QUY TẮC ĐƯỜNG CHÉO: NÓ DÙNG ĐỂ LÀM GÌ VÀ VÍ DỤ - HÓA HỌC - 2026

Các quy tắc của đường chéo là một nguyên tắc xây dựng, cho phép mô tả các cấu hình điện tử của một nguyên tử hay ion, theo năng lượng của mỗi cấp quỹ đạo hoặc năng lượng. Theo nghĩa này, sự phân bố điện tử của mỗi nguyên tử là duy nhất và được cho bởi các số lượng tử.

Những con số này xác định không gian nơi các electron có nhiều khả năng được định vị nhất (được gọi là obitan nguyên tử) và cũng mô tả chúng. Mỗi số lượng tử liên quan đến một thuộc tính của obitan nguyên tử, giúp hiểu được đặc điểm của các hệ nguyên tử bằng cách sắp xếp các electron trong nguyên tử và trong năng lượng của chúng.

Tương tự, quy tắc đường chéo (còn được gọi là Quy tắc Madelung) dựa trên các nguyên tắc khác tuân theo bản chất của các electron, để mô tả chính xác hành vi của chúng trong các loài hóa học.

Nó dùng để làm gì?

Quy trình này dựa trên nguyên lý Aufbau, trong đó nói rằng trong quá trình tích hợp các proton vào hạt nhân (từng cái một), khi các nguyên tố hóa học được tạo thành, các electron cũng được thêm vào các obitan nguyên tử.

Điều này có nghĩa là, khi một nguyên tử hoặc ion ở trạng thái cơ bản của nó, các electron chiếm các khoảng trống có sẵn của các obitan nguyên tử theo mức năng lượng của chúng.

Bằng cách chiếm giữ các obitan, trước tiên các electron được định vị ở các mức có năng lượng thấp nhất và không bị chiếm chỗ, sau đó chúng được đặt ở các mức có năng lượng cao nhất.

Cấu hình điện tử của các loại hóa chất

Tương tự, quy tắc này được sử dụng để hiểu khá chính xác về cấu hình điện tử của các nguyên tố hóa học; nghĩa là các nguyên tố hóa học khi chúng ở trạng thái cơ bản.

Vì vậy, bằng cách hiểu được các cấu hình mà các electron có trong nguyên tử, có thể hiểu được các tính chất của các nguyên tố hóa học.

Có được kiến ​​thức này là cần thiết cho việc suy luận hoặc dự đoán các tính chất này. Tương tự, thông tin được cung cấp bởi quy trình này giúp giải thích lý do tại sao bảng tuần hoàn lại phù hợp với các nghiên cứu về các nguyên tố.

Quy tắc của đường chéo là gì?

Mặc dù quy tắc này chỉ áp dụng cho các nguyên tử ở trạng thái cơ bản của chúng, nhưng nó hoạt động khá hiệu quả đối với các nguyên tố trong bảng tuần hoàn.

Nguyên tắc loại trừ Pauli được tuân theo, trong đó nói rằng hai electron thuộc cùng một nguyên tử không thể sở hữu bốn số lượng tử bằng nhau. Bốn số lượng tử này mô tả từng electron được tìm thấy trong nguyên tử.

Do đó, số lượng tử chính (n) xác định mức năng lượng (hoặc lớp vỏ) mà electron được nghiên cứu nằm trong đó và số lượng tử phương vị (ℓ) có liên quan đến mô men động lượng và nêu chi tiết hình dạng của quỹ đạo.

Tương tự như vậy, số lượng tử từ (m _ℓ ) biểu thị hướng mà quỹ đạo này có trong không gian và số lượng tử spin (m _s ) mô tả hướng quay mà electron trình bày xung quanh trục của chính nó.

Hơn nữa, quy tắc Hund thể hiện rằng cấu hình electron thể hiện độ ổn định lớn nhất trong một cấp phân chia lại được coi là cấu hình có nhiều spin hơn ở các vị trí song song.

