PRAVIDLO ÚHLOPŘÍČEK: K ČEMU SLOUŽÍ A PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Pravidlo úhlopříček je princip konstrukce, která umožňuje popisuje elektronické konfigurace atomu nebo iontu, v závislosti na energii každé oběžné nebo energetické úrovni. V tomto smyslu je elektronická distribuce každého atomu jedinečná a je dána kvantovými čísly.

Tato čísla definují prostor, kde jsou elektrony nejpravděpodobněji umístěny (nazývané atomové orbitaly), a také je popisují. Každé kvantové číslo souvisí s vlastností atomových orbitálů, což pomáhá pochopit vlastnosti atomových systémů uspořádáním jejich elektronů v atomu a v jejich energiích.

Podobně pravidlo diagonálů (také známé jako Madelungovo pravidlo) je založeno na jiných principech, které se řídí povahou elektronů, aby správně popsaly své chování v chemických druzích.

K čemu to je?

Tento postup je založen na principu Aufbau, který uvádí, že v procesu integrace protonů do jádra (jeden po druhém), když se tvoří chemické prvky, se elektrony přidávají také k atomovým orbitálům.

To znamená, že když je atom nebo ion ve svém základním stavu, elektrony zabírají dostupné prostory atomových orbitálů podle své energetické úrovně.

Obsazením orbitálů jsou elektrony nejprve umístěny v úrovních, které mají nejnižší energii a jsou neobsazené, a poté jsou umístěny v těch, které mají nejvyšší energii.

Elektronické konfigurace chemických látek

Podobně se toto pravidlo používá k získání poměrně přesného pochopení elektronických konfigurací elementárních chemických druhů; to znamená chemické prvky, když jsou ve svém základním stavu.

Získáním pochopení konfigurací, které jsou přítomny v atomech v elektronech, lze pochopit vlastnosti chemických prvků.

Získání těchto znalostí je nezbytné pro dedukci nebo predikci těchto vlastností. Podobně informace poskytnuté tímto postupem pomáhají vysvětlit, proč periodická tabulka tak dobře souhlasí s vyšetřováním prvků.

Co je pravidlo úhlopříček?

Ačkoli toto pravidlo platí pouze pro atomy v jejich základním stavu, funguje docela dobře pro prvky periodické tabulky.

Je dodržován Pauliho vylučovací princip, který uvádí, že dva elektrony, které patří ke stejnému atomu, nemohou mít čtyři stejná kvantová čísla. Tato čtyři kvantová čísla popisují každý z elektronů nalezených v atomu.

Hlavní kvantové číslo (n) tedy definuje energetickou hladinu (nebo shell), ve které se studovaný elektron nachází, a azimutální kvantové číslo (ℓ) souvisí s momentem hybnosti a podrobně popisuje tvar orbitálu.

Podobně magnetické kvantové číslo (m _ℓ) vyjadřuje orientaci, kterou má tento orbitál v prostoru, a spinové kvantové číslo (m _s) popisuje směr otáčení, který elektron představuje kolem své vlastní osy.

Dále Hundovo pravidlo vyjadřuje, že elektronová konfigurace, která vykazuje největší stabilitu v podúrovni, je považována za konfiguraci, která má více otočení v paralelních polohách.

Dodržováním těchto principů bylo určeno, že distribuce elektronů odpovídá níže uvedenému diagramu:

Na tomto obrázku hodnoty n odpovídají 1, 2, 3, 4…, podle úrovně energie; a hodnoty ℓ jsou představovány 0, 1, 2, 3…, které jsou ekvivalentní jako, p, d a f. Stav elektronů na oběžné dráze tedy závisí na těchto kvantových číslech.

Příklady

S ohledem na popis tohoto postupu jsou níže uvedeny některé příklady jeho použití.

Zaprvé, pro získání elektronické distribuce draslíku (K) musí být známo jeho atomové číslo, které je 19; to znamená, že atom draslíku má ve svém jádru 19 protonů a 19 elektronů. Podle schématu je jeho konfigurace uvedena jako 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ¹.

Konfigurace polyelektronických atomů (které mají více než jeden elektron ve své struktuře) jsou také vyjádřeny jako konfigurace vzácného plynu před atomem plus elektrony, které jej následují.

Například v případě draslíku se také vyjadřuje jako 4s ¹, protože vzácným plynem před draslíkem v periodické tabulce je argon.

Jiným příkladem, ale v tomto případě je to přechodný kov, je to rtuti (Hg), která má ve svém jádru 80 elektronů a 80 protonů (Z = 80). Podle konstrukčního schématu je jeho kompletní elektronická konfigurace:

1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5S ² 4d ¹⁰ 5p ⁶ 6s ² 4f ¹⁴ 5d ¹⁰.

Stejně jako s draslíkem, konfigurace rtuti může být vyjádřena jako 4f ¹⁴ 5d ¹⁰ 6S ², protože vzácný plyn, která se nachází před v periodické tabulce je xenon.

Výjimky

Pravidlo úhlopříček je určeno k použití pouze na atomy, které jsou v základním stavu a elektrický náboj je roven nule; to znamená, že je velmi dobře spojen s prvky periodické tabulky.

Existují však výjimky, u kterých existují významné odchylky mezi předpokládanou elektronickou distribucí a experimentálními výsledky.

Toto pravidlo je založeno na distribuci elektronů, když jsou umístěny v podúrovních, které se řídí pravidlem n + ℓ, což znamená, že orbitaly, které mají malou velikost n + ℓ, jsou vyplněny před těmi, které vykazují větší velikost tohoto parametru.

Výjimečně jsou uvedeny prvky palladium, chrom a měď, u nichž se předpovídají elektronické konfigurace, které nesouhlasí s tím, co je pozorováno.

Podle tohoto pravidla, palladium, musí mít elektronické rozdělení rovná 5 s ² 4d ⁸, ale experimenty se získá jedna rovná 4d ¹⁰, což znamená, že většina konfigurace stabilní tohoto atomu dochází, když je 4d subshell je plná; to znamená, že v tomto případě má nižší energii.

Podobně by měl mít atom chrómu následující elektronickou distribuci: 4s ² 3d ⁴. Experimentálně však bylo získáno, že tento atom získá konfiguraci 4s ¹ 3d ⁵, což znamená, že stav nižší energie (stabilnější) nastává, když jsou obě dílčí vrstvy částečně zaplněny.

Reference

1. Wikipedia. (sf). Princip Aufbau. Obnoveno z en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Chemie, deváté vydání. Mexiko: McGraw-Hill.
3. ThoughtCo. (sf). Madelungova definice pravidla. Citováno z thinkco.com
4. LibreTexts. (sf). Princip Aufbau. Obnoveno z chem.libretexts.org
5. Reger, DL, Goode, SR a Ball, DW (2009). Chemie: Principy a praxe. Získáno z books.google.co.ve