რა არის აუფაუს პრინციპის გამონაკლისების საფუძველი?

Aufbau გერმანულად ნიშნავს "შედგენას", ხოლო Aufbau– ს პრინციპში ნათქვამია, რომ ელექტრონები ავსებენ ელექტრონულ გარსებს ატომების გარშემო ენერგიის დონის შესაბამისად. ეს ნიშნავს, რომ ატომების გარშემო ელექტრონული გარსი და ქვე-გარსი ივსება შიგნიდან, გარდა შიგნით ზოგიერთ შემთხვევაში, როდესაც გარე გარსს აქვს დაბალი ენერგიის დონე და ნაწილობრივ ივსება შიდა გარსის არსებობამდე სავსე.

TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)

Aufbau– ს პრინციპის გამონაკლისები ემყარება იმ ფაქტს, რომ რამდენიმე ატომი უფრო სტაბილურია, როდესაც მათი ელექტრონები ავსებენ ან ნახევრად ავსებენ ელექტრონული გარსით ან ქვე-გარსით. Aufbau პრინციპის თანახმად, ამ ელექტრონებმა ყოველთვის უნდა შეავსონ ნაჭუჭები და ქვე-ჭურვები ენერგიის დონის ზრდის შესაბამისად. ისეთი ელემენტები, როგორიცაა სპილენძი და ქრომი, არის გამონაკლისი, რადგან მათი ელექტრონები ავსებენ და ნახევრად ავსებენ ორ ქვეტექსტს, ზოგი ელექტრონი უფრო მაღალი ენერგეტიკული დონის გარსებშია.

ელექტრონებს ატომური ბირთვის გარშემო აქვთ დისკრეტული ენერგიის დონეები, რომლებსაც გარსი ეწოდება. ენერგიის ყველაზე დაბალი დონე ახლოსაა ბირთვთან და მასში მხოლოდ ორი ელექტრონის ადგილია მოთავსებული, რომელსაც ეწოდება s shell. მომდევნო გარსში არის რვა ელექტრონის ადგილი ორ ქვეჯგუფში, s და p ქვესაფენებში. მესამე გარსს აქვს 18 ელექტრონის ადგილი სამ ქვეჯგუფში, s, p და d ქვესაფენებში. მეოთხე გარსს აქვს ოთხი ქვეშლევი, ემატება f ქვესაფარს. ასოებით დაქვემდებარებულ უჯრედებს ყოველთვის აქვთ ადგილი ერთი და იგივე რაოდენობის ელექტრონისთვის: ორი s ქვესაფენისთვის, ექვსი p, 10 for d და 14 f.

ქვეგარედის იდენტიფიკაციისთვის მას ენიჭება ძირითადი გარსის ნომერი და ქვედა გარეკის ასო. მაგალითად, წყალბადს ერთადერთი ელექტრონი აქვს 1s გარსში, ხოლო ჟანგბადს, რვა ელექტრონთან ერთად, ორი აქვს 1s გარსში, ორი - 2s- ის გარედან და ოთხი - 2p ქვესახურაში. ქვეგარედები ავსებს მათი რიცხვებისა და ასოების თანმიმდევრობას მესამე გარსამდე.

3s და 3p ქვეკლავები ივსება ორი და ექვსი ელექტრონით, მაგრამ შემდეგი ელექტრონები მიდიან 4s- ის ქვე-შელში და არა 3d ქვე-შელი, როგორც მოსალოდნელი იყო. 4s- ის ქვეჯანგს უფრო დაბალი ენერგიის დონე აქვს, ვიდრე 3D ქვე-შელი და ამიტომ პირველად ივსება. მიუხედავად იმისა, რომ რიცხვები თანმიმდევრობიდან არ არის, ისინი პატივს სცემენ Aufbau- ს პრინციპს, რადგან ელექტრონების ქვედა გარსი ივსება მათი ენერგიის დონის მიხედვით.

