الإلكترون التفاضلي: أرقام وأمثلة الكم - كيمياء - 2025

و فارق أو تمييز الإلكترون هو آخر الإلكترون وضعها في تسلسل التكوين الإلكترون من ذرة. ما هو اسمها؟ للإجابة على هذا السؤال ، فإن البنية الأساسية للذرة ضرورية: نواتها ، الفراغ والإلكترونات.

النواة عبارة عن مجموعة كثيفة ومضغوطة من الجسيمات الموجبة تسمى البروتونات وجزيئات محايدة تسمى النيوترونات. تحدد البروتونات العدد الذري Z وتشكل الكتلة الذرية مع النيوترونات. ومع ذلك ، لا يمكن أن تحمل الذرة شحنة موجبة فقط ؛ لذلك تدور الإلكترونات حول النواة لتحييدها.

وهكذا ، لكل بروتون ينضم إلى النواة ، ينضم إلكترون جديد إلى مداراته لمواجهة الشحنة الموجبة المتزايدة. وبهذه الطريقة ، يرتبط الإلكترون المضاف حديثًا ، الإلكترون التفاضلي ، ارتباطًا وثيقًا بالرقم الذري Z.

يوجد الإلكترون التفاضلي في الغلاف الإلكتروني الخارجي: غلاف التكافؤ. لذلك ، كلما ابتعدت عن النواة ، زادت الطاقة المرتبطة بها. هذه الطاقة هي المسؤولة عن مشاركتها ، وكذلك مشاركة بقية إلكترونات التكافؤ ، في التفاعلات الكيميائية المميزة للعناصر.

عدد الكمية

مثل باقي الإلكترونات ، يمكن تحديد الإلكترون التفاضلي من خلال أرقامه الكمومية الأربعة. لكن ما هي الأعداد الكمية؟ هم "n" و "l" و "m" و "s".

يشير الرقم الكمي "n" إلى حجم الذرة ومستويات الطاقة (K ، L ، M ، N ، O ، P ، Q). "L" هو رقم الكم الثانوي أو السمتي ، والذي يشير إلى شكل المدارات الذرية ، ويأخذ قيم 0 و 1 و 2 و 3 للمدارات «s» و «p» و «d» و «f» على التوالي.

"M" هو رقم الكم المغناطيسي ويشير إلى الاتجاه المكاني للمدارات تحت مجال مغناطيسي. وبالتالي ، 0 من أجل المدار «s» ؛ -1 ، 0 ، +1 ، للمدار "p" ؛ -2 ، -1 ، 0 ، +1 ، +2 ، للمدار "d" ؛ و -3 ، -2 ، -1 ، 0 ، +1 ، +2 ، +3 ، لمدار "f". أخيرًا ، رقم كم الدوران «s» (+1/2 لـ و -1 / 2 لـ).

لذلك ، ربط الإلكترون التفاضلي الأرقام الكمية السابقة ("n" ، "l" ، "m" ، "s"). نظرًا لأنه يصد الشحنة الإيجابية الجديدة الناتجة عن البروتون الإضافي ، فإنه يوفر أيضًا الرقم الذري للعنصر Z.

كيف تعرف الإلكترون التفاضلي؟

تمثل الصورة أعلاه تكوينات الإلكترون للعناصر من الهيدروجين إلى غاز النيون (H → Ne).

في هذا ، يُشار إلى إلكترونات الأصداف المفتوحة باللون الأحمر ، بينما يُشار إلى إلكترونات الأصداف المغلقة باللون الأزرق. تشير الطبقات إلى الرقم الكمي "n" ، وهو الأول من الأربعة.

وبالتالي ، فإن تكوين التكافؤ لـ H (↑ باللون الأحمر) يضيف إلكترونًا آخر مع اتجاه معاكس ليصبح هو (↓ ↑ ، كلاهما أزرق لأن المستوى 1 مغلق الآن). هذا الإلكترون المضاف هو الإلكترون التفاضلي.

وبالتالي ، يمكن أن نرى بيانياً كيف يضيف الإلكترون التفاضلي إلى غلاف التكافؤ (الأسهم الحمراء) للعناصر ، ويميزها عن بعضها البعض. تملأ الإلكترونات المدارات وفقًا لقاعدة Hund ومبدأ استبعاد Pauling (يُلاحظ تمامًا من B إلى Ne).

وماذا عن الأعداد الكمومية؟ هذه تحدد كل سهم - أي كل إلكترون - ويمكن دعم قيمها بتكوين الإلكترون لمعرفة ما إذا كانت هي تلك الخاصة بالإلكترون التفاضلي أم لا.

