Khác biệt giữa bản sửa đổi của “Quy tắc Klechkovsky”

Nội dung được xóa Nội dung được thêm vào
Tạo với bản dịch của trang “Aufbau principle
 
Không có tóm lược sửa đổi
Dòng 7:
Khi chúng ta đi từ nguyên tố này sang nguyên tố khác có số hiệu nguyên tử cao hơn liền kề, số proton và số electron của nguyên tử được tăng thêm 1. Số electron tối đa trong bất kỳ lớp nào là ''2n<sup>2</sup>'', trong đó ''n'' là [[số lượng tử chính]]. Số electron tối đa trong một phân lớp (s, p, d hoặc f) bằng 2(2ℓ + 1) trong đó ℓ = 0, 1, 2, 3... Do đó, các phân lớp này có thể có tối đa là 2, 6, 10 và 14 electron tương ứng. Ở trạng thái cơ bản, cấu hình electron có thể được thiết lập bằng cách đặt các electron vào các phân lớp có mức năng lượng thấp nhất cho đến khi tổng số electron bằng với số hiệu nguyên tử. Các orbital nguyên tử được điền theo thứ tự năng lượng tăng dần, sử dụng hai quy tắc chung để giúp dự đoán cấu hình electron:
 
: 1. Các electron được gán cho các orbital theo thứ tự giá trị tăng dần của (n + ℓ).
: 2. Đối với các phân lớp có cùng giá trị (n + ℓ), các electron được gán trước cho phân lớp có ''n'' nhỏ hơn.
 
Một phiên bản của quy tắc Klechkovsky được gọi là [[ Mô hình vỏ hạt nhân |mô hình vỏ hạt nhân]] được sử dụng để dự đoán cấu hình của các [[proton]] và [[neutron]] trong [[hạt nhân nguyên tử]].<ref>{{Chú thích sách|title=An introduction to nuclear physics|last=Cottingham|first=W. N.|last2=Greenwood|first2=D. A.|date=1986|publisher=Cambridge University Press|isbn=0-521-31960-9|chapter=Chapter 5: Ground state properties of nuclei: the shell model}}</ref>
 
== PhátDiễn biểugiải của quy tắc Klechkovsky ==
[[Tập tin:Aufbau_Principle.png|nhỏ| Các phân lớp cùng bị mũi tên màu đỏ gạch ngang có cùng giá trị <math>n + \ell</math>. Đi từ trên xuống dưới, hướng của mũi tên màu đỏ cho biết thứ tự điền electron. vào orbital ]]
Trong các nguyên tử trung hòa, thứ tự gần đúng để điền electron vào các phân lớp được đưa ra theo ''quy tắc n + ℓ'', còn được gọi là:
 
Dòng 22:
* Quy tắc đường chéo.<ref>{{Chú thích web|url=http://www.wyzant.com/resources/lessons/science/chemistry/electron_configuration|title=Electron Configuration|publisher=[[WyzAnt]]}}</ref>
 
Trong đó ''n'' đại diện cho [[số lượng tử chính]] và ''ℓ'' là [[Số lượng tử xung lượng|số lượng tử phương vị]]; các giá trị ''ℓ'' = 0, 1, 2, 3... tương ứng với các phân lớp ''s'', ''p'', ''d'' và ''f''. Thứ tự phân lớp theo quy tắc này là 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, 8s, ... Ví dụ: titan (Z = 22) có cấu hình trạng thái cơ bản là 1s<sup>2</sup> 2s<sup>2</sup> 2p<sup>6</sup> 3s<sup>2</sup> 3p<sup>6</sup> 4s<sup>2</sup> 3d<sup>2</sup>.<ref>{{Chú thích sách|title=Inorganic Chemistry|last=Miessler|first=Gary L.|last2=Tarr|first2=Donald A.|date=1998|publisher=Prentice Hall|isbn=0-13-841891-8|edition=2nd|page=38}}</ref> Chú ý phân biệt thuật ngữː phân lớp ngoài cùng (có số lượng tử chính n lớn nhất trong cấu hình e nguyên tử) và phân lớp cuối cùng (chứa electron được điền cuối cùng có năng lượng cao nhất).
 
Các tác giả khác viết các phân lớp luôn theo thứ tự tăng n, chẳng hạn như Ti (Z = 22) 1s<sup>2</sup> 2s<sup>2</sup> 2p<sup>6</sup> 3s<sup>2</sup> 3p<sup>6</sup> 3d<sup>2</sup> 4s<sup>2</sup>.<ref name="Jolly">{{Chú thích sách|title=Modern Inorganic Chemistry|last=Jolly|first=William L.|date=1984|publisher=McGraw-Hill|isbn=0-07-032760-2|edition=1st|pages=10-12}}</ref> Đối với một nguyên tử trung hòa nhất định, hai cách viết thứ tự cấu hình electron trên là tương đương vì sự chiếm chỗ orbital của electron chỉ có có ý nghĩa vật lý.
 
