حكم الأقطار: ما هي وأمثلة - كيمياء - 2025

و حكم الأقطار هي مبدأ البناء التي يسمح يصف التكوين الإلكتروني للذرة أو أيون، وفقا لطاقة كل مستوى المداري أو الطاقة. بهذا المعنى ، فإن التوزيع الإلكتروني لكل ذرة فريد من نوعه ويعطى من خلال الأرقام الكمية.

تحدد هذه الأرقام الفضاء الذي من المرجح أن تتواجد فيه الإلكترونات (تسمى المدارات الذرية) وتصفها أيضًا. يرتبط كل رقم كمي بخاصية المدارات الذرية ، مما يساعد على فهم خصائص الأنظمة الذرية من خلال ترتيب إلكتروناتها داخل الذرة وفي طاقاتها.

وبالمثل ، فإن قاعدة الأقطار (المعروفة أيضًا باسم قاعدة مادلونغ) تستند إلى مبادئ أخرى تطيع طبيعة الإلكترونات ، من أجل وصف سلوكها بشكل صحيح داخل الأنواع الكيميائية.

لما هذا؟

يعتمد هذا الإجراء على مبدأ Aufbau ، الذي ينص على أنه في عملية تكامل البروتونات مع النواة (واحدًا تلو الآخر) ، عند تكوين العناصر الكيميائية ، تتم إضافة الإلكترونات أيضًا إلى المدارات الذرية.

هذا يعني أنه عندما تكون الذرة أو الأيون في حالته الأرضية ، فإن الإلكترونات تشغل المساحات المتاحة للمدارات الذرية وفقًا لمستوى طاقتها.

من خلال احتلال المدارات ، تتواجد الإلكترونات أولاً في المستويات التي تحتوي على أقل طاقة وتكون غير مشغولة ، ثم تقع في المستويات ذات الطاقة الأعلى.

التكوينات الإلكترونية للأنواع الكيميائية

وبالمثل ، تُستخدم هذه القاعدة للحصول على فهم دقيق إلى حد ما للتكوينات الإلكترونية للأنواع الكيميائية الأولية ؛ أي العناصر الكيميائية عندما تكون في حالتها الأساسية.

لذلك ، من خلال فهم التكوينات التي توجد بها الإلكترونات داخل الذرات ، يمكن فهم خصائص العناصر الكيميائية.

يعد اكتساب هذه المعرفة أمرًا ضروريًا لاستنتاج هذه الخصائص أو التنبؤ بها. وبالمثل ، فإن المعلومات التي يوفرها هذا الإجراء تساعد في تفسير سبب توافق الجدول الدوري جيدًا مع تحقيقات العناصر.

ما هو حكم الأقطار؟

على الرغم من أن هذه القاعدة تنطبق فقط على الذرات في حالتها الأساسية ، إلا أنها تعمل جيدًا لعناصر الجدول الدوري.

يخضع مبدأ استبعاد باولي ، والذي ينص على أن إلكترونين ينتميان إلى نفس الذرة لا يمكنهما امتلاك الأرقام الكمية الأربعة المتساوية. تصف هذه الأرقام الكمية الأربعة كل من الإلكترونات الموجودة في الذرة.

وبالتالي ، فإن الرقم الكمي الرئيسي (n) يحدد مستوى الطاقة (أو الغلاف) الذي يقع فيه الإلكترون المدروس ويرتبط عدد الكم السمتي (ℓ) بالزخم الزاوي ويفصل شكل المدار.

وبالمثل ، فإن رقم الكم المغناطيسي (م _ℓ) يعبر عن اتجاه هذا المدار في الفضاء ويصف رقم كم الدوران (م _ث) اتجاه الدوران الذي يقدمه الإلكترون حول محوره.

علاوة على ذلك ، تعبر قاعدة Hund عن أن تكوين الإلكترون الذي يُظهر أكبر قدر من الاستقرار في مستوى فرعي يعتبر هو التكوين الذي يحتوي على المزيد من الدورات في المواضع المتوازية.

من خلال الامتثال لهذه المبادئ ، تم تحديد أن توزيع الإلكترونات يتوافق مع الرسم البياني الموضح أدناه:

في هذه الصورة ، تتوافق قيم n مع 1 ، 2 ، 3 ، 4… ، وفقًا لمستوى الطاقة ؛ وقيم ℓ مُمثلة بـ 0 ، 1 ، 2 ، 3… ، والتي تعادل p و d و f على التوالي. لذا فإن حالة الإلكترونات في المدارات تعتمد على هذه الأرقام الكمية.

