PRINSIP AUFBAU: KONSEP DAN PENJELASAN, CONTOH - KIMIA - 2024

The Prinsip Aufbau adalah panduan yang berguna untuk memprediksi secara teoritis konfigurasi elektronik unsur. Kata aufbau mengacu pada kata kerja Jerman "membangun". Aturan yang ditentukan oleh prinsip ini dimaksudkan untuk "membantu membangun atom."

Ketika sampai pada konstruksi atom hipotetis, ini mengacu secara eksklusif pada elektron, yang pada gilirannya sejalan dengan peningkatan jumlah proton. Proton menentukan nomor atom Z dari suatu unsur kimia, dan untuk setiap yang ditambahkan ke inti, sebuah elektron ditambahkan untuk mengimbangi peningkatan muatan positif ini.

Meskipun tampaknya proton tidak mengikuti tatanan yang mapan untuk bergabung dengan inti atom, elektron mengikuti serangkaian kondisi, sedemikian rupa sehingga mereka pertama-tama menempati wilayah atom dengan energi yang lebih rendah, khususnya yang kemungkinan menemukannya di ruang angkasa. lebih besar: orbital.

Prinsip Aufbau, bersama dengan aturan pengisian elektronik lainnya (prinsip pengecualian Pauli dan aturan Hund), membantu menetapkan urutan elektron yang harus ditambahkan ke awan elektron; Dengan cara ini, dimungkinkan untuk menetapkan konfigurasi elektronik dari unsur kimia tertentu.

Konsep dan penjelasan

Jika atom dianggap seolah-olah itu adalah bawang, sejumlah lapisan terbatas akan ditemukan di dalamnya, ditentukan oleh bilangan kuantum utama n.

Selanjutnya, di dalamnya, adalah subkulit, yang bentuknya bergantung pada azimut l dan bilangan kuantum magnetik m.

Orbital diidentifikasi oleh tiga bilangan kuantum pertama, sedangkan yang keempat, spin s, berakhir dengan menunjukkan di mana orbital elektron akan ditempatkan. Kemudian di daerah atom ini di mana elektron berputar, dari lapisan paling dalam ke lapisan terluar: lapisan valensi, yang paling energik dari semuanya.

Oleh karena itu, bagaimana urutan elektron mengisi orbital? Menurut prinsip Aufbau, mereka harus ditetapkan berdasarkan nilai yang meningkat (n + l).

Demikian juga, di dalam subkulit (n + l) elektron harus menempati subkulit dengan nilai energi terendah; dengan kata lain, mereka menempati nilai n terendah.

Mengikuti aturan konstruksi ini, Madelung mengembangkan metode visual yang terdiri dari menggambar panah diagonal, yang membantu membangun konfigurasi elektronik sebuah atom. Di beberapa bidang pendidikan metode ini juga dikenal sebagai metode hujan.

Lapisan dan sub-lapisan

Gambar pertama mengilustrasikan metode grafis untuk mendapatkan konfigurasi elektron, sedangkan gambar kedua adalah metode Madelung. Lapisan yang paling energik terletak di atas dan yang paling tidak energik ada di arah bawah.

Dari kiri ke kanan, sub-lapisan s, p, d, dan f dari tingkat energi utama yang bersesuaian "ditransit". Bagaimana cara menghitung nilai (n + l) untuk setiap langkah yang ditandai dengan panah diagonal? Misalnya, untuk orbital 1s, perhitungannya sama dengan (1 + 0 = 1), untuk orbital 2s (2 + 0 = 2), dan untuk orbital 3p (3 + 1 = 4).

Hasil perhitungan ini berasal dari konstruksi gambar. Oleh karena itu, jika tidak tersedia, cukup tentukan (n + l) untuk setiap orbital, mulai pengisian orbital dengan elektron dari yang memiliki nilai terkecil (n + l) ke orbital dengan nilai maksimum.

