غير مصنف

بحث عن التوزيع الالكتروني

تختص ميكانيكا الكم في دراسة سلوك المادة والضوء على النطاق الذري وغير الذري. إنها تصف خصائص الجزئيات ومكوناتها-البروتونات والنيترونات وجزئيات باطنية أخرى مثل الكواركات والغلونات. بما فيها ترتيب الالكترونات في ذرة أو جزيء. في السطور التالية سنختص بتقديم بحث عن التوزيع الالكتروني ، ماهيته، كيفية كتابته والقواعد التي تحكمه.

شرح التوزيع الالكتروني للذرة

التوزيع الالكتروني للذرة هي طريقة بسيطة لكتابة موقع جميع الإلكترونات في الذرة. وكما نعلم ، فإن البروتونات المشحونة بشحنة إيجابية في نواة الذرة تميل لجذب إلكترونات سالبة الشحنة. وفي حين أن جميع الإلكترونات تكون ملتصقة داخل الذرة بسبب جاذبيتها للبروتونات، فإنها تقوم أيضا بصد بعضها البعض، مما يؤدي إلى انتشارها حول النواة في أنماط منتظمة.

وينتج عن هذا تكوينات هندسية جميلة تسمى المدارات، والتي تمثل المناطق المميزة حول النواة التي يتتبعها كل إلكترون. ويعود السبب في ميل الإلكترونات للبقاء في مداراتها المنفصلة بدلاً من تراكمها فوق بعضها البعض إلى مبدأ استبعاد باولي، وهي نظرية من نظريات ميكانيكا الكم التي تملي بأنه لا يمكن أن يوجد إلكترونان في نفس المكان. و لا ينشأ مبدأ استبعاد باولي من مجرد تنافر إلكتروستاتيكي للإلكترونات السلبية ، بل إنه يعتمد على مبادئ فيزيائية أساسية تقيد جميع الجسيمات دون الذرية.

أما المدارات فتمثل “عناوين” محددة لكل إلكترون حول الذرة. حاول أن تفكر في الإلكترونات على أنها مستأجرين في واحدة من عدة شقق واقعة بالقرب من حديقة جميلة. جميع الإلكترونات تريد أن تعيش بالقرب من الحديقة ( باعتبارها النواة)، لكن لا يمكنها جميعا العيش في نفس المكان. بدلاً من ذلك ، تتعايش بعض الإلكترونات في الشقق الأقرب إلى النواة، ومع زيادة عدد الإلكترونات التي ترغب في العيش بالقرب من نواة معينة، يحتاج بعضها إلى التحرك نظرًا لأن الشقق القريبة من النواة اكتظت.

ومن أجل تتبع المكان الذي يعيش فيه إلكترون معين في ذرة ما ، لا نحتاج فقط إلى معرفة مدى بعده عن النواة ( الذي يحدد مستوى الطاقة لديها، نظرًا لأن الإلكترونات الخارجة عن النواة تميل إلى الحصول على طاقة أعلى)، بل أيضا معرفة نوع المدار الذي يمكن العثور على الإلكترون فيه. ورجوعا إلى التفكير في الإلكترون كمستأجر فإن التوزيع الإلكتروني لا يحدد فقط أي مبني سكني ( مستوى الطاقة) الذي يعيش فيه الإلكترون، ولكن يحدد أيضا رقم شقته ( نوع المدار).

إذا قمنا برسم خريطة للمباني السكنية التي تعيش فيها الإلكترونات ، وكذلك أنواع الشقق المتوفرة في كل مبني ، فستبدو مثل الصورة أدناه:

لاحظ كيف يتضمن كل مبنى ( مستوى الطاقة) نوعًا جديدًا من الشقق ( المدارات) وعدد أكبر من المستأجرين ( الإلكترونات)، ونظرا لاهتمام علماء الكيمياء بتحديد موقع جميع الإلكترونات في ذرة معينة، فهو يكتبون سلسلة من الرموز تسمى توزيع الإلكترون الذي يتتبع كل المعلومات عن ذرة معينة.

على سبيل المثال، يبدو التكوين الإلكتروني للأكسجين بالشكل التالي [He] 2s2 2p4. والأكسجين هو العنصر الثامن في الجدول الدوري  بإجمالي 8 إلكترونات. عند كتابة التكوين الإلكتروني للأكسجين ، سيذهب الإلكترونان الأوليان إلى المدار الأول. بما أن  المدار 1s  يمكن أن يتحمل إلكترونين فقط ، فإن الإلكترونين التاليين  يدخلان في المدار 2.s  وستذهب الإلكترونات الأربعة المتبقية في للمدار 2p  .

ولكن، كيف يحدث التوزيع الالكتروني ؟ . يحدث التوزيع الالكتروني من خلال توزع الالكترونات في المدارات حسب رقم مستوى الطاقة n2  ، حيث تكون السعة القصوى لمستويات الطاقة على التوالي ، 2 إلكترون، 8 إلكترونات و 18 إلكترون على أن يكون عدد الإلكترونات لأي ذرة في مستوى الطاقة الأخير أكثر من 8 إلكترونات أين كان رقم المدار ، وأن يكون العدد الذري للمركب الكيميائي مساو لعدد البروتونات في النواة  وعدد الإلكترونات  حولها في حالة الذرة المعتدلة.