أمثلة في عناصر متعددة

الكلور

في حالة الكلور (Cl) ، فإن العدد الذري Z يساوي 17. يكون تكوين الإلكترون هو 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁵. تتوافق المدارات المميزة باللون الأحمر مع تلك الخاصة بقذيفة التكافؤ ، والتي لها مستوى مفتوح 3.

الإلكترون التفاضلي هو آخر إلكترون يتم وضعه في تكوين الإلكترون ، وذرة الكلور هي ذرة المدار 3p ، والتي يكون ترتيبها كما يلي:

↑ ↓

3 بكسل 3py 3pz

(-1) (0) (+1)

احترامًا لقاعدة Hund ، يتم ملء المدارات 3p ذات الطاقة المتساوية أولاً (سهم لأعلى في كل مدار). ثانيًا ، تتزاوج الإلكترونات الأخرى مع الإلكترونات الوحيدة من اليسار إلى اليمين. يتم تمثيل الإلكترون التفاضلي في إطار أخضر.

وبالتالي ، فإن الإلكترون التفاضلي للكلور له الأرقام الكمومية التالية: (3 ، 1 ، 0 ، -1/2). وهذا يعني أن "n" تساوي 3 ؛ "L" تساوي 1 ، المداري "p" ؛ "M" تساوي 0 ، لأنها المدار "p" الأوسط ؛ و "s" تساوي -1/2 ، حيث يشير السهم لأسفل.

المغنيسيوم

تكوين الإلكترون لذرة المغنيسيوم هو 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² ، ويمثل المدار وإلكترون التكافؤ بنفس الطريقة:

↑ ↓

3 ثانية

0

هذه المرة ، يمتلك الإلكترون التفاضلي الأعداد الكمية 3 ، 0 ، 0 ، -1/2. الاختلاف الوحيد في هذه الحالة فيما يتعلق بالكلور هو أن الرقم الكمي «l» هو 0 لأن الإلكترون يشغل مداريًا (3s).

الزركونيوم

تكوين الإلكترون لذرة الزركونيوم (معدن انتقالي) هو 1s ² 2s ² sp ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ². كما في الحالات السابقة ، يكون تمثيل المدارات وإلكترونات التكافؤ كما يلي:

وبالتالي ، فإن الأرقام الكمية للإلكترون التفاضلي المحدد باللون الأخضر هي: 4 ، 2 ، -1 ، +1/2. هنا ، بما أن الإلكترون يحتل المدار "d" الثاني ، فإن له رقم كمي "m" يساوي -1. أيضًا ، نظرًا لأن السهم يشير إلى أعلى ، فإن رقم تدويره "s" يساوي +1/2.

عنصر غير معروف

الأرقام الكمومية للإلكترون التفاضلية لعنصر غير معروف هي 3 ، 2 ، +2 ، -1/2. ما هو العدد الذري Z للعنصر؟ بمعرفة Z يمكنك معرفة ماهية العنصر.

هذه المرة ، نظرًا لأن "n" تساوي 3 ، فهذا يعني أن العنصر في الفترة الثالثة من الجدول الدوري ، مع مدارات "d" مثل غلاف التكافؤ ("l" يساوي 2). لذلك ، يتم تمثيل المدارات كما في المثال السابق:

↑ ↓

الأرقام الكمومية "m" التي تساوي +2 ، و "s" التي تساوي -1/2 ، هي المفتاح لتحديد موقع الإلكترون التفاضلي بشكل صحيح في آخر مدار ثلاثي الأبعاد.

وهكذا، فإن عنصر يجري البحث لديها كامل 3D ¹⁰ المدارات ، وكذلك قذائفه الإلكترونية الداخلية. في الختام ، العنصر هو معدن الزنك (Zn).

ومع ذلك ، فإن الأرقام الكمومية للإلكترون التفاضلي لا يمكنها التمييز بين الزنك والنحاس ، لأن العنصر الأخير له أيضًا مدارات ثلاثية الأبعاد كاملة. لماذا ا؟ لأن النحاس معدن لا يتوافق مع قواعد ملء الإلكترونات لأسباب كمومية.

المراجع

1. جيم برانسون. (2013). قواعد هوند. تم الاسترجاع في 21 أبريل 2018 من: quantummechanics.ucsd.edu
2. المحاضرة 27: قواعد Hund. تم الاسترجاع في 21 أبريل 2018 من: ph.qmul.ac.uk
3. جامعة بوردو. أرقام الكم وتكوينات الإلكترون. تم الاسترجاع في 21 أبريل 2018 من: chemed.chem.purdue.edu
4. موسوعة سلفات للعلوم. (1968). Física Salvat، SA de Ediciones Pamplona، Volume 12، Spain، pages 314-322.
5. والتر جيه مور. (1963). الكيمياء الفيزيائية. في الجسيمات والأمواج. الطبعة الرابعة ، Longmans.