Bằng cách tuân theo các nguyên tắc này, người ta xác định được rằng sự phân bố của các electron tuân theo sơ đồ dưới đây:

Trong hình này, các giá trị của n tương ứng với 1, 2, 3, 4…, theo mức năng lượng; và các giá trị của ℓ được biểu diễn bởi 0, 1, 2, 3…, tương đương với p, d và f, tương ứng. Vì vậy trạng thái của các electron trong các obitan phụ thuộc vào các số lượng tử này.

Ví dụ

Có tính đến mô tả của thủ tục này, một số ví dụ cho ứng dụng của nó được đưa ra dưới đây.

Đầu tiên, để có được sự phân bố điện tử của kali (K), số nguyên tử của nó phải được biết, là 19; nghĩa là nguyên tử kali có 19 proton trong hạt nhân và 19 electron. Theo sơ đồ, cấu hình của nó là 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ¹ .

Các cấu hình của nguyên tử đa điện tử (có nhiều hơn một điện tử trong cấu trúc của chúng) cũng được biểu thị bằng cấu hình của khí quý trước nguyên tử cộng với các điện tử theo sau nó.

Ví dụ, trong trường hợp của kali, nó cũng được biểu thị bằng 4s ¹ , vì khí đứng trước kali trong bảng tuần hoàn là argon.

Một ví dụ khác, nhưng trong trường hợp này nó là kim loại chuyển tiếp, là thủy ngân (Hg) có 80 electron và 80 proton trong hạt nhân của nó (Z = 80). Theo sơ đồ xây dựng, cấu hình điện tử hoàn chỉnh của nó là:

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 .

Cũng như đối với kali, cấu hình của thủy ngân có thể được biểu thị là 4f ¹⁴ 5d ¹⁰ 6s ² , vì khí đứng trước nó trong bảng tuần hoàn là xenon.

Ngoại lệ

Quy tắc đường chéo được thiết kế để chỉ áp dụng cho các nguyên tử ở trạng thái cơ bản và có điện tích bằng 0; nghĩa là, nó được kết hợp rất tốt với các nguyên tố của bảng tuần hoàn.

Tuy nhiên, có một số trường hợp ngoại lệ có những sai lệch quan trọng giữa phân bố điện tử giả định và kết quả thực nghiệm.

Quy tắc này dựa trên sự phân bố của các electron khi chúng nằm trong các mức phân tầng tuân theo quy tắc n + ℓ, ngụ ý rằng các obitan có độ lớn nhỏ n + ℓ được lấp đầy trước các obitan có độ lớn lớn hơn của tham số này.

Ngoại lệ, các nguyên tố palađi, crom và đồng được trình bày, trong đó các cấu hình điện tử được dự đoán không phù hợp với những gì được quan sát.

Theo quy tắc này, palađi phải có phân bố điện tử bằng 5s ² 4d ⁸ , nhưng các thí nghiệm cho kết quả bằng 4d ¹⁰ , điều này chỉ ra rằng cấu hình bền nhất của nguyên tử này xảy ra khi vỏ con 4d đầy; nghĩa là nó có năng lượng thấp hơn trong trường hợp này.

Tương tự, nguyên tử crom nên có sự phân bố điện tử như sau: 4s ² 3d ⁴ . Tuy nhiên, bằng thực nghiệm người ta thu được rằng nguyên tử này có cấu hình 4s ¹ 3d ⁵ , điều này ngụ ý rằng trạng thái năng lượng thấp hơn (ổn định hơn) xảy ra khi cả hai lớp con được lấp đầy một phần.

Người giới thiệu

1. Wikipedia. (sf). Nguyên tắc aufbau. Khôi phục từ en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Hóa học, ấn bản lần thứ chín. Mexico: McGraw-Hill.
3. Suy nghĩCo. (sf). Định nghĩa Quy tắc của Madelung. Lấy từ thinkco.com
4. LibreTexts. (sf). Nguyên tắc aufbau. Đã khôi phục từ chem.libretexts.org
5. Reger, DL, Goode, SR và Ball, DW (2009). Hóa học: Nguyên tắc và Thực hành. Lấy từ books.google.co.ve