Các orbital có giá trị ''n +'' ''ℓ'' thấp hơn được điền trước các orbital có giá trị ''n +'' ''ℓ'' cao hơn. Trong trường hợp giá trị ''n + ℓ'' bằng nhau, orbiatlorbital có giá trị ''n'' thấp hơn được điền trước. Quy tắc trật tự năng lượng Klechkovsky chỉ áp dụng cho các nguyên tử trung hòa ở trạng thái cơ bản. Có mười nguyên tố trong số các [[kim loại chuyển tiếp]] và mười nguyên tố trong nhóm [[Họ lantan|lantan]] và [[Họ Actini|actini]] mà quy tắc này dự đoán cấu hình electron khác với cấu hình thực nghiệm, là một số ngoại lệ của lý thuyết này.
 
Một số sách giáo khoa hóa học vô cơ mô tả quy tắc Klechkovsky về cơ bản là một quy tắc thực nghiệm gần đúng với một số cơ sở lý thuyết,<ref name="Jolly">{{Chú thích sách|title=Modern Inorganic Chemistry|last=Jolly|first=William L.|date=1984|publisher=McGraw-Hill|isbn=0-07-032760-2|edition=1st|pages=10-12}}</ref> dựa trên [[ hình Thomas -Fermi |mô hình Thomas-Fermi]] của nguyên tử như một hệ cơ học lượng tử nhiều electron.<ref>{{Chú thích tạp chí|last=Wong|first=D. Pan|date=1979|title=Theoretical justification of Madelung's rule|url=https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed056p714|journal=Journal of Chemical Education|volume=56|issue=11|page=714}}</ref>
 
