الترتيب و التوزيع الإلكتروني
بحث عن التوزيع الالكتروني ، الإلكترونات تترتب حول النواة في مجالات منتظمة تسمى مجالات الطاقة ، ومجالات الطاقة هي المواقع المختلفة للإلكترون في الذرة ، طاقة الإلكترون تختلف طبقًا لقربه أو بعده عن النواة ، الإلكترونات التي تتواجد في مجال طاقة أقرب للنواة لها طاقة أقل من الإلكترونات التي تتواجد في مجال طاقة أبعد عن النواة ، الإلكترونات البعيدة لها طاقة عالية تمكنها من الابتعاد عن النواة التي تجذبها بقوة ، تنشأ قوة جذب بين الإلكترون سالبة الشحنة والنواة موجبة الشحنة ، وتزداد كلما اقترب الإلكترون من النواة ، وتقل كلما ابتعد عنها .لكل مجال من مجالات الطاقة درجة تشبع من الإلكترونات ، وهو ما يحدد ترتيب الإلكترونات حول النواة في مجالات الطاقة ، فمثلًا المجال الأول يتشبع بإلكترونين ، أما الثاني فيتشبع بثمانية إلكترونات ، والثالث يتشبع بثمانية عشر إلكترونًا ، والرابع يتشبع باثنين وثلاثين إلكترونًا .
يصف التكوين الإلكتروني لعنصر ما كيفية توزيع الإلكترونات في مداراته الذرية ، تتبع تكوينات الذرات الإلكترونية تدوينًا قياسيًا يتم فيه وضع جميع الأجزاء الفرعية الذرية المحتوية على الإلكترون (مع عدد الإلكترونات المكتوبة بخط مرتفع) في تسلسل، على سبيل المثال ، التكوين الإلكتروني للصوديوم هو 1s22s22p63s1.يسمح لنا التكوين الإلكتروني للأنواع الذرية (المحايدة أو الأيونية) بفهم شكل وطاقة إلكتروناتها ، يتم أخذ العديد من القواعد العامة في الاعتبار عند تعيين “موقع” الإلكترون لحالة الطاقة المستقبلية ، إلا أن هذه التخصيصات تعسفية ودائمًا ما يكون غير مؤكد بشأن أي الإلكترون يتم وصفه ، تعد معرفة التكوين الإلكتروني لأحد الأنواع فهمًا أفضل لقدرته على الترابط والمغناطيسية والخصائص الكيميائية الأخرى .بشكل عام ، يتم استخدام تكوين الإلكترون لوصف مدارات الذرة في حالتها الأساسية ، ولكن يمكن أيضًا استخدامها لتمثيل الذرة التي تأينت إلى كاتيون أو أنيون عن طريق التعويض عن فقدان أو اكتساب الإلكترونات في المدارات ، يمكن ربط العديد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية للعناصر بتكويناتها الإلكترونية الفريدة ، إلكترونات التكافؤ ، الإلكترونات الموجودة في الغلاف الخارجي ، هي العامل المحدد للكيمياء الفريدة للعنصر.
قواعد التوزيع الإلكتروني
الطريقة التي نحدد بها التكوينات الإلكترونية للكاتيونات والأنيونات تشبه بشكل أساسي تلك الخاصة بالذرات المحايدة في حالتها الأساسية ، أي أننا نتبع القواعد الثلاثة المهمة: مبدأ Aufbau ، مبدأ استبعاد Pauli ، وقاعدة Hund.
