PRINSIP AUFBAU: KONSEP DAN PENJELASAN, CONTOH - KIMIA - 2026

The Aufbau prinsip adalah panduan berguna untuk meramalkan secara teori konfigurasi elektronik unsur. Kata aufbau merujuk kepada kata kerja Jerman "untuk membina." Peraturan yang ditentukan oleh prinsip ini dimaksudkan untuk "membantu membangun atom."

Apabila berkaitan dengan pembinaan atom hipotetis, ia merujuk secara eksklusif kepada elektron, yang pada gilirannya beriringan dengan peningkatan jumlah proton. Proton menentukan nombor atom Z unsur kimia, dan untuk setiap yang ditambahkan ke nukleus, elektron ditambahkan untuk mengimbangi kenaikan muatan positif ini.

Walaupun nampaknya proton tidak mengikut urutan yang ditetapkan untuk bergabung dengan inti atom, elektron mengikuti serangkaian keadaan, sedemikian rupa sehingga mereka pertama kali menempati kawasan atom dengan tenaga yang lebih rendah, terutama yang kemungkinan terdapatnya di angkasa lebih besar: orbital.

Prinsip Aufbau, bersama dengan peraturan pengisian elektronik lain (prinsip pengecualian Pauli dan peraturan Hund), membantu menetapkan susunan di mana elektron harus ditambahkan ke awan elektron; Dengan cara ini, adalah mungkin untuk menetapkan konfigurasi elektronik unsur kimia tertentu.

Konsep dan penjelasan

Sekiranya atom itu dianggap seolah-olah itu bawang, sejumlah lapisan terbatas akan dijumpai di dalamnya, ditentukan oleh nombor kuantum utama n.

Lebih jauh lagi, di dalamnya terdapat subkulit, yang bentuknya bergantung pada l azimuthal dan nombor kuantum magnetik m.

Orbital dikenal pasti oleh tiga nombor kuantum pertama, sementara yang keempat, putaran s, berakhir menunjukkan di mana orbit elektron berada. Ia kemudian berada di kawasan-kawasan atom di mana elektron berputar, dari lapisan paling dalam hingga paling luar: lapisan valensi, yang paling bertenaga dari semua.

Oleh itu, mengikut urutan apakah elektron memenuhi orbit? Menurut prinsip Aufbau, mereka mesti ditugaskan berdasarkan peningkatan nilai (n + l).

Begitu juga, dalam subkulit (n + l) elektron mesti menempati subkulit dengan nilai tenaga terendah; dengan kata lain, mereka menempati nilai terendah n.

Mengikuti peraturan pembinaan ini, Madelung mengembangkan kaedah visual yang terdiri daripada melukis anak panah pepenjuru, yang membantu membina konfigurasi elektronik atom. Dalam beberapa bidang pendidikan kaedah ini juga dikenali sebagai kaedah hujan.

Lapisan dan lapisan bawah

Gambar pertama menggambarkan kaedah grafik untuk mendapatkan konfigurasi elektron, sementara gambar kedua adalah kaedah Madelung masing-masing. Lapisan paling bertenaga terletak di bahagian atas dan paling tidak bertenaga berada di arah bawah.

Dari kiri ke kanan, sub-lapisan s, p, d dan f dari tahap tenaga utama yang sesuai "dipindahkan". Bagaimana mengira nilai (n + l) untuk setiap langkah yang ditandakan oleh anak panah pepenjuru? Sebagai contoh, untuk orbit 1s pengiraan ini sama dengan (1 + 0 = 1), untuk orbit 2s (2 + 0 = 2), dan untuk orbit 3p (3 + 1 = 4).

Hasil pengiraan ini berasal dari pembinaan gambar. Oleh itu, jika ia tidak tersedia di tangan, tentukan (n + l) untuk setiap orbital, mulailah mengisi orbital dengan elektron dari satu dengan nilai terkecil (n + l) ke yang dengan nilai maksimum.

Walau bagaimanapun, menggunakan kaedah Madelung sangat memudahkan pembinaan konfigurasi elektron dan menjadikannya aktiviti yang menghiburkan bagi mereka yang mempelajari jadual berkala.

