REGULA DIAGONALELOR: PENTRU CE ESTE VORBA ȘI EXEMPLE - CHIMIE - 2025

Regula diagonalelor este un principiu de construcție care permite descrierea configurația electronică a unui atom sau ion, în funcție de energia fiecărui nivel orbital sau energie. În acest sens, distribuția electronică a fiecărui atom este unică și este dată de numerele cuantice.

Aceste numere definesc spațiul în care electronii sunt cel mai probabil să fie localizați (numiți orbitali atomici) și, de asemenea, îi descriu. Fiecare număr cuantic este legat de o proprietate a orbitalelor atomice, care ajută la înțelegerea caracteristicilor sistemelor atomice prin dispunerea electronilor lor în atom și în energiile lor.

În mod similar, regula diagonalelor (cunoscută și sub numele de Regula lui Madelung) se bazează pe alte principii care se supun naturii electronilor, pentru a descrie corect comportamentul acestora în cadrul speciilor chimice.

Pentru ce este?

Această procedură se bazează pe principiul Aufbau, care afirmă că, în procesul de integrare a protonilor în nucleu (unul câte unul), când elementele chimice sunt constituite, electronii sunt adăugați și la orbitalii atomici.

Aceasta înseamnă că, atunci când un atom sau ion se află în starea sa de sol, electronii ocupă spațiile disponibile ale orbitalelor atomice în funcție de nivelul lor de energie.

Ocupând orbitalii, electronii sunt mai întâi localizați în nivelurile care au cea mai mică energie și sunt neocupate, apoi sunt localizate în cea mai mare energie.

Configurații electronice ale speciilor chimice

În mod similar, această regulă este utilizată pentru a înțelege destul de exact configurațiile electronice ale speciilor chimice elementare; adică elementele chimice atunci când se află în starea lor fundamentală.

Deci, prin înțelegerea configurațiilor pe care le prezintă electronii în atomi, proprietățile elementelor chimice pot fi înțelese.

Dobândirea acestor cunoștințe este esențială pentru deducerea sau predicția acestor proprietăți. În mod similar, informațiile furnizate de această procedură ajută la explicarea motivului pentru care tabelul periodic este de acord atât de bine cu investigarea elementelor.

Care este regula diagonalelor?

Deși această regulă se aplică numai atomilor în starea lor de bază, funcționează destul de bine pentru elementele din tabelul periodic.

Se respectă principiul excluderii lui Pauli, care afirmă că doi electroni care aparțin aceluiași atom nu sunt capabili să posede cele patru numere cuantice egale. Aceste patru numere cuantice descriu fiecare dintre electronii găsiți în atom.

Astfel, numărul cuantic principal (n) definește nivelul de energie (sau coajă) în care se află electronul studiat, iar numărul cuantic azimutal (ℓ) este legat de momentul unghiular și detaliază forma orbitalului.

De asemenea, numărul cuantic magnetic (m _ℓ ) exprimă orientarea pe care acest orbital o are în spațiu, iar numărul cuantic de spin (m _s ) descrie direcția de rotație pe care o prezintă electronul în jurul propriei sale axe.

Mai mult, regula lui Hund exprimă faptul că configurația electronică care prezintă cea mai mare stabilitate într-un subnivel este considerată cea care are mai multe rotiri în poziții paralele.

Respectând aceste principii, sa stabilit că distribuția electronilor respectă diagrama prezentată mai jos:

În această imagine, valorile lui n corespund 1, 2, 3, 4 …, în funcție de nivelul de energie; iar valorile lui ℓ sunt reprezentate de 0, 1, 2, 3 …, care sunt echivalente cu as, p, d și f, respectiv. Deci starea electronilor din orbitali depinde de aceste numere cuantice.

Exemple

Ținând cont de descrierea acestei proceduri, câteva exemple sunt aplicate mai jos.

În primul rând, pentru a obține distribuția electronică a potasiului (K), numărul atomic al acestuia trebuie cunoscut, care este 19; adică atomul de potasiu are în nucleul său 19 protoni și 19 electroni. Conform diagramei, configurația sa este dată ca 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ¹ .

Configurațiile atomilor polielectronici (care au mai mult de un electron în structura lor) sunt, de asemenea, exprimate ca configurația gazului nobil înaintea atomului, plus electronii care îl urmează.

De exemplu, în cazul potasiului este exprimat și sub formă de 4s ¹ , deoarece gazul nobil înainte de potasiu în tabelul periodic este argonul.

Un alt exemplu, dar în acest caz este un metal de tranziție, este cel al mercurului (Hg) care are 80 de electroni și 80 de protoni în nucleul său (Z = 80). Conform schemei de construcție, configurația sa electronică completă este:

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 .

Ca și în cazul potasiului, configurația mercurului poate fi exprimată ca 4f ¹⁴ 5d ¹⁰ 6s ² , deoarece gazul nobil care îl precede în tabelul periodic este xenonul.

excepţii

Regula diagonalelor este concepută pentru a fi aplicată numai la atomii care sunt într-o stare fundamentală și cu o sarcină electrică egală cu zero; adică este foarte bine cuplat la elementele din tabelul periodic.

Cu toate acestea, există unele excepții pentru care există diferențe importante între distribuția electronică asumată și rezultatele experimentale.

Această regulă se bazează pe distribuția electronilor atunci când sunt localizați în subnivele, ascultând regula n + ℓ, ceea ce presupune că orbitalele care au o mărime mică de n + lle sunt umplute înaintea celor care prezintă o magnitudine mai mare a acestui parametru.

Ca excepții, sunt prezentate elementele de paladiu, crom și cupru, dintre care se prevede configurații electronice care nu sunt de acord cu cele observate.

Conform acestei reguli, paladiul trebuie să aibă o distribuție electronică egală cu 5s ² 4d ⁸ , dar experimentele au obținut una egală cu 4d ¹⁰ , ceea ce indică faptul că cea mai stabilă configurație a acestui atom are loc atunci când subsemnul 4d este plin; adică are o energie mai mică în acest caz.

În mod similar, atomul de crom ar trebui să aibă următoarea distribuție electronică: 4s ² 3d ⁴ . Cu toate acestea, experimental s-a obținut că acest atom dobândește configurația 4s ¹ 3d ⁵ , ceea ce implică faptul că starea de energie mai mică (mai stabilă) apare atunci când ambele subfolii sunt parțial umplute.

Referințe

1. Wikipedia. (Sf). Principiul Aufbau. Recuperat de pe en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Chimie, ediția a noua. Mexic: McGraw-Hill.
3. ThoughtCo. (Sf). Regula lui Madelung. Preluat de la thinkco.com
4. LibreTexts. (Sf). Principiul Aufbau. Recuperat din chem.libretexts.org
5. Reger, DL, Goode, SR și Ball, DW (2009). Chimie: Principii și practică. Obținut din books.google.co.ve