски. Означава принцип на изграждането. Това е много полезен начин да разглеждаме електронните конфигурации след калция. Нека само малко да загреем. Каква е електронната конфигурация на неона? Спри видеото и помисли. Като подсказка ти показвам периодичната система. Неонът има атомен номер 10 и ако разглеждаме неутралния атом на неона, то той има 10 електрона. Първите два ще запълнят този първи слой. Имаме 1s2 и после следващите два електрона ще запълнят 2s подслоя на втори слой. После ще имаш 2s2. И после ще имаме още шест електрона, за да стигнем до 10. Те ще запълнят 2р подслоя, имаме 2р6. Какъв е редът на подслоевете, които току-що запълнихме? Първо запълнихме 1s, после запълнихме 2s, после запълнихме 2р. Можеш да видиш това в периодичната таблица на елементите. В първия ред запълваш този първи слой. Във втория ред, или този втори период, запълваш този втори слой. Какво ще се случи, ако преминем към аргона, например? Ако преминеш към аргона, как ще изглежда електронната му конфигурация? Спри видеото и помисли. Можем да използваме конфигурацията на благородния газ, или обозначението за благородния газ. Можем да кажем, че ще надграждаме над неона. Ще имаме електронната конфигурация на неона, но после ще добавяме електрони към трети слой. Към неона ще добавим два електрона в 3s подслоя, 3s2. И после, за да стигнем до 18 електрона – сега имаме 12, трябват ни още шест, които ще се разположат в 3р подслоя, 3р6. На тази диаграма тук преминахме от 2s към 2р, за да запълним обвивката на неона, а после, когато преминахме към аргона, преминаваме от 3s към 3р. Каква ще е електронната конфигурация на калция? Спри видеото и помисли. Калцият има 20 протона. Тоест неутрален калциев атом ще има 20 електрона. Това са два електрона повече от аргона. Можем да надградим над аргона и къде ще отидат тези два електрона? Точно тук принципът на Ауфбау става интересен. Има 3d подслой, но в случая с калция, вместо тези два електрона да отидат в 3d подслоя, те преминават в 4s подслоя. Електронната конфигурация на калция е същата като на аргона, но вместо да имаме 3d2 след това, двата електрона отиват директно в 4s2. И затова чертаех диаграмата по този начин. Често ще видиш това в началните класове по химия. Запълваш първо 1s, тук няма изненади. Запълваш този първи слой. После запълваш 2s. После запълваш 2р и вторият слой е запълнен. После преминаваш към 3s, отново няма изненади. После преминаваш към 3р. И сега имаш изненада и затова диаграмата на Ауфбау е полезна. Когато определяш електронната конфигурация, ако разглеждаш калия или калция, допълнителните електрони сега ще влязат в 4s подслоя. Нека сега помислим каква ще е електронната конфигурация на скандия. Спри видеото и помисли за това. Скандият има с един електрон повече от калция. Той има 21 протона и ако е неутрален, той ще има един електрон повече в сравнение с неутрален калциев атом. И може да има подобна електронна конфигурация. Можем да го базираме на аргона. Имаме два електрона в 4s подслоя, така че ще запишем 4s2, както би го описал принципът на Ауфбау – и принципът на Ауфбау, тази малка диаграма, ни показва, че другият електрон ще е в 3d подслоя, тоест 3d1. И това наистина е точната електронна конфигурация на скандия. Ако принципът на Ауфбау те кара да мислиш, че първо запълваш 4s и после започваш да запълваш 3d, когато изграждаш електронната обвивка на атома на скандия – и това обикновено е включено в повечето учебници по химия и в повечето програми, но всъщност, ако хората започват с ядрото на скандия, което има 18 протона... То ще има положителен заряд. Когато те добавят този първи електрон, той не отива в подслой 4s. Той отива в подслоя 3d. Този електрон се добавя първи. Мислиш за изграждането. Но не искам да те обърквам твърде много. В това видео просто разглеждаме електронната конфигурация и за тази цел Ауфбау може да е много полезен. Когато определяме електронната конфигурация – 3d, после преминаваш към 4р, а после преминаваш към 5s, и затова може да видиш диаграмата в този вид в традиционните учебници по химия. Важното нещо тук е, че принципът на Ауфбау, който ще научиш, този вид диаграма, е полезен за определяне на електронната конфигурация и може да е полезно да разсъждаваме по този начин, докато запълваме електронните обвивки на тези атоми електрон по електрон, но ако искаш точната истина, след като преминеш отвъд калция, нещата стават по-сложни. Едно друго нещо, което искам да видиш, въз основа на това, което научихме, са модели в периодичната таблица на елементите. При кои елементи запълваме s подслоя? Можеш да видиш това за всички тези елементи ето тук, (огражда ги със синьо) тези първи две колони (групи), където запълваме s подслоя. Изглежда сякаш тук нещо липсва. Има ли друг елемент, при който се запълва s подслоя? От тази гледна точка можем да заключим, че мястото на хелия също е ето тук, понеже при хелия запълваме 1s подслой и поради това казваме, че всички тези елементи тук са в s-блока. При кои елементи запълваме р-подслоевете? При всички елементи ето тук (огражда ги с червено) запълваме р-подслоевете или ги имаме изцяло запълнени. И поради това всички тези елементи наричаме р-блок. Тези елементи тук в средата, (огражда ги с лилаво) скандият е един от тях, наричаме d-блок. Една от причините, вероятно, да го нарекат d-блок, е, че ако си представим принципа на Ауфбау като изграждане на атомите, може да е изкушаващо да кажем, че тук запълваме в четвъртия ред, изграждаме 3d подслоя, или в четвъртия ред тук запълваме 4d подслоя. Сега знаем, че това не е вярно, но от гледна точка на електронната конфигурация може да изглежда по този начин и затова се нарича d-блок. Засега спирам тук.