Namun penggunaan metode Madelung sangat memudahkan pembangunan konfigurasi elektron dan menjadikannya sebagai kegiatan yang menghibur bagi mereka yang sedang mempelajari tabel periodik.

Prinsip pengecualian Pauli dan aturan Hund

Metode Madelung tidak menunjukkan orbital subkulit. Mempertimbangkannya, prinsip pengecualian Pauli menyatakan bahwa tidak ada elektron yang dapat memiliki bilangan kuantum yang sama dengan yang lain; atau sama saja, sepasang elektron tidak dapat memiliki putaran positif atau negatif.

Ini berarti bahwa bilangan kuantum spin mereka tidak boleh sama dan, oleh karena itu, spinnya harus berpasangan ketika menempati orbital yang sama.

Di sisi lain, pengisian orbital harus dilakukan sedemikian rupa sehingga mengalami penurunan energi (aturan Hund). Hal ini dicapai dengan menjaga agar semua elektron di orbital tidak berpasangan, sampai pasangan ini benar-benar diperlukan (seperti halnya oksigen).

Contoh

Contoh-contoh berikut merangkum seluruh konsep prinsip Aufbau.

Karbon

Untuk menentukan konfigurasi elektroniknya, nomor atom Z harus diketahui terlebih dahulu, dan selanjutnya jumlah elektronnya. Karbon memiliki Z = 6, jadi 6 elektronnya harus ditempatkan di orbital menggunakan metode Madelung:

Panah sesuai dengan elektron. Setelah orbital 1s dan 2s terisi, masing-masing dengan dua elektron, orbital 2p diberikan oleh perbedaan dua elektron yang tersisa. Aturan Hund dengan demikian dimanifestasikan: dua orbital berdegenerasi dan satu kosong.

Oksigen

Oksigen memiliki Z = 8, jadi ia memiliki dua elektron ekstra tidak seperti karbon. Salah satu elektron ini harus ditempatkan di orbital 2p yang kosong, dan yang lainnya harus berpasangan untuk membentuk pasangan pertama, dengan panah mengarah ke bawah. Akibatnya, prinsip pengecualian Pauli dimanifestasikan di sini.

Kalsium

Kalsium memiliki 20 elektron, dan orbitalnya masih diisi dengan metode yang sama. Urutan pengisiannya adalah sebagai berikut: 1s-2s-2p-3s-3p-4s.

Dapat dicatat bahwa, alih-alih mengisi orbital 3d terlebih dahulu, elektron menempati 4s. Ini terjadi sebelum membuka jalan untuk logam transisi, elemen yang mengisi lapisan dalam 3d.

Keterbatasan prinsip Aufbau

Prinsip Aufbau gagal memprediksi konfigurasi elektronik banyak logam transisi dan unsur tanah jarang (lantanida dan aktinida).

Hal ini karena perbedaan energi antara orbital ns dan (n-1) d rendah. Untuk alasan yang didukung oleh mekanika kuantum, elektron mungkin lebih memilih untuk mendegenerasi orbital (n-1) d dengan biaya melepaskan atau melepaskan elektron dari orbital ns.

Contoh terkenal adalah kasus tembaga. Konfigurasi elektronnya yang diprediksi oleh prinsip Aufbau adalah 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ⁹ , ketika secara eksperimental terbukti 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ¹ 3d ¹⁰ .

Yang pertama, elektron soliter tidak berpasangan di orbital 3d, sedangkan di orbital kedua, semua elektron di orbital 3d dipasangkan.

Referensi

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (15 Juni 2017). Definisi Prinsip Aufbau. Diambil dari: thoughtco.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 Juni 2017). Secara Mendalam: Prinsip Aufbau Dengan Contoh. Diambil dari: teacherlookup.com
5. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia. (Edisi ke-8). CENGAGE Learning, p 199-203.
6. Goodphy. (27 Juli 2016). Skema Madelung. . Diambil dari: commons.wikimedia.org