Aufbau-princip, Pauli-eksklusion, Hunds regel

Kemi A · STX · A-niveau · Atomer og periodisystemet

🧪 Aufbau-princip, Pauli-eksklusion, Hunds regel

Tre grundlæggende kvanteregler styrer elektronernes fordeling i orbitaler.

Aufbau-princippet ("opbygnings-princippet"): orbitaler fyldes fra lavest til højest energi. Madelung-rækkefølge (n+l-reglen): 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d. Bemærk at 4s fyldes FØR 3d (4s har lavere energi end 3d).

Eksempel: scandium Sc (Z=21): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹.

Pauli-eksklusionsprincippet (Wolfgang Pauli 1925): ingen to elektroner i samme atom kan have nøjagtig samme 4 kvantetal. Konsekvens: hver orbital kan rumme maks. 2 elektroner med modsatrettede spin (↑↓).

Hunds regel (Friedrich Hund): når elektroner fylder orbitaler af samme energi (degenererede orbitaler — fx 2p_x, 2p_y, 2p_z), fyldes hver orbital først med én elektron (parallelle spin) før nogen orbital får 2 elektroner.

Eksempel — Carbon (Z=6): 1s² 2s² 2p². De 2 p-elektroner placeres i SEPARATE p-orbitaler (én i p_x, én i p_y) med parallelle spin — IKKE begge i samme p-orbital.

Anomalier: Cr [Ar]4s¹3d⁵ (ikke 4s²3d⁴) — halvfyldt 3d er stabilt. Cu [Ar]4s¹3d¹⁰ (ikke 4s²3d⁹) — fyldt 3d-skal mere stabilt.

Anvendelse

forklarer periodicitet (alkalimetaller alle ns¹ konfiguration), magnetisme (uparret elektroner = paramagnetisk).

Læringsmål

• Forklare Aufbau-princippet og Madelung-rækkefølgen for orbitalfyldning
• Anvende Pauli-eksklusionsprincippet til at forklare maks. 2 elektroner pr. orbital
• Anvende Hunds regel til at fordele elektroner i degenererede p-/d-orbitaler
• Genkende og forklare anomalier (Cr og Cu) som undtagelser fra Aufbau-princippet
• Koble elektronkonfiguration til magnetiske egenskaber (paramagnetisme)

Sådan kan du arbejde med emnet

• Forklar, hvad Aufbau-princippet siger om, hvordan elektroner fylder orbitaler
• Forklar Pauli-eksklusionsprincippet med egne ord
• Brug Hunds regel til at bestemme elektronfordelingen i p-orbitalerne for et givet grundstof

Eksperiment-forslag

• Opskriv elektronkonfigurationen for scandium (Z=21) trin for trin efter Aufbau-princippet.
• Tegn orbitaldiagrammet for carbon (1s²2s²2p²) og forklar hvorfor de to p-elektroner placeres i separate orbitaler (Hunds regel).
• Forklar hvorfor krom har konfigurationen [Ar]4s¹3d⁵ i stedet for [Ar]4s²3d⁴.
• Undersøg hvilke grundstoffer er paramagnetiske ud fra deres elektronkonfiguration, og hvorfor.

Brobygning

De tre regler forklarer periodicitet og leder direkte videre til periodisystemets opbygning i grupper og perioder.