و تدوين الطيفي هو ترتيب مستويات الطاقة الإلكترون حول نواة الذرة. وفقًا لنموذج بوهر الذري القديم ، تحتل الإلكترونات مستويات مختلفة في مدارات حول النواة ، من الغلاف الأول الأقرب للنواة ، K ، إلى الغلاف السابع ، Q ، وهو الأبعد عن النواة.
فيما يتعلق بنموذج ميكانيكي كم أكثر دقة ، تنقسم قذائف KQ إلى مجموعة من المدارات ، كل منها لا يمكن أن يشغلها أكثر من زوج واحد من الإلكترونات.
بشكل عام ، يتم استخدام تكوين الإلكترون لوصف مدارات الذرة في حالتها الأساسية ، ولكن يمكن أيضًا استخدامها لتمثيل ذرة تأينت إلى كاتيون أو أنيون ، لتعويض فقدان أو اكتساب الإلكترونات في مداراتها الخاصة.
يمكن ربط العديد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية للعناصر بتشكيلاتها الإلكترونية الفريدة. إلكترونات التكافؤ ، الإلكترونات الموجودة في الغلاف الخارجي ، هي العامل المحدد للكيمياء الفريدة للعنصر.
عندما تتلقى الإلكترونات الموجودة في الغلاف الخارجي للذرة طاقة من نوع ما ، فإنها تنتقل إلى طبقات ذات طاقة أعلى. وبالتالي ، سيتم نقل الإلكترون الموجود في غلاف K إلى الغلاف L أثناء وجوده في حالة طاقة أعلى.
عندما يعود الإلكترون إلى حالته الأرضية ، فإنه يطلق الطاقة التي يمتصها عن طريق إصدار طيف كهرومغناطيسي (ضوء). نظرًا لأن كل ذرة لها تكوين إلكتروني معين ، فسيكون لها أيضًا طيف معين يسمى طيف الامتصاص (أو الانبعاث).
لهذا السبب ، يستخدم مصطلح التدوين الطيفي للإشارة إلى تكوين الإلكترون.
كيفية تحديد التدوين الطيفي: الأعداد الكمية
يتم استخدام ما مجموعه أربعة أرقام كمية لوصف حركة ومسارات كل إلكترون داخل الذرة بشكل كامل.
يتم وصف مجموعة جميع الأرقام الكمومية لجميع الإلكترونات في الذرة بواسطة دالة موجية تحقق معادلة شرودنغر. كل إلكترون في الذرة لديه مجموعة فريدة من الأرقام الكمومية.
وفقًا لمبدأ استبعاد باولي ، لا يمكن أن يشترك إلكترونان في نفس المجموعة المكونة من أربعة أرقام كمومية.
تعد الأرقام الكمية مهمة لأنه يمكن استخدامها لتحديد تكوين الإلكترون للذرة والموقع المحتمل للإلكترونات في الذرة.
تُستخدم الأرقام الكمية أيضًا لتحديد الخصائص الأخرى للذرات ، مثل طاقة التأين ونصف القطر الذري.
تحدد الأرقام الكمية أغلفة معينة ، وقذائف فرعية ، ومدارات ، ودوران للإلكترونات.
هذا يعني أنهم يصفون تمامًا خصائص الإلكترون في الذرة ، أي أنهم يصفون كل حل فريد لمعادلة شرودنجر ، أو الدالة الموجية ، للإلكترونات في الذرة.
هناك ما مجموعه أربعة أرقام كم: الرقم الكمي الرئيسي (n) ، رقم الكم الزخم الزاوي المداري (l) ، رقم الكم المغناطيسي (ml) ، ورقم الكم المغزلي للإلكترون (مللي ثانية).
يصف الرقم الكمي الرئيسي ، nn ، طاقة الإلكترون والمسافة الأكثر احتمالية للإلكترون من النواة. بمعنى آخر ، يشير إلى حجم المدار ومستوى الطاقة الذي يوضع فيه الإلكترون.
يصف عدد الأجزاء الفرعية ، أو ll ، شكل المدار. يمكن استخدامه أيضًا لتحديد عدد العقد الزاوية.
يصف رقم الكم المغناطيسي ، ml ، مستويات الطاقة في الغلاف الفرعي ، وتشير ms إلى الدوران على الإلكترون ، والذي يمكن أن يكون لأعلى أو لأسفل.
مبدأ أوفباو
Aufbau يأتي من الكلمة الألمانية "Aufbauen" والتي تعني "لبناء". في الجوهر ، من خلال كتابة تكوينات الإلكترون ، فإننا نبني مدارات إلكترونية بينما ننتقل من ذرة إلى أخرى.
عندما نكتب التكوين الإلكتروني للذرة ، سنملأ المدارات بترتيب متزايد من العدد الذري.
ينشأ مبدأ Aufbau من مبدأ استبعاد Pauli الذي ينص على عدم وجود فرميونين (مثل الإلكترونات) في الذرة.
يمكن أن يكون لديهم نفس مجموعة الأرقام الكمومية ، لذلك عليهم "التكديس" عند مستويات طاقة أعلى. كيف تتراكم الإلكترونات هي مسألة تكوينات إلكترونية.
تحتوي الذرات المستقرة على عدد من الإلكترونات يساوي عدد البروتونات في النواة. تتجمع الإلكترونات حول النواة في المدارات الكمومية باتباع أربع قواعد أساسية تسمى مبدأ Aufbau.
