PRAVILO DIAGONALE: ZA KAJ GRE IN PRIMERI - KEMIJA - 2026

Pravilo diagonal je princip konstrukcije, ki omogoča opisuje elektronsko konfiguracijo atom ali ion, glede na energijo vsakega krožnem ali ravni energije. V tem smislu je elektronska porazdelitev vsakega atoma edinstvena in je podana s kvantnimi števili.

Ta števila definirajo prostor, kjer se elektroni najverjetneje nahajajo (imenujemo atomske orbitale) in jih tudi opisujejo. Vsako kvantno število je povezano s lastnostjo atomske orbitale, kar pomaga razumeti značilnosti atomskih sistemov z razporeditvijo njihovih elektronov znotraj atoma in v njihovih energijah.

Prav tako pravilo diagonale (znano tudi kot Madelung-ovo pravilo) temelji na drugih načelih, ki upoštevajo naravo elektronov, da bi pravilno opisali njihovo vedenje znotraj kemičnih vrst.

Za kaj gre?

Ta postopek temelji na principu Aufbau, ki pravi, da se v procesu integracije protonov v jedro (enega po enega), ko se tvorijo kemični elementi, v atomske orbitale dodajo tudi elektroni.

To pomeni, da kadar je atom ali ion v svojem zemeljskem stanju, elektroni zasedejo razpoložljive prostore atomske orbitale glede na svojo energijsko raven.

Z zasedbo orbitale se elektroni najprej nahajajo na nivojih, ki imajo najnižjo energijo in so nezasedeni, nato pa se nahajajo v tistih, ki imajo največ energije.

Elektronske konfiguracije kemičnih vrst

Podobno se to pravilo uporablja za natančno razumevanje elektronskih konfiguracij elementarnih kemičnih vrst; to so kemični elementi, ko so v svojem temeljnem stanju.

Torej, s spoznanjem konfiguracij, ki jih elektroni predstavljajo znotraj atomov, je mogoče razumeti lastnosti kemičnih elementov.

Pridobitev tega znanja je bistvenega pomena za sklep ali napoved teh lastnosti. Podobno informacije iz tega postopka pomagajo razložiti, zakaj se periodična tabela tako dobro ujema z raziskavami elementov.

Kakšno je pravilo diagonale?

Čeprav to pravilo velja samo za atome v njihovem osnovnem stanju, deluje precej dobro za elemente periodične tabele.

Upoštevano je načelo izključitve Paulija, ki pravi, da dva elektrona, ki pripadata istemu atomu, ne moreta imeti štirih enakih kvantnih števil. Ta štiri kvantna števila opisujejo vsak izmed elektronov, ki jih najdemo v atomu.

Tako glavno kvantno število (n) določa energetsko raven (ali lupino), v kateri se nahaja preučeni elektron, azimutalno kvantno število (ℓ) pa je povezano s kotnim momentom in podrobno določa obliko orbitale.

Prav tako magnetno kvantno število (m _ℓ ) izraža orientacijo, ki jo ima ta orbitala v prostoru, in spinovno kvantno število (m _s ) opisuje smer vrtenja, ki jo predstavlja elektron okoli lastne osi.

Poleg tega Hundovo pravilo izraža, da se elektronska konfiguracija, ki ima največjo stabilnost v podnivoju, šteje za tista, ki ima več vrtenja v vzporednih položajih.

Z upoštevanjem teh načel smo ugotovili, da je porazdelitev elektronov skladna s spodnjim diagramom:

Na tej sliki vrednosti n ustrezajo 1, 2, 3, 4…, glede na energijsko raven; in vrednosti ℓ so predstavljene z 0, 1, 2, 3…, ki so enakovredne kot, p, d in f. Torej je stanje elektronov v orbitali odvisno od teh kvantnih števil.

Primeri

Ob upoštevanju opisa tega postopka je v nadaljevanju navedenih nekaj primerov njegove uporabe.

V prvi vrsti je za elektronsko porazdelitev kalija (K) treba poznati njegovo atomsko številko, ki je 19; to pomeni, da ima kalijev atom v svojem jedru 19 protonov in 19 elektronov. Po diagramu je njegova konfiguracija podana kot 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ¹ .

Konfiguracije polielektronskih atomov (ki imajo v strukturi več elektronov) so izražene tudi kot konfiguracija žlahtnega plina pred atomom in elektroni, ki mu sledijo.

Na primer, v primeru kalija je izražen tudi kot 4s ¹ , ker je plemeniti plin pred kalijem v periodični tabeli argon.

Drug primer, vendar gre v tem primeru za prehodno kovino, je živo srebro (Hg), ki ima v svojem jedru 80 elektronov in 80 protonov (Z = 80). Po konstrukcijski shemi je njegova popolna elektronska konfiguracija:

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 .

Tako kot pri kaliju je lahko tudi konfiguracija živega srebra izražena kot 4f ¹⁴ 5d ¹⁰ 6s ² , ker je plemeniti plin, ki ga predvaja v periodični tabeli, ksenon.

Izjeme

Pravilo diagonale je zasnovano tako, da se uporablja samo za atome, ki so v osnovnem stanju in imajo električni naboj, ki je enak nič; se pravi, da je zelo dobro povezan z elementi periodične tabele.

Vendar pa obstaja nekaj izjem, pri katerih obstajajo pomembna odstopanja med predpostavljeno elektronsko distribucijo in eksperimentalnimi rezultati.

To pravilo temelji na porazdelitvi elektronov, kadar so nameščeni v podnaravnih, ki upoštevajo pravilo n + ℓ, kar pomeni, da so orbite, ki imajo majhno velikost n + ℓ, napolnjene pred tistimi, ki kažejo večjo veličino tega parametra.

Kot izjeme so predstavljeni elementi paladij, krom in baker, od katerih so predvidene elektronske konfiguracije, ki se ne strinjajo s tem, kar opažamo.

V skladu s tem pravilom mora imeti paladij elektronsko porazdelitev enako 5s ² 4d ⁸ , toda poskusi so dobili enako 4d ¹⁰ , kar pomeni, da se najbolj stabilna konfiguracija tega atoma pojavi, ko je 4d poddružina polna; to pomeni, da ima v tem primeru nižjo energijo.

Podobno bi moral imeti kromov atom elektronsko porazdelitev: 4s ² 3d ⁴ . Toda eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da ta atom pridobi konfiguracijo 4s ¹ 3d ⁵ , kar pomeni, da se stanje nižje energije (bolj stabilno) pojavi, ko sta obe podplasti delno napolnjeni.

Reference

1. Wikipedija. (sf). Načelo Aufbau. Pridobljeno s strani en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Kemija, deveta izdaja. Mehika: McGraw-Hill.
3. MiselCo. (sf). Opredelitev pravila Madelung. Pridobljeno s spletnega mesta thinkco.com
4. LibreTexts. (sf). Načelo Aufbaua. Pridobljeno s strani chem.libretexts.org
5. Reger, DL, Goode, SR in Ball, DW (2009). Kemija: Načela in praksa. Pridobljeno iz books.google.co.ve