กฎของเส้นทแยงมุม: มันคืออะไรและเป็นตัวอย่าง - เคมี

การปกครองของเส้นทแยงมุมเป็นหลักการก่อสร้างที่ช่วยอธิบายการจัดเรียงอิเล็กตรอนของอะตอมหรือไอออนตามพลังงานของแต่ละวงโคจรหรือพลังงานระดับ ในแง่นี้การกระจายทางอิเล็กทรอนิกส์ของแต่ละอะตอมจึงไม่ซ้ำกันและกำหนดโดยตัวเลขควอนตัม

ตัวเลขเหล่านี้กำหนดช่องว่างที่อิเล็กตรอนน่าจะอยู่มากที่สุด (เรียกว่าออร์บิทัลอะตอม) และอธิบายด้วย เลขควอนตัมแต่ละตัวเกี่ยวข้องกับสมบัติของออร์บิทัลอะตอมซึ่งช่วยให้เข้าใจลักษณะของระบบอะตอมโดยการจัดเรียงอิเล็กตรอนภายในอะตอมและในพลังงาน

ในทำนองเดียวกันกฎของเส้นทแยงมุม (หรือที่เรียกว่ากฎของ Madelung) นั้นตั้งอยู่บนหลักการอื่น ๆ ที่เป็นไปตามธรรมชาติของอิเล็กตรอนเพื่อที่จะอธิบายพฤติกรรมของพวกมันภายในชนิดทางเคมีได้อย่างถูกต้อง

มีไว้เพื่ออะไร?

ขั้นตอนนี้เป็นไปตามหลักการ Aufbau ซึ่งระบุว่าในกระบวนการรวมโปรตอนเข้ากับนิวเคลียส (ทีละตัว) เมื่อองค์ประกอบทางเคมีถูกสร้างขึ้นอิเล็กตรอนจะถูกเพิ่มเข้าไปในออร์บิทัลของอะตอมด้วย

ซึ่งหมายความว่าเมื่ออะตอมหรือไอออนอยู่ในสถานะพื้นอิเล็กตรอนจะครอบครองช่องว่างที่มีอยู่ของออร์บิทัลอะตอมตามระดับพลังงาน

โดยการครอบครองออร์บิทัลอิเล็กตรอนจะถูกจัดให้อยู่ในระดับที่มีพลังงานต่ำกว่าและไม่ว่างจากนั้นจึงอยู่ในระดับที่มีพลังงานสูงสุด

การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของชนิดเคมี

ในทำนองเดียวกันกฎนี้ใช้เพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของชนิดเคมีธาตุ นั่นคือองค์ประกอบทางเคมีเมื่ออยู่ในสถานะพื้นฐาน

ดังนั้นโดยการทำความเข้าใจเกี่ยวกับโครงร่างที่อิเล็กตรอนอยู่ภายในอะตอมจึงสามารถเข้าใจคุณสมบัติขององค์ประกอบทางเคมีได้

การได้รับความรู้นี้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการหักหรือการทำนายคุณสมบัติเหล่านี้ ในทำนองเดียวกันข้อมูลที่ได้รับจากขั้นตอนนี้จะช่วยอธิบายว่าเหตุใดตารางธาตุจึงเข้ากันได้ดีกับการตรวจสอบองค์ประกอบ

กฎของเส้นทแยงมุมคืออะไร?

แม้ว่ากฎนี้จะใช้กับอะตอมในสถานะพื้นดินเท่านั้น แต่ก็ใช้ได้ดีกับองค์ประกอบของตารางธาตุ

หลักการกีดกัน Pauli นั้นเป็นไปตามซึ่งระบุว่าอิเล็กตรอนสองตัวที่อยู่ในอะตอมเดียวกันไม่สามารถมีจำนวนควอนตัมที่เท่ากันทั้งสี่ตัวได้ เลขควอนตัมทั้งสี่นี้อธิบายอิเล็กตรอนแต่ละตัวที่พบในอะตอม

ดังนั้นเลขควอนตัมหลัก (n) จึงกำหนดระดับพลังงาน (หรือเปลือก) ซึ่งอิเล็กตรอนที่ศึกษานั้นตั้งอยู่และจำนวนควอนตัมอะซิมุตทัล (ℓ) เกี่ยวข้องกับโมเมนตัมเชิงมุมและรายละเอียดรูปร่างของออร์บิทัล

ในทำนองเดียวกันจำนวนควอนตัมแม่เหล็ก (m _ℓ ) เป็นการแสดงออกถึงการวางแนวที่วงโคจรนี้มีอยู่ในอวกาศและเลขควอนตัมสปิน (m _s ) จะอธิบายทิศทางของการหมุนที่อิเล็กตรอนแสดงรอบแกนของมันเอง

นอกจากนี้กฎของ Hund ยังแสดงให้เห็นว่าการกำหนดค่าอิเล็กตรอนที่แสดงความเสถียรสูงสุดในระดับย่อยถือว่าเป็นสิ่งที่มีการหมุนมากกว่าในตำแหน่งขนาน

โดยการปฏิบัติตามหลักการเหล่านี้ได้กำหนดให้การกระจายของอิเล็กตรอนเป็นไปตามแผนภาพที่แสดงด้านล่าง:

ในภาพนี้ค่าของ n สอดคล้องกับ 1, 2, 3, 4 … ตามระดับพลังงาน และค่าของℓแสดงด้วย 0, 1, 2, 3 …ซึ่งเทียบเท่ากับ, p, d และ f ตามลำดับ ดังนั้นสถานะของอิเล็กตรอนในวงโคจรจึงขึ้นอยู่กับจำนวนควอนตัมเหล่านี้

ตัวอย่าง

เมื่อพิจารณาถึงคำอธิบายของขั้นตอนนี้ตัวอย่างบางส่วนสำหรับการใช้งานจะได้รับด้านล่าง

ในตอนแรกเพื่อให้ได้การกระจายทางอิเล็กทรอนิกส์ของโพแทสเซียม (K) ต้องทราบเลขอะตอมซึ่งก็คือ 19 นั่นคืออะตอมของโพแทสเซียมมีโปรตอน 19 ตัวในนิวเคลียสและอิเล็กตรอน 19 ตัว ตามแผนภาพการกำหนดค่าจะได้รับเป็น 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s 1

การกำหนดค่าของอะตอมโพลีอิเล็กโทรนิกส์ (ซึ่งมีอิเล็กตรอนมากกว่าหนึ่งตัวในโครงสร้างของมัน) ยังแสดงเป็นโครงร่างของก๊าซมีตระกูลก่อนอะตอมบวกกับอิเล็กตรอนที่ตามมา

ตัวอย่างเช่นในกรณีของโพแทสเซียมจะแสดงเป็น 4s ¹เช่นกันเนื่องจากก๊าซมีตระกูลก่อนโพแทสเซียมในตารางธาตุคืออาร์กอน

อีกตัวอย่างหนึ่ง แต่ในกรณีนี้เป็นโลหะทรานซิชันคือปรอท (Hg) ซึ่งมีอิเล็กตรอน 80 และโปรตอน 80 ในนิวเคลียส (Z = 80) ตามรูปแบบการก่อสร้างการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ที่สมบูรณ์คือ:

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 .

เช่นเดียวกับโพแทสเซียมการกำหนดค่าของปรอทสามารถแสดงเป็น 4f ¹⁴ 5d ¹⁰ 6s ²ได้เนื่องจากก๊าซมีตระกูลที่อยู่ข้างหน้าในตารางธาตุคือซีนอน

ข้อยกเว้น

กฎของเส้นทแยงมุมถูกออกแบบมาให้ใช้กับอะตอมที่อยู่ในสถานะพื้นฐานและมีประจุไฟฟ้าเท่ากับศูนย์เท่านั้น นั่นคือมันเข้ากันได้ดีกับองค์ประกอบของตารางธาตุ

อย่างไรก็ตามมีข้อยกเว้นบางประการที่มีความเบี่ยงเบนที่สำคัญระหว่างการแจกแจงแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่สันนิษฐานและผลการทดลอง

กฎนี้ขึ้นอยู่กับการกระจายของอิเล็กตรอนเมื่ออยู่ในระดับย่อยโดยปฏิบัติตามกฎ n + ℓซึ่งหมายความว่าวงโคจรที่มีขนาดเล็กของ n + lle จะถูกเติมเต็มก่อนที่จะมีขนาดที่มากกว่าของพารามิเตอร์นี้

ในฐานะที่เป็นข้อยกเว้นจะมีการนำเสนอองค์ประกอบแพลเลเดียมโครเมียมและทองแดงซึ่งมีการคาดการณ์การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่เห็นด้วยกับสิ่งที่สังเกตเห็น

ตามกฎนี้แพลเลเดียมต้องมีการกระจายแบบอิเล็กทรอนิกส์เท่ากับ 5s ² 4d ⁸แต่การทดลองให้ค่าหนึ่งเท่ากับ 4d ¹⁰ซึ่งบ่งชี้ว่าการกำหนดค่าที่เสถียรที่สุดของอะตอมนี้เกิดขึ้นเมื่อ 4d subshell เต็ม นั่นคือมันมีพลังงานต่ำกว่าในกรณีนี้

ในทำนองเดียวกันอะตอมโครเมียมควรมีการกระจายอิเล็กทรอนิกส์ต่อไปนี้: 4S ² 3d 4อย่างไรก็ตามจากการทดลองพบว่าอะตอมนี้ได้มาซึ่งการกำหนดค่า 4s ¹ 3d ⁵ซึ่งหมายความว่าสถานะของพลังงานที่ต่ำกว่า (เสถียรกว่า) เกิดขึ้นเมื่อทั้งสองส่วนย่อยเต็มไปด้วยบางส่วน

อ้างอิง

วิกิพีเดีย (เอสเอฟ) หลักการ Aufbau สืบค้นจาก en.wikipedia.org
ช้าง, ร. (2550). เคมีรุ่นที่เก้า. เม็กซิโก: McGraw-Hill
ThoughtCo (เอสเอฟ) นิยามกฎของ Madelung ดึงมาจาก thoughtco.com
LibreTexts (เอสเอฟ) หลักการ Aufbau กู้คืนจาก chem.libretexts.org
Reger, DL, Goode, SR และ Ball, DW (2009). เคมี: หลักการและการปฏิบัติ. ได้มาจาก books.google.co.ve

กฎของเส้นทแยงมุม: มันคืออะไรและเป็นตัวอย่าง - เคมี - 2026