محتويات
اكبر عدد الكترونات يستوعبه مجال الطاقة الرابع
32 إلكترون.
تدور الكترونات في الذرة في مدارات تسمى مستويات الطاقة –وهي مسافة معينة تقع بين النواة الموجودة في الذرة والمكان الموجود به الإلكترونات السالبة حول النواة-، ويوجد داخل هذه المستويات الرئيسية مستويات أخرى فرعية تتوزع بناءً على أقصى عدد من الإلكترونات في مستوى الطاقة الرئيسي؛ حيث يحتوي كل مستوى طاقة من هذه المستويات على مجموعة من الإلكترونات، ويمكننا حساب عدد الإلكترونات في هذه المستويات عن طريق القانون “2 ن أس 2″، لذلك نجد أن مستوى الطاقة الرابع يحتوي على 2×4 أس 2= 32 إلكترون.
مستويات الطاقة الرئيسية
- K.
- L.
- M.
- N.
تتكون الذرة من إلكترونات تدور حول نواة، والإلكترونات هي جسيمات صغيرة سالبة الشحنة تتبع مسارًا دائريًا أو مدارًا أثناء التحرك حول النواة، ويسمى هذا الغلاف أو المسار الذي يقع فيه الإلكترون السالب الشحنة بالنسبة لنواة الذرة بـ”مستوى الطاقة الرئيسي للإلكترون” وهي عبارة عن مسافات ثابتة للإلكترونات من نواة الذرة؛ حيث لا يمكن لتلك الإلكترونات أن تتحرك بعشوائية حول نواة الذرة وتتقيد حركتهم في تلك المسارات المحددة، وتزداد طاقة مستوى الطاقة كلما ابتعدت عن النواة؛ حيث ينخفض عدد مستوى الطاقة الأساسي كلما اقتربت الإلكترونات من بعضها البعض ومن نواة الذرة، وأثناء التفاعلات الكيميائية يكون من الصعب إزالة الإلكترون من مستوى طاقة أقل منه من مستوى أعلى.
وتشمل مستويات الطاقة الرئيسية المستوى K”، L، M، N” التي تحتوي على مستويات طاقة فرعية أخرى تشمل “s, p, d, f”، وهم كالتالي:
K: هو مستوى الطاقة الرئيسي الأول الذي يحتوي على إلكترونين فقط تبعًا للعلاقة “2n2″، حيث يمثل n عدد كل مستوى، لذلك نجد أن مستوى الطاقة الأول يحتوي على 2 (1) 2 أو إلكترونين فقط، ويحتوي مستوى الطاقة الرئيسي الأول على مستوى فرعي واحد يحتوي على مدار واحد يسمى المدار s، ويمكن أن يحتوي المدار s على إلكترونين كحد أقصى.
L: وهو مستوى الطاقة الرئيسي الثاني الذي يحتوي على عدد إلكترونات = 2 (2) 2 أو ثمانية إلكترونات، يحتوي مستوى الطاقة الرئيسي هذا على مداري s وثلاثة مدارات p، وتستوعب مجموعة المدارات p الثلاثة ما يصل إلى ستة إلكترونات؛ وبالتالي، يمكن لمستوى الطاقة الرئيسي الثاني أن يحمل ما يصل إلى ثمانية إلكترونات؛ اثنان في المدار s وستة في المدار p.
M: وهو مستوى الطاقة الرئيسي الثالث، والذي يحتوي على ما يصل إلى 2 (3) 2 أو 18 إلكترونًا، ويحتوي مستوى الطاقة الرئيسي الثالث على مدار واحد s، وثلاثة مدارات p، وخمسة مدارات d، والتي يمكن لكل منها استيعاب ما يصل إلى 10 إلكترونات، وهذا ما يسمح باستيعاب المستوى الثالث لـ 18 إلكترونًا.