Prinsip pengecualian Pauli dan peraturan Hund

Kaedah Madelung tidak menunjukkan orbit subshells. Dengan mempertimbangkannya, prinsip pengecualian Pauli menyatakan bahawa tidak ada elektron yang boleh mempunyai nombor kuantum yang sama dengan yang lain; atau apa yang sama, sepasang elektron tidak boleh berputar positif atau negatif.

Ini bermaksud bahawa nombor kuantum putaran mereka tidak boleh sama dan, oleh itu, putaran mereka mesti berpasangan ketika menempati orbit yang sama.

Sebaliknya, pengisian orbit mesti dilakukan sedemikian rupa sehingga merosot tenaga (peraturan Hund). Ini dicapai dengan memastikan semua elektron di orbital tidak berpasangan, sehingga sangat diperlukan untuk memasangkan sepasang ini (seperti dengan oksigen).

Contoh

Contoh berikut merangkum keseluruhan konsep prinsip Aufbau.

Karbon

Untuk menentukan konfigurasi elektroniknya, nombor atom Z mesti diketahui terlebih dahulu, dan dengan itu bilangan elektron. Karbon mempunyai Z = 6, jadi 6 elektronnya mesti berada di orbit menggunakan kaedah Madelung:

Anak panah sesuai dengan elektron. Setelah orbit 1s dan 2s diisi, masing-masing dengan dua elektron, orbital 2p diberikan selisih dua elektron yang selebihnya. Oleh itu, peraturan Hund dinyatakan: dua orbit merosot dan satu kosong.

Oksigen

Oksigen mempunyai Z = 8, jadi ia mempunyai dua elektron tambahan tidak seperti karbon. Salah satu elektron ini mesti diletakkan di orbit 2p kosong, dan yang lain mesti berpasangan untuk membentuk pasangan pertama, dengan anak panah menunjuk ke bawah. Akibatnya, prinsip pengecualian Pauli dinyatakan di sini.

Kalsium

Kalsium mempunyai 20 elektron, dan orbit masih diisi dengan kaedah yang sama. Urutan pengisian adalah seperti berikut: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

Dapat diperhatikan bahawa, bukannya mengisi orbit 3d terlebih dahulu, elektron menempati 4s. Ini berlaku sebelum memberi laluan kepada logam peralihan, unsur-unsur yang memenuhi lapisan 3d dalaman.

Batasan prinsip Aufbau

Prinsip Aufbau gagal meramalkan konfigurasi elektronik banyak logam peralihan dan unsur nadir bumi (lanthanides dan actinides).

Ini kerana perbezaan bertenaga antara orbital ns dan (n-1) d rendah. Atas alasan yang disokong oleh mekanika kuantum, elektron mungkin lebih suka merosot orbital (n-1) d dengan kos tidak berpasangan atau melepaskan elektron dari orbit ns.

Contoh yang terkenal adalah kes tembaga. Konfigurasi elektronnya yang diramalkan oleh prinsip Aufbau adalah 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ⁹ , apabila secara eksperimen telah ditunjukkan sebagai 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ¹ 3d ¹⁰ .

Pada yang pertama, elektron bersendirian tidak berpasangan dalam orbit 3d, sementara yang kedua, semua elektron pada orbit 3d dipasangkan.

Rujukan

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (15 Jun 2017). Definisi Prinsip Aufbau. Diambil dari: thinkco.com
2. Prof N. De Leon. (2001). Prinsip Aufbau. Diambil dari: iun.edu
3. Kimia 301. Prinsip Aufbau. Diambil dari: ch301.cm.utexas.edu
4. Hozefa Arsiwala dan teacherlookup.com. (1 Jun 2017). Dalam Kedalaman: Prinsip Aufbau Dengan Contohnya. Diambil dari: teacherlookup.com
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia. (Edisi ke-8.) Pembelajaran CENGAGE, hlm 199-203.
6. Goodphy. (27 Julai 2016). Skim Madelung. . Diambil dari: commons.wikimedia.org