=== Ngoại lệ ở các kim loại chuyển tiếp ===
Phân lớp d "mượn" một electron (trong trường hợp [[paladi]] là hai electron) từ phân lớp s để đạt trạng thái bão hòa electron bền vững. Trạng thái bán bão hòa (orbital đạt 50% số electron tối đa) cũng có sự ổn định năng lượng, dù kém hơn trạng thái bão hòa, là do mỗi orbitanorbital chỉ có một electron độc thân (theo quy tắc Hund), do đó lực đẩy electron-electron được giảm tối đa.
{| class="wikitable"
! Nguyên tử
Dòng 37:
! [[Đồng|<sub>29</sub> Cu]]
! [[Niobi|<sub>41</sub> Nb]]
! [[Molypden|<sub>42</sub> Mo]]
! [[Rutheni|<sub>44</sub> Ru]]
! [[Rhodi|<sub>45</sub> Rh]]
! [[Paladi|<sub>46</sub> Pd]]
! [[Bạc|<sub>47 tuổi</sub> Ag]]
! [[Platin|<sub>78</sub> Pt]]
! [[Vàng|<sub>79</sub> ÂuAu]]
|-
| Cấu hình electron lõi
Dòng 58:
|-
| Quy tắc Klechkovsky
| 3d <sup>4</sup> 4s <sup>2</sup>
| 3d <sup>9</sup> 4s <sup>2</sup>
| 4d <sup>3</sup> 5s <sup>2</sup>
| 4d <sup>4</sup> 5s <sup>2</sup>
| 4d <sup>6</sup> 5s <sup>2</sup>
| 4d <sup>7</sup> 5s <sup>2</sup>
| 4d <sup>8</sup> 5s <sup>2</sup>
| 4d <sup>9</sup> 5s <sup>2</sup>
| 4f <sup>14</sup> 5d <sup>8</sup> 6s <sup>2</sup>
| 4f <sup>14</sup> 5d <sup>9</sup> 6s <sup>2</sup>
|-
| Thực nghiệm
| 3d <sup>5</sup> 4s <sup>1</sup>
| 3d <sup>10</sup> 4s <sup>1</sup>
| 4d <sup>4</sup> 5s <sup>1</sup>
| 4d <sup>5</sup> 5s <sup>1</sup>
| 4d <sup>7</sup> 5s <sup>1</sup>
| 4d <sup>8</sup> 5s <sup>1</sup>
| 4d <sup>10</sup>
| 4d <sup>10</sup> 5s <sup>1</sup>
| 4f <sup>14</sup> 5d <sup>9</sup> 6s <sup>1</sup>
| 4f <sup>14</sup> 5d <sup>10</sup> 6s <sup>1</sup>
|}
Ví dụ, ở [[đồng]] <sub>29</sub>Cu, theo quy tắc Klechkovsky, orbital 4s (''n + ℓ'' = 4 + 0 = 4) bị chiếm trước orbital 3d (''n + ℓ'' = 3 + 2 = 5). Quy tắc dự đoán cấu hình electron của đồng là 1s<sup>2</sup> 2s<sup>2</sup> 2p<sup>6</sup> 3s<sup>2</sup> 3p<sup>6</sup> 3d<sup>9</sup> 4s<sup>2</sup>, viết tắt [Ar] 3d<sup>9</sup> 4s<sup>2</sup> trong đó [Ar] biểu thị cấu hình electron của [[argon]], khí hiếm trước chu kỳ đó. Tuy nhiên, cấu hình electron thực nghiệm của nguyên tử đồng là [Ar] 3d<sup>10</sup> 4s<sup>1</sup>. Bằng cách mượn 1 electron từ orbital 4s để bão hòa [[orbital]] 3d, cùng lúc thì orbital 4s cũng đạt trạng thái bán bão hòa. Lúc này đồng đạt trạng thái bền vững hơn, tức là có năng lượng thấp hơn.
Dòng 91:
! [[Lantan|<sub>57</sub> La]]
! [[Xeri|<sub>58</sub> C]]
! [[Gadolini|<sub>64</sub> GVGd]]
! [[Actini|<sub>89</sub> Ac]]
! [[Thori|<sub>90</sub> Th]]
! [[Protactini|<sub>91</sub> Pa]]
! [[Urani|<sub>92</sub> U]]
Dòng 113:
|-
| Quy tắc Klechkovsky
| 4f <sup>1</sup> 6s <sup>2</sup>
| 4f <sup>2</sup> 6s <sup>2</sup>
| 4f <sup>8</sup> 6s <sup>2</sup>
| 5f <sup>1</sup> 7s <sup>2</sup>
| 5f <sup>2</sup> 7s <sup>2</sup>
| 5f <sup>3</sup> 7s <sup>2</sup>
| 5f <sup>4</sup> 7s <sup>2</sup>
| 5f <sup>5</sup> 7s <sup>2</sup>
| 5f <sup>8</sup> 7s <sup>2</sup>
| 5f <sup>14</sup> 6d <sup>1</sup> 7s <sup>2</sup>
|-
| Thực nghiệm
| 5d <sup>1</sup> 6s <sup>2</sup>
| 4f <sup>1</sup> 5d <sup>1</sup> 6s <sup>2</sup>
| 4f <sup>7</sup> 5d <sup>1</sup> 6s <sup>2</sup>
| 6d <sup>1</sup> 7s <sup>2</sup>
| 6d <sup>2</sup> 7s <sup>2</sup>
| 5f <sup>2</sup> 6d <sup>1</sup> 7s <sup>2</sup>
| 5f <sup>3</sup> 6d <sup>1</sup> 7s <sup>2</sup>
| 5f <sup>4</sup> 6d <sup>1</sup> 7s <sup>2</sup>
| 5f <sup>7</sup> 6d <sup>1</sup> 7s <sup>2</sup>
| 5f <sup>14</sup> 7s <sup>2</sup> 7p <sup>1</sup>
|}
Từ [[Unbinili|nguyên tố 120]] về sau, quy tắc Klechkovsky dự kiến sẽ mất khả năng ứng dụng, nhường chỗ cho lý thuyết [[hóa học lượng tử tương đối tính]].
Dòng 142:
=== Quy tắc Klechkovsky trong thuyết lượng tử mới ===
[[Tập tin:Sommerfeld_ellipses.svg|nhỏ| Trong thuyết lượng tử cũ, các quỹ đạo có momen động lượng thấp (orbital ''s'' và ''p'') tiến gần đến hạt nhân hơn ]]
Trong tiếng Anh, quy tắc Klechkovsky được gọi là ''aufbau principle'' (hay ''building-up principle'', nguyên lý vững bền), lấy tên gốc từ tiếng Đức ''{{Lang|de|Aufbauprinzip}}'', thay vì đặt tên của một nhà khoa học. Nó được xây dựng bởi [[Niels Bohr]] và [[Wolfgang Ernst Pauli|Wolfgang Pauli]] vào đầu những năm 1920. Đây là một ứng dụng ban đầu của [[cơ học lượng tử]] cho các tính chất của [[electron]] và giải thích các tính chất hóa học theo thuật ngữ [[Vật lý học|vật lý]]. Mỗi electron được thêm vào phải chịu tác dụng của điện trường được tạo ra bởi điện tích dương của [[hạt nhân nguyên tử]] và điện tích âm của các electron khác liên kết với hạt nhân. Mặc dù ở [[hydro]] không có sự khác biệt về năng lượng giữa các quỹ đạo có cùng số lượng tử chính ''n'', nhưng điều này không đúng với các electron vỏ ngoài của các nguyên tử nguyên tố khác.
 
Trong thuyết lượng tử cũ (trước [[cơ học lượng tử]]), các electron được cho là chiếm các quỹ đạo hình elip cổ điển. Các quỹ đạo có [[momen động lượng]] cao nhất là "quỹ đạo tròn" chứa electron bên trong, nhưng các quỹ đạo có momen động lượng thấp (orbital ''s'' và ''p'') có độ [[Độ lệch tâm quỹ đạo|lệch tâm quỹ đạo]] cao, do đó chúng tiến gần đến hạt nhân hơn và chịu [[hiệu ứng lá chắn]] yếu hơn các electron bên ngoài vì các electron này ít chịu tác dụng của điện trường tạo ra bởi điện tích âm của các electron khác ở xa hạt nhân hơn. Ở trạng thái cơ bản của [[hydro]] chỉ có 1 electron nên không có sự khác biệt về năng lượng giữa các quỹ đạo có cùng số lượng tử chính ''n'', nhưng điều này không đúng với các electron vỏ ngoài của các nguyên tử nguyên tố khác.
 
=== Quy tắc sắp xếp năng lượng ''n + ℓ'' ===