N: هو مستوى الطاقة الرئيسي الرابع والأخير، والذي يحتوي على مستوى فرعي f بالإضافة إلى المدارات s و p و d؛ حيث يحتوي المستوى الفرعي f على سبعة مدارات f، والتي يمكن لكل منها استيعاب ما يصل إلى 14 إلكترونًا؛ وبالتالي يصل إجمالي عدد الإلكترونات في مستوى الطاقة الرئيسي الرابع إلى 32.[1]
عدد الإلكترونات في مستويات الطاقة الرئيسية
يتم حساب الحد الأقصى لعدد الإلكترونات الموجودة في غلاف معين بواسطة الصيغة “2n2″، حيث يمثل “n” رقم الغلاف؛ وإذا تم تطبيق هذه الصيغة على مستويات الطاقة الرئيسية الأربعة، نجد أن:
- مستوى الطاقة الرئيسي K هو المستوى الأول يمكنه استيعاب ما يصل إلى 2 (1) 2 = 2 إلكترون.
- مستوى L هو المستوى الثاني ويمكنه استيعاب ما يصل إلى 2 (2) 2 = 8 إلكترونات.
- والمستوى M هو المستوى الثالث ويمكنه استيعاب ما يصل إلى2 (3) 2 = 18 إلكترون.
- والمستوى N هو المستوى الرابع ويمكنه استيعاب ما يصل إلى2 (4) 2 = 32 إلكترون.[2]
التوزيع الإلكتروني
- قاعدة أوف باو.
- مبدأ باولي للاستبعاد.
- قاعدة هوند.
توزيع الإلكترونات أو التوزيع الإلكتروني هو الطريقة التي تتوزع بها الإلكترونات في مدارات الذرة المحددة، والتي تتحدد تبعًا لبعض القواعد، أبرزها:
قاعدة أوف باو (مبدأ البناء التصاعدى): ينص مبدأ البناء التصاعدي على أن الإلكترونات تترتب في مستويات الطاقة ذات الطاقة المخفضة أولا ثم تملأ الأعلى منها –حيث تزداد طاقة المستوى بزيادة عدد الكم والتي غالبا ما تكتب n-، حيث نبدء من 1s ثم 2s ثم 2p ثم 3s، وتتمثل أعداد الإلكترونات التي يستوعبها كل مدار في التالي:
- المدار S يستوعب عدد 2 إلكترون
- المدار p يستوعب عدد 6 إلكترون
- المدار d يستوعب عدد 10 إلكترون
- المدار f يستوعب عدد 14 إلكترون
على سبيل المثال؛ التوزيع الإلكتروني لبعض العناصر:
- Ar18: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
- Kr36: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6
- Xe54: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s24d10 5p6
- Au79: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s1 4f14 6d10
من خلال الأمثلة السابقة وفقًا لقاعدة أوف باو؛ نلاحظ أنه تم ملء المدار 4S قبل المدار 3d، ويرجع السبب لأن مدار 3d أعلى في الطاقة من مدار 4S.
والجدير بالذكر أن لقاعدة أوف باو بعض الاستثنائات؛ فمن الممكن أن يكون المدار ممتلىء أو نصف ممتلىء أو فارغ، مثل: النحاس له العدد الذري 29، نلاحظ أنه ملء المدار 3d ومن ثم العودة لمدار 4s، كالتالي: “Cu : 1S2 2S2 2P6 3S2 3p6 4S1 3d10”
مبدأ باولي للاستبعاد: ينص مبدأ باولي على أنه يمكن أن يشغل المدار إلكترونين كحد أقصى لهما دوران معاكس، ولا يمكن أن تتساوى الأعداد الكمية الأربعة لأي إلكترونين في ذرة واحدة؛ على سبيل المثال إذا كان n، وℓ، وmℓ متشابهين بين إلكترونين أو أكثر، فإن m يجب أن يكون مختلفاً؛ حيث لا يمكن أن يتشابه إلكترونين في ذرة واحدة في أعداد الكم الأربعة، بل يجب أن يدور كل واحد منهم باتجاه معاكس للآخر.
قاعدة هوند: تنص قاعدة هوند إلى أن الإلكترونات إذا كان عددها أصغر من عدد المدارات، فإنها تميل إلى أن تكون منفردة في المدار، على سبيل المثال؛ مدار P يحتوي على 3 مدارات متساوية في الطاقة، هم Px ,Py, Pz كل منهم يستوعب إلكترونين، فإذا كان عدد الإلكترونات 3 أو أقل فأنه يتم توزيعها بشكل فردي على المدارات الثلاثة، أما إذا زاد عن العدد الثلاثة فيتم البدء في دمج الإكترونات.[3]