كيفية كتابة التوزيع الالكتروني لأي ذرة عنصر باستخدام الجدول الدوري

يتم تحديد عدد الإلكترونات باستخدام الجدول الدوري من خلال إتباع الخطوات الموضحة فيما يلي:

-البحث عن العدد الذري. ويتم تحديد الرمز الكيميائي للذرة من الجدول الدوري، ويكون عدد صحيح موجب يزيد بدرجة واحدة لكل ذرة. يماثل رمز الذرة الكيميائي عدد بروتوناتها الذي يساوي عدد الإلكترونات عديمة الشحنات في الذرة. يتم بعدها تحديد شحنة الذرة، حيث يكون عدد الإلكترونات  المشحونة في الذرة أقل من عدد الإلكترونات غير المشحونة وإضافة إلكترون واحد لكل شحنة سالبة وطرح إلكترون واحد من كل شحنة موجبة.

-حفظ القائمة الأساسية للمدارات. المجموعة المدارية s تحتوي على مدار واحد،  المجموعة المدارية p ، تحتوي على 3 مدارات ويمكن أن تحمل مجموع 6 إلكترونات، المجموعة المدارية ، المجموعة المدارية d تحتوي على 5 مدارات وتحمل 10 إلكترونات وتحتوي المجموعة المدارية f على 7 مدارات وتحمل 14 إلكترونا.  وتساعد جملة Sober Physicists Don’t Find Giraffes Hiding In Kitchens ، على حفظ ترتيب هذه المدارات.

-فهم رموز التوزيع الإلكتروني للذرة. والذي يظهر عدد الإلكترونات في الذرة وفي كل مدار، حيث يكتب المدار متبوعا بعدد الإلكترونات فيه الجزء العلوي على يمين رمز المدار، بحيث تتكون لديك سلسلة واحدة من الرموز المدارية وفوقها عدد الإلكترونات (1s2 2s2 2p6). ثم احفظ ترتيب المدارات الذي يكون كالتالي:  1s، 2s، 2p، 3s، 3p، 4s، 3d، 4p، 5s، 4d، 5p، 6s، 4f، 5d، 6p، 7s، 5f، 6d، 7p

-قم بملء المدارات وفقا لعدد الكترونات الذرة، مع الأخذ بعين الاعتبار عدد الالكترونات في كل مستوى (s=2، p=6 ، d=10  ، f=14 ) ، وكمثال لعنصر (أوغانيسون) الذي يحمل 118 ذرة  تنتج لنا الكتابة التالية:

Uuo118= 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6 .

أمثلة عن التوزيع الالكتروني

-التوزيع الالكتروني للهيدروجين: 1s1

يحتوي الهيدروجين على إلكترون واحد فقط وبالتالي من أجل ملء مستوى الطاقة الخاص به ، فإنه يحتاج فقط إلى إلكترون واحد إضافي للحصول على مستوى طاقة كامل  هذا هو السبب في أننا نضع إلكترونين فقط على ذرات الهيدروجين عند رسم تركيب لويس.

-التوزيع الالكتروني للكربون:  [He] 2s2 2p2

الكربون هو العنصر السادس بإجمالي 6 إلكترونات. عند كتابة التوزيع الإلكتروني للكربون ، سيذهب الإلكترونان الأوليان إلى المدار الأول. بما أن 1s   يحمل إلكترونين فقط ، فإن الإلكترونين التاليين للكربون ينتقلان إلى المدار 2s  و ينتقل الإلكترونان المتبقيان في المدار 2 p، ويكون التوزيع الالكتروني له C 1s22s22p2  .

-شذوذ التوزيع الالكتروني للنحاس:  [Ar] 3d10 4s1

يكون مستوى الطاقة الفرعي d أكثر استقرار في حال كان ممتلئ كليا أو جزئيا مقارنة بمستوى الطاقة الفرعي s الموالي له، ويعود ذلك لكونه يستهلك طاقة أقل لاستقرار المستوى d, مقارنة بالطاقة التي يستهلكها ليمتلئ كليا أو جزئيا في المستوى s. وتكون كتابته وفقا لقاعدة شذوذ التوزيع الالكتروني كما يلي : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d104s1.

 قواعد التوزيع الالكتروني

يخضع هذا التوزيع لثلاث قواعد أساسية:

قاعدة اوف باو Aufbau Principle. “Aufbauprinzip” مصطلح ألماني يعني مبدأ البناء. و تنص هذه القاعدة على أن البناء الالكتروني لذرة أو جزيء أو أيون يتم من خلال ملء المدارات تدريجيا بالالكترونات من مستوى الطاقة الأدنى وصولا إلى مستويات أعلى ، والذي يضمن أكبر استقرار للإلكترون الموجود في الذرة.

قاعدة الاستبعاد لباولي Pauli Exclusion Principle، وجاء بهذه القاعدة العالم الأمريكي ولفجان بولي عام 1925 ميلادي، حيث بين أنه لا يمكن لإلكترونين احتلال الحالة الكمية نفسها ، كما يمكن لكل مدار يتميز بالأرقام الكمومية الثلاثة (  (n, l, m أن يستقبل إلكترونين  فقط يدوران عكسيا.

قاعدة هوند Hund’s Rule، ووضح هوند أنه يجب استخدام أكبر عدد من المدارات في طبقة أساسية لتقليل التنافر المتبادل بين الالكترونات التي تميل لأن تكون منفردة إن لم يكن عددها أكبر من عدد المدارات. وأن الترتيبات التي تحتوي على عدد كبير من المدارات المتوازية هي الأكثر تفضيلا، حيث تعكس تأثير تبادل الطاقة.

المراجع

What are electron configurations?
Electron Configurations
How do you write electron configurations?

 

الوسوم

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

إغلاق