التوزيع الالكتروني للعناصر
1-مبدأ البناء التصاعدي 2- مبدأ الاستبعاد لباولي 3-مبدا (قاعدة) هوند
1- مبدا البناء التصاعدي(مبدا اوف باو)مبدأ البناء التدريجي
لابد للالكترونات ان تملأ المستويات الفرعية ذات الطاقة المنخفضة اولا ثم المستويات الفرعية ذات الطاقة الاعليأي تملأ الالكتروناتn+l الاقل ثم الاعلي
الشرح:
· هذه القاعدة خاصة بملء مستويات الطاقة الفرعية بالالكترونات
· المستويات الفرعية هي المستويات الحقيقية في الذرة
· المستوي الفرعي ذو الطاقة المنخفضة يتشبع (يملأ)اولا ثم المستوي الفرعي الاعلي في الطاقة
· تحدد طاقة المستوي الفرعي الواجب ان يملأ اولا من مجموع عددي الكم الرئيسي nوالثانويl
أي ان: n+l = رقم الطاقة
و رقم الطاقة الاقل يملأ اولا
المستوي الفرعي | عدد الكم الرئيسيn | عدد الكم الثانويl | المجموعn+l |
1s | 1 | 0 | 1 |
2s | 2 | 0 | 2 |
2p | 2 | 1 | 3 |
3s | 3 | 0 | 3 |
3p | 3 | 1 | 4 |
4s | 4 | 0 | 4 |
3d | 3 | 2 | 5 |
4p | 4 | 1 | 5 |
مثال:
ايهما اقل طاقة ويملأ اولا بالالكترونات 4f ام 6p
الحل
المستوي الفرعي | رقم الكم الرئيسيn | رقم الكم الثانويl | المجموع |
4f | 4 | 3 | 7 |
6p | 6 | 1 | 7 |
يملأ 4f اولا لان رقم الكم الرئيسيn له =4 أي انه اقل طاقة | |||
بعض الامثلة للتوزيع الالكتروني للعناصر:
| العنصر | التوزيع |
| الصودیوم (11 Na) | (1S2 ,2S2 2P 6 ,3S1) |
| الكالسیوم (20 Ca) | (1S2 ,2S2 2P 6 ,3S23P 6 ,4S2 ) |
| الألمنیوم (13 Al) | 1S2 ,2S2 2P 6 ,3S2 3P1 )) |
| الجرمانیوم (32 Ge) | (1S2 ,2S2 2P 6 ,3S2 3P 6 ,4S2 3d10 4P 2 ) |
| الفسفور (15 P) | (1S2 ,2S2 2P 6 ,3S2 3P3 ) |
| السلینیوم (34 Se) | (1S2 ,2S2 2P 6 ,3S2 3P 6 ,4S2 3d10 4P 4 ) |
| البروم (35 Br) | (1S2 ,2S2 2P 6 ,3S2 3P 6 ,4S2 3d10 4P5 ) |
| الأرجون (18 Ar) | (1S2 ,2S2 2P 6 ,3S2 3P 6 ) |
| السكاندیوم (21Sc) | (1S2 ,2S2 2P 6 ,3S2 3P 6 ,4S2 3d1 ) |
| الكروم (24Cr) | (1S2 ,2S2 2P 6 ,3S2 3P 6 ,4S13d 5 ) |
| الحدید (26 Fe) | (1S2 ,2S2 2P 6 ,3S2 3P 6 ,4S2 3d 6 ) |
| النحاس (29Cu) | (1S2 ,2S2 2P 6 ,3S2 3P 6 ,4S13d10 ) |
| الخارصين (30 Zn) | (is2,2s22p6,3s23p6,4s23d10) |
لاحظ :
شذوذ التركيب الالكتروني للكروم والنحاس عن القاعدة
لان في الكروم 4S13d 5 يكون كل منهم نصف ممتلئ فتصبح الذرة اقل طاقة اكثر استقرارا
وفي النحاس,4S13d10 يكون4s نصف ممتلئ و3d ممتلئ تكون الذرة اقل طاقة اكثر استقرارا
2- مبدأ الاستبعاد لباولي(مبدأ الاستثناء لباولي)
من المستحيل ان يتفق أي الكترونين في نفس الذرة في اعدادهم الكمية الاربعة فاذا اتفق الكترونين في الاعداد الكمية الثلاثة الاوليn,l,m فمن الواجب ان يكون لكل منهما غزل مختلف عن الاخر أي يختلفان في عدد الكم المغزليmsاو
لا يمكن لاي الكترونين في نفس الذرة ان يكون لهما نفس اعداد الكم الاربعة بل لابد ان يختلفان في عدد كم واحد علي اقل تقدير
او بعبارةاخري
كل اوربيتال يتشبع بالكترونين فقط لكل منهما غزل معاكس للاخر ↓↑ ويكون عدد الكم المغزلي لاحدهما↑=+1/2 وعدد الكم المغزلي للاكترون المعاكس↓=-1/2
الشرح:
· تنطبق هذه القاعدة علي الذرات المحتوية علي اكثر من الكترون
· وتبعا لهذا المبدا تكون السعة القصوي لاي اوربيتال (أي يتشبع أي اوربيتال) بالكترونين لهما حركة مغزلية متضادة
|
المستوي الفرعي p ثلاثة اوربيتلات يتشبع بستة الكترونات:
Pz py px
↓↑ | ↓↑ | ↓↑ |
↓↑ | ↓↑ | ↓↑ | ↓↑ | ↓↑ |
↓↑ | ↓↑ | ↓↑ | ↓↑ | ↓↑ | ↓↑ | ↓↑ |