مبدأ Aufbau: يجب أن تملأ الإلكترونات المدارات الذرية لمستوى طاقة معين بالكامل قبل احتلال مدار مرتبط بمستوى طاقة أعلى. تحتل الإلكترونات المدارات بالترتيب المتزايد لمستوى الطاقة المدارية.مبدأ استبعاد باولي: ينص على أنه لا يمكن أن يكون لإلكترونين قيم متساوية لجميع الأعداد الكمية الأربعة. وبالتالي ، يمكن أن يستوعب كل جزء فرعي من المدار إلكترونين كحد أقصى ، ويجب أن يكون لكل من هذين الإلكترونين دوران متعاكس.قاعدة Hund الخاصة بالتعددية القصوى: يجب أن يتم شغل جميع الأجزاء الفرعية في المدار منفردة قبل احتلال أي قشرة فرعية بشكل مضاعف ، علاوة على ذلك ، يجب أن يكون دوران جميع الإلكترونات في الأجزاء الفرعية المشغولة منفردة هو نفسه (من أجل تعظيم الدوران الكلي).
التوزيع الإلكتروني المختصر
يمكن استخدام تدوين مختصر أو مكثف بدلاً من الترميز القياسي ، في الترميز المختصر ، يتم استبدال تسلسل الأجزاء الفرعية المملوءة بالكامل والتي تتوافق مع التكوين الإلكتروني للغاز النبيل برمز هذا الغاز النبيل بين قوسين مربعين ، لذلك ، فإن التكوين الإلكتروني المختصر للصوديوم هو [Ne] 3s1 ، التكوين الإلكتروني للنيون هو 1s22s22p6 ، والذي يمكن اختصاره إلى [He] 2s22p6) ، تكوينات الإلكترون لها أهمية في:[1]
تحديد تكافؤ عنصر.توقع خصائص مجموعة من العناصر (تميل العناصر ذات التكوينات الإلكترونية المتشابهة إلى إظهار خصائص متشابهة).تفسير الأطياف الذرية.بدأ تطبيق هذا الترميز لتوزيع الإلكترونات في المدارات الذرية للذرات بعد وقت قصير من تقديم نموذج بور للذرة من قبل إرنست رذرفورد ونيلز بور في عام 1913 .
شرح التوزيع الإلكتروني
تعرف توزيع الإلكترونات في أغلفة الطاقة بالتكوين الإلكتروني ، يعتمد على مخطط Bohr-Bury الذي بموجبه يتم إعطاء الحد الأقصى لعدد الإلكترونات التي يمكن أن توجد في غلاف طاقة معين للذرة بواسطة 2n2 ، حيث n هو عدد غلاف الطاقة.مجالات الطاقة K و L و M و N هي أول أربع مجالات للطاقة قدمها بور ، لذلك يتم إعطاء الحد الأقصى لعدد الإلكترونات التي يمكن استيعابها في كل غلاف على النحو التالي :
العنصر الذي لديه ثلاثة إلكترونات يتم توزيعها من خلال تشبع المجال الأول للطاقة بإلكترونين ، بينما مجال الطاقة الثاني يكون به إلكترون واحد وليس العكس .توزيع إلكترونات عنصر عدده الذري 11 ، يتشبع المجال الأول للطاقة بإلكترونين ، ثم المجال الثاني بثمانية إلكترونات ، ثم المجال الثالث للطاقة بإلكترون واحد .توزيع إلكترونات عنصر عدده الذري 20 يتشبع المجال الأول للطاقة بإلكترونين ، ثم المجال الثاني بثمانية إلكترونات ، ثم المجال الثالث للطاقة به ثمانية إلكترونات .في الذرات الصغيرة عندما يزيد عدد الإلكترونات عن ثمانية ، فإنها تتنافر مع بعضها ، وهو ما يؤدي إلى صعود الإلكترونات الزائدة عن ثمانية إلى مجال الطاقة الأعلى ، ويسمح بذلك ضعف جذب النواة لهذه الإلكترونات ، لأن عدد البروتنات صغير .الذرات الأكبر للرصاص تحتوي على 82 بروتون ، وهو ما يشكل قوة جذب كبيرة ، قادرة على جذب 18 إلكترونًا في مجال طاقة واحد ، متغلبة على ذلك على قوة التنافر بينهماتعتمد الأجزاء الفرعية التي يتم توزيع الإلكترونات عليها على عدد الكم السمتي (يُشار إليه بـ “l”).هذا الرقم الكمي يعتمد على قيمة العدد الكمي الأساسي ، n ، لذلك ، عندما تكون قيمة n هي 4 ، فمن الممكن وجود أربعة أقسام فرعية مختلفة.عندما ن = 4 ، تتوافق الأجزاء الفرعية مع l = 0 و l = 1 و l = 2 و l = 3 ويتم تسميتها بالقطاعات الفرعية s و p و d و f ، على التوالي.يتم تحديد الحد الأقصى لعدد الإلكترونات التي يمكن استيعابها بواسطة قشرة فرعية بواسطة الصيغة 2 * (2l + 1).لذلك ، يمكن للقطاعات الفرعية s و p و d و f أن تستوعب بحد أقصى 2 و 6 و 10 و 14 إلكترونًا على التوالي .