Aufbau პრინციპი ითვალისწინებს თითქმის ყველა ელემენტს, განსაკუთრებით ქვედა ატომურ რიცხვებში. გამონაკლისები ემყარება იმ ფაქტს, რომ ნახევრად სავსე ან სავსე ჭურვები ან ქვე-ჭურვები უფრო სტაბილურია, ვიდრე ნაწილობრივ შევსებული. როდესაც ენერგეტიკის დონის სხვაობა ორ ქვესაბჭოს შორის მცირეა, ელექტრონი შეიძლება გადავიდეს უფრო მაღალ დონეზე გარსში, რომ შეავსოს ან ნახევრად შეავსოს იგი. ელექტრონს უფრო მაღალი ენერგიის დონის გარსი უჭირავს Aufbau- ს პრინციპის დარღვევით, რადგან ატომი ასე უფრო სტაბილურია.

სრული ან ნახევრად სავსე ქვე-გარსი ძალიან სტაბილურია და აქვთ ენერგიის დაბალი დონე, ვიდრე სხვა შემთხვევაში ექნებოდათ. რამდენიმე ელემენტისთვის ენერგიის დონის ნორმალური თანმიმდევრობა შეიცვლება სრული ან ნახევრად სავსე ქვესახეების გამო. უფრო მაღალი ატომური რიცხვის ელემენტებისათვის, ენერგიის დონეთა სხვაობები ძალიან მცირე ხდება, ხოლო ქვესახადის შევსების გამო ცვლილება უფრო ხშირია, ვიდრე ქვედა ატომურ რიცხვებში. მაგალითად, რუტენიუმი, როდიუმი, ვერცხლი და პლატინა გამონაკლისია Aufbau- ს პრინციპიდან, რადგან შევსებული ან ნახევრად შევსებული ქვესაფარია.

ქვედა ატომურ რიცხვებში ელექტრონული გარსის ნორმალური თანმიმდევრობის ენერგიის დონის სხვაობა უფრო დიდია და გამონაკლისები არც ისე ხშირია. პირველ 30 ელემენტში მხოლოდ სპილენძი, ატომური ნომერი 24 და ქრომი, ატომური ნომერი 29, გამონაკლისია Aufbau პრინციპიდან.

სპილენძის 24 ელექტრონიდან ისინი ავსებენ ენერგიის დონეს ორიდან 1 – ში, ორი – ში 2 – ში, ექვსში 2 – ში, ორიში 3 – ში და ექვსიდან 3 – ში, ხოლო ჯამში 18 – ზე დაბალია. დარჩენილი ექვსი ელექტრონი უნდა შევიდეს 4s და 3d ქვე-გარსებში, ორიდან 4-დან და ოთხიდან 3d- ით. ამის ნაცვლად, იმის გამო, რომ d ქვესაფენს აქვს 10 ელექტრონი, 3d ქვეჯგუფს ექვსიდან ექვსი ელქტრონი აქვს ხუთი და ერთს ტოვებს 4s ქვესაფენისთვის. ახლა ორივე 4s და 3d ქვესახელები ნახევრად სავსეა, სტაბილური კონფიგურაცია, მაგრამ გამონაკლისი Aufbau პრინციპიდან.

ანალოგიურად, ქრომს აქვს 29 ელექტრონი, 18 ქვედა გარსში და 11 დარჩენილი. Aufbau- ს პრინციპით, ორი უნდა წავიდეს 4-ში, ხოლო ცხრაში - 3d- ში. მაგრამ 3d– ს შეუძლია 10 ელექტრონის მოთავსება, ასე რომ მხოლოდ ერთი მიდის 4 – ებში, რომ გახდეს ნახევრად სავსე და 10 - 5d– ში, რათა შეავსოს იგი. Aufbau პრინციპი მუშაობს თითქმის ყველა დროის, მაგრამ გამონაკლისები ხდება მაშინ, როდესაც ქვეჯანგები ნახევრად სავსე ან სავსეა.