· لا يتنافر الالكترونان في نفس الاوربيتال رغم انهما لهما نفس الشحنة لان لهما حركة مغزلية متضادة احدهما مع عقارب الساعه ↑والاخر ضد عقارب الساعة↓ فيتولد عنهما مجالان مغناطيسيان متعاكسان فتتولد بينهما قوة تجاذب تتغلب علي قوة التنافر الناشئة عن الشحنة
· مبدا الاستبعاد هو قاعدة اساسية من اسس ميكانيكا الكم وليست نظرية
· يحدد مبدا الاستبعاد لباولي خاصية انجذاب المادة او تنافرها مع المغناطيس الخارجي
- المادة البارا مغناطيسية : مادة تنجذب للمغناطيس الخارجي نتيجة وجود الكترونات مفردة في تركيبها الالكتروني
-
|
|
مثال ذرة الهيليوم 2He دايا مغناطيسية توزيعها الالكتروني 1s2
3-مبدا (قاعدة) هوند
لا يحدث ازدواج بين الكترونين في مستوي فرعي معين الا بعد ان تشغل اوربيتالاته فرادي اولاالسبب: لان ذلك افضل للذرة من ناحية الطاقة حيث:
توزيع الالكترونات فرادي في اوربيتالات المستوي الفرعي الواحد يجعل غزلها في اتجاه واحد وتصبح طاقة الذرة اقل وتكون اكثر استقرارا
وتوزيعها فرادي يلاشي قوة التنافر النشئة عن الشحنة بين الالكترونين في حالة الازدواج والتي تعمل علي زيادة الطاقة أي تعمل علي تقليل استقرار الذرة.
الشرح:-
ناخذ مثال المستوي الفرعي p والذي يحتوي علي ثلاثة اوربيتالاتpx,py,pz
* اذا وجد في p1 الكترون واحد فانه يشغل أي اوربيتال من الثلاثة أي يصبح التوزيعpx 1 ,py,pz
Z y x
↑ |
Z y x
↑ | ↑ |
Z y x
↑ | ↑ | ↑ |
Z y x
↑ | ↑ | ↓↑ |
·الحركة المغزلية للإلكترونات المفردة تكون في اتجاه واحد لكي يعطي الذرة أكبر قدر من الاستقرار (تقليل التنافر)
·عند ازدواج إلكترونين تكون حركتها المغزليه في اتجاهين متضادين لتقليل التنافر بينهما حيث ينشأ عنهما مجالين مغناطيسيين متضادين
* يفضل الإلكترون أن يزدوج مع آخر في مستوي فرعي على أن ينتقل لمستوي طاقة أعلي لان الطاقة اللازمة لنقل الالكترون الي مستوي فرعي اعلي اكبر من الطاقة الناشئة عن الازدواج
مثال : توزيع ذرة النيتروجين
[ltr]7N[/ltr]
مثال : توزيع ذرة الاكسيجين8Oهام:
الالكترون الرابع في المستوي الفرعي2P يفضل الازدواج مع اخر في نفس المستوي الفرعي عن الانتقال الي3s الاعلي
لان الطاقة الازمة لنقله الي المستوي الاعلي3S اكبر من الطاقة الناشئة عن الازدواج
2PZ 2Py 2px
↑ | ↑ | ↓↑ |
التوزيع الالكتروني لافرب غاز خامل
* هذه الطريقة توضح القلب الخامل للذرة والذي لايشترك في التفاعلات الكيميائية ولا في الروابط الكيميائيةوذلك بكتابة رمز اقرب غاز خامل(عنصر نبيل) للذرة والذي يسبق العنصر ويقل عنه في العدد الذري ثم نكتب بعده المستويات او الاوربيتالات الابعد عن النواة أي الاعلي في الطاقة والتي يرجع اليها التشابه في الخواص الكيميائية بين العناصر ويستثني من هذه الطريقة غنصري الهيدروجين1H و الهيليوم2He
·ولذلك يجب معرفة وحفظ التوزيع الالكتروني للعناصر النبيلة (الغازات الخاملة) والتي لها التركيب الالكتروني العام( np6 ما عدا الهيليوم1s2 ) وهي كالاتي : -
2He: 1s2هيليوم
10Ne:1s2 2s2 2p6 نيون
18Ar:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6ارجون
36Kr: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6كريبتون
54Xe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6زينون
86Rn: " 6p6 رادون
امثلة
لاحظ الجزء الموزع باللون الاحمر هو الجزء الخامل في الذرة ولا يشترك في التفاعلات الكيميائية ولا في تكوين الروابط الكيميائية
1- الصوديوم23Na :-1s2 2s2 2p6 3s1
10Ne] 3s1 [
2- الحديد26Fe:-1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
18Ar] 4s2 3d6 [
3- البوتاسيوم والكالسيوم:-19K : [18Ar] 4s1
20Ca : [18Ar] 4s2