- لا يوجد إلكترونان في الذرة يشتركان في نفس الأرقام الكمومية الأربعة n و l و m و s.
- سوف تحتل الإلكترونات مدارات أدنى مستوى للطاقة أولاً.
- ستملأ الإلكترونات دائمًا المدارات بنفس رقم الدوران. عندما تكون المدارات ممتلئة ستبدأ.
- سوف تملأ الإلكترونات المدارات بمجموع الأعداد الكمومية n و l. سيتم ملء المدارات ذات القيم المتساوية لـ (n + l) أولاً بقيم n الأدنى.
القاعدتان الثانية والرابعة هي نفسها في الأساس. مثال على القاعدة الرابعة هو المدارات 2p و 3s.
المدار 2p هو n = 2 و l = 2 و 3 s المدار هو n = 3 و l = 1. (N + l) = 4 في كلتا الحالتين ، لكن المدار 2p يحتوي على أقل طاقة أو أقل قيمة n وسوف يملأ قبل طبقة 3s.
الشكل 2: مخطط مولر لملء تكوين الإلكترون.
لحسن الحظ ، يمكن استخدام مخطط Moeller الموضح في الشكل 2 للقيام بتعبئة الإلكترون. تتم قراءة الرسم البياني عن طريق تشغيل الأقطار من 1s.
يوضح الشكل 2 المدارات الذرية والأسهم تتبع الطريق إلى الأمام.
الآن بعد أن عُرف أن ترتيب المدارات مملوء ، الشيء الوحيد المتبقي هو حفظ حجم كل مدار.
المدارات S لها قيمة واحدة محتملة لـ m l لتحتوي على إلكترونين
تحتوي المدارات P على 3 قيم محتملة لـ ml لتحتوي على 6 إلكترونات
تحتوي مدارات D على 5 قيم محتملة لـ l لعقد 10 إلكترونات
تحتوي المدارات F على 7 قيم محتملة لـ m l لتحتوي على 14 إلكترونًا
هذا هو كل ما هو مطلوب لتحديد التكوين الإلكتروني للذرة المستقرة لعنصر ما.
على سبيل المثال ، خذ عنصر النيتروجين. يحتوي النيتروجين على سبعة بروتونات وبالتالي سبعة إلكترونات. أول مدار يملأ هو 1s المداري. يحتوي المدار s على إلكترونين ، لذلك يتبقى خمسة إلكترونات.
المدار التالي هو المدار 2s ويحتوي على المداري التاليين. ستذهب الإلكترونات الثلاثة الأخيرة إلى المدار 2p والذي يمكنه استيعاب ما يصل إلى ستة إلكترونات.
قواعد هوند
ناقش قسم Aufbau كيف تملأ الإلكترونات مدارات الطاقة الأقل أولاً ثم تنتقل إلى أعلى مدارات الطاقة فقط بعد امتلاء المدارات الأقل طاقة.
ومع ذلك ، هناك مشكلة في هذه القاعدة. بالتأكيد ، يجب ملء المدارات 1s قبل المدارات 2s ، لأن المدارات 1s لها قيمة أقل من n ، وبالتالي طاقة أقل.
والمدارات الثلاثة المختلفة 2p؟ في أي ترتيب ينبغي ملؤها؟ الجواب على هذا السؤال يتعلق بقاعدة هوند.
تنص قاعدة Hund على ما يلي:
- يتم شغل كل مدار في مستوى فرعي بشكل فردي قبل احتلال أي مدار بشكل مضاعف.
- جميع الإلكترونات في المدارات المشغولة بشكل فردي لها نفس الدوران (لتعظيم الدوران الكلي).
عندما يتم تخصيص الإلكترونات في المدارات ، يسعى الإلكترون أولاً إلى ملء جميع المدارات بطاقة مماثلة (تسمى أيضًا المدارات المتدهورة) قبل الاقتران بإلكترون آخر في مدار نصف ممتلئ.
تميل الذرات في الحالات الأرضية إلى امتلاك أكبر عدد ممكن من الإلكترونات غير المزاوجة. عند تصور هذه العملية ، ضع في اعتبارك كيف تُظهر الإلكترونات نفس السلوك مثل نفس الأقطاب في المغناطيس إذا كانت ستتلامس.
عندما تملأ الإلكترونات السالبة المدارات ، فإنها تحاول أولاً الابتعاد عن بعضها قدر الإمكان قبل الاضطرار إلى الاقتران.
المراجع
- أناستاسيا كامينكو ، تي إي (2017 ، 24 مارس). عدد الكمية. تعافى من chem.libretexts.org.
- مبدأ أوفباو. (2015 ، 3 يونيو). تعافى من chem.libretexts.org.
- تكوينات الإلكترون وخصائص الذرات. (سادس). تعافى من oneonta.edu.
- Encyclopædia Britannica. (2011 ، 7 سبتمبر). التكوين الإلكترونية. تعافى من britannica.com.
- هيلمنستين ، ت. (2017 ، 7 مارس). مبدأ Aufbau - الهيكل الإلكتروني ومبدأ Aufbau. تعافى من thinkco.com.
- قواعد هوند. (2015 ، 18 يوليو). تعافى من chem.libretexts.org.
- تدوين طيفي. (سادس). تعافى من bcs.whfreeman.com.