التوزيع الإلكتروني للعناصر
يصف التكوين الإلكتروني لعنصر ما كيفية توزيع الإلكترونات في مداراته الذرية ، تتبع تكوينات الذرات الإلكترونية تدوينًا قياسيًا يتم فيه وضع جميع الأجزاء الفرعية الذرية المحتوية على الإلكترون (مع عدد الإلكترونات المكتوبة بخط مرتفع) في تسلسل. على سبيل المثال ، التكوين الإلكتروني للصوديوم هو 1s22s22p63s1 ، على سبيل المثال التوزيع الإلكتروني للكلور : [1]يحتوي الكلور على عدد ذري 17 ، لذلك ، يتم توزيع إلكتروناته السبعة عشر بالطريقة التالية:
المجال الأول للطاقة K إلكترونالمجال الثاني للطاقة L – 8 إلكتروناتالمجال الثالث للطاقة M – 7 إلكتروناتيمكن كتابتها بالشكل 1s22s22p63s23p5 أو بالشكل Ne 3s23p5 .التوزيع الإلكتروني للايوناتالأيون ، أي ذرة أو مجموعة ذرات تحمل شحنة كهربائية موجبة أو سالبة واحدة أو أكثر ، تسمى الأيونات الموجبة الشحنة الكاتيونات ، الأيونات سالبة الشحنة والأنيونات ، تتشكل الأيونات عن طريق إضافة الإلكترونات إلى الذرات أو الجزيئات المحايدة أو أيونات أخرى أو إزالتها منها ، عن طريق دمج الأيونات مع الجسيمات الأخرى ، أو عن طريق تمزق الرابطة التساهمية بين ذرتين بحيث يتم ترك كلا إلكترون الرابطة مع إحدى الذرات المرتبطة سابقًا ، تتضمن أمثلة هذه العمليات تفاعل ذرة الصوديوم مع ذرة الكلور لتكوين كاتيون الصوديوم وأنيون الكلوريد ؛ إضافة كاتيون الهيدروجين إلى جزيء الأمونيا لتكوين كاتيون الأمونيوم ؛ وتفكك جزيء الماء لتكوين كاتيون هيدروجين وأنيون هيدروكسيد. على سبيل المثال ، التكوين الإلكتروني للحالة الأرضية للكالسيوم (Z = 20) هو 1s22s22p63s23p64s2 ، ومع ذلك ، يحتوي أيون الكالسيوم (Ca2 +) على إلكترونين أقل ، ومن ثم ، فإن تكوين الإلكترون لـ Ca2 + هو 1s22s22p63s23p6 ، نظرًا لأننا نحتاج إلى إزالة إلكترونين ، فإننا نزيل أولاً الإلكترونات من الغلاف الخارجي (ن = 4) ، في هذه الحالة ، تكون جميع الأجزاء الفرعية 4p فارغة ؛ ومن ثم ، نبدأ بالإزالة من المدار s ، وهو مدار 4s ، تكوين الإلكترون لـ Ca2 + هو نفسه بالنسبة للأرجون ، الذي يحتوي على 18 إلكترونًا ، ومن ثم ، يمكننا القول أن كلاهما متساوي إلكتروني ، لهما نفس عدد النيوترونات.
[2]