أمثلة

مع الأخذ في الاعتبار وصف هذا الإجراء ، ترد أدناه بعض الأمثلة لتطبيقه.

في المقام الأول ، للحصول على التوزيع الإلكتروني للبوتاسيوم (K) ، يجب معرفة رقمه الذري ، وهو 19 ؛ أي أن ذرة البوتاسيوم تحتوي على 19 بروتونًا في نواتها و 19 إلكترونًا. وفقًا للرسم التخطيطي ، يُعطى تكوينه على أنه 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ¹.

يتم التعبير أيضًا عن تكوينات الذرات متعددة الإلكترونات (التي تحتوي على أكثر من إلكترون واحد في بنيتها) على أنها تكوين الغاز النبيل قبل الذرة بالإضافة إلى الإلكترونات التي تتبعه.

على سبيل المثال ، في حالة البوتاسيوم ، يتم التعبير عنه أيضًا بـ 4s ¹ ، لأن الغاز النبيل قبل البوتاسيوم في الجدول الدوري هو الأرجون.

مثال آخر ، لكنه في هذه الحالة معدن انتقالي ، هو معدن الزئبق (Hg) الذي يحتوي على 80 إلكترونًا و 80 بروتونًا في نواته (Z = 80). وفقًا لمخطط البناء ، فإن التكوين الإلكتروني الكامل له هو:

1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ¹⁰ 5p ⁶ 6s ² 4f ¹⁴ 5d ¹⁰.

كما هو الحال مع البوتاسيوم ، يمكن التعبير عن تكوين الزئبق على أنه 4f ¹⁴ 5d ¹⁰ 6s ² ، لأن الغاز النبيل الذي يسبقه في الجدول الدوري هو الزينون.

استثناءات

تم تصميم قاعدة الأقطار ليتم تطبيقها فقط على الذرات الموجودة في حالة أساسية وشحنة كهربائية تساوي صفرًا ؛ أي أنه مقترن جيدًا بعناصر الجدول الدوري.

ومع ذلك ، هناك بعض الاستثناءات التي توجد بها اختلافات مهمة بين التوزيع الإلكتروني المفترض والنتائج التجريبية.

تستند هذه القاعدة على توزيع الإلكترونات عندما تكون موجودة في المستويات الفرعية التي تخضع لقاعدة n + ، مما يعني أن المدارات التي لها حجم صغير من n + تمتلئ قبل تلك التي تظهر حجمًا أكبر لهذه المعلمة.

كاستثناءات ، يتم عرض عناصر البلاديوم والكروم والنحاس ، والتي من المتوقع أن تكون التكوينات الإلكترونية التي لا تتفق مع ما هو ملاحظ.

وفقًا لهذه القاعدة ، يجب أن يكون للبلاديوم توزيع إلكتروني يساوي 5s ² 4d ⁸ ، ولكن أسفرت التجارب عن واحد يساوي 4d ¹⁰ ، مما يشير إلى أن التكوين الأكثر استقرارًا لهذه الذرة يحدث عندما يكون الجزء الفرعي 4d ممتلئًا ؛ أي أن لديها طاقة أقل في هذه الحالة.

وبالمثل ، يجب أن يكون لذرة الكروم التوزيع الإلكتروني التالي: 4s ² 3d ⁴. ومع ذلك ، من الناحية التجريبية ، تم الحصول على أن هذه الذرة تكتسب التكوين 4s ¹ 3d ⁵ ، مما يعني أن حالة الطاقة المنخفضة (أكثر استقرارًا) تحدث عندما يتم ملء كلتا الطبقتين الفرعيتين جزئيًا.

المراجع

1. ويكيبيديا. (سادس). مبدأ أوفباو. تعافى من en.wikipedia.org
2. تشانغ ، ر. (2007). الكيمياء ، الطبعة التاسعة. المكسيك: ماكجرو هيل.
3. ThoughtCo. (سادس). تعريف قاعدة مادلونغ. تعافى من thinkco.com
4. LibreTexts. (سادس). مبدأ أوفباو. تعافى من chem.libretexts.org
5. ريجر ، DL ، Goode ، SR and Ball ، DW (2009). الكيمياء: المبادئ والممارسة. تم الحصول عليها من books.google.co.ve