بحث عن التوزيع الالكتروني

يدرس علم الكيمياء طبيعة المواد وتركيباتها والتفاعلات بينها، كما يهتم بدراسة خصائص المواد والتغييرات التي تطرأ عليها. ويوجد أنواع مختلفة من الكيمياء مثل الكيمياء التحليلية والكيمياء العضوية والكيمياء اللاعضوية والكيمياء الحيوية والكيمياء الفيزيائية، وجميعها تدور حول مجال الكيمياء بشكل عام. ويعتبر التوزيع الإلكتروني من أهم المفاهيم التي يدرسها علم الكيمياء، ولكن يجب فهم مفهوم الذرة والإلكترونات قبل الدراسة المفصلة له.

تعريف الذرة

الذرة، وتعني بالإنجليزية Atom، هي أصغر جزء من العنصر الكيميائي، وتتكون من إلكترونات سالبة الشحنة تدور حول نواة موجبة، وتتكون النواة من بروتونات موجبة الشحنة ونيوترونات متعادلة الشحنة.

تعريف الالكترون

الإلكترون هو جسيم ذو شحنة سالبة ودون ذري يساهم في تشكيل الذرة، حيث يدور في مداراتها خارج النواة، بينما تتواجد البروتونات والنيوترونات داخل النواة.

ملحوظة هامة :

1. يمكن تجاهل كتلة الإلكترون، ولكن لا يمكن تجاهل شحنته
2. نظرًا لأن كتلة الإلكترونات غير مهمة، فإن كتلة الذرة تتركز داخل النواة بسبب وجود البروتونات الموجبة والنيوترونات المتعادلة .
3. تكون الذرة متعادلة كهربائيًا في الحالة العادية بسبب تعادل عدد الإلكترونات السالبة مع البروتونات الموجبة .
4. يعني العدد الذري عدد البروتونات الموجبة الموجودة في النواة، ويشير العدد الكتلي إلى مجموع عدد البروتونات والنيوترونات في النواة.

تعريف التوزيع الالكتروني

يقصد بالتوزيع الإلكتروني أو الترتيب الإلكتروني للعناصر ترتيب الإلكترونات الموجودة في الذرة أو الجزيء، والتوزيع الإلكتروني هو أحد الأشياء الهامة التي توصل إليها العلماء ليتعرفوا على عدد الإلكترونات التي تسير حول الذرة، وتساعدها في الوصول لحالة الاستقرار. ومن خلال التوزيع الإلكتروني لذرة العنصر يمكن معرفة المزيد عن خصائص العنصر الكيميائية ونشاطه الكيميائي، ويعتمد التوزيع الصحيح للإلكترونات على عدة خطوات وهي:

1. أن يكون العدد الإلكتروني متساويًا للعدد الذري للعناصر .
2. يتم بدء التوزيع الإلكتروني من خلال المدارات ذات الطاقة الأقل .
3. لايوجد في المدار الواحد أكثر من إلكترونين اثنين .

كيف يحدث التوزيع الالكتروني

تتوزع الالكترونات في المدارات حسب القاعدة 2n² حيث n هو رقم مستوى الطاقة ، ويكون أقصى سعة لمستوى الطاقة الأول 2 إلكترون ، والثاني 8 إلكترونات ، والثالث 18 إلكترون. ويجب ألا يتعدى عدد الالكترونات في مستوى الطاقة الأخير لأي ذرة 8 الكترونات مهما كان رقم المدار، ويتساوى العدد الذري للعنصر مع عدد البروتونات في النواة ، ويساوي أيضًا عدد الإلكترونات حول النواة في حالة الذرة المتعادلة.

قواعد تحكم التوزيع الالكتروني

هناك عدة قواعد تحكم في توزيع الإلكترونات في مدارات الذرة، ومن هذه القواعد: قاعدة أوف باو، قاعدة هوند، قاعدة الاستبعاد لباولي

قاعدة أوف باو

تعرف هذه المبادئ بمبدأ البناء التصاعدي، حيث تحتل الكترونات المستويات الفرعية ذات الطاقة الأدنى أولا، ثم تتحرك للمستويات الأعلى، مثلا تمتلك المدار 1s أولا ثم يأتي المدار 2s في الذرة. ويزداد طاقة المدار مع زيادة عدد الكم، ويرمز لعدد الكم الرئيسي بالرمز n، وهو يعكس طاقة المدار وبعده عن النواة في الذرة. ويمكن ترتيب ملء المدارات وفقا لمبدأ أوف باو كما هو موضح في الأشكال التالية

شكل (1)

شكل (2)

يلخص الشكل السابق طريقة توزيع الإلكترونات في المدارات، حيث يتم التوزيع بدءًا من المدار 1s ثم 2s ثم 2p ثم 3s وهكذا، ونرى أن المدار S يتسع لعدد 2 إلكترون، في حين يتسع المدار p لعدد 6 إلكترونات، والمدار d يتسع لعدد 10 إلكترونات، والمدار f يتسع لعدد 14 إلكترون .

قاعدة الاستبعاد لباولي

هو أحد مبادئ ميكانيكا الكم، وتنص هذه المبدأ على أنه لا يمكن لأي إلكترون في نفس الذرة أن يكون له نفس الأعداد الكمية الأربعة مثل n و ℓ و mℓ. على سبيل المثال، إذا كانت هناك تشابه في الأعداد الكمية الثلاثة بين إلكترونات متعددة، يجب أن يكون العدد الكمي الرابع ms مختلفا، وبالتالي يدور كل منهما في اتجاه معاكس للآخر .

قاعدة هوند

يقول مبدأ هوند إن الإلكترونات الموجودة في المدار تميل إلى الوجود بشكل فردي إذا كان عددها أقل من عدد المدارات، على سبيل المثال، يحتوي المدار P على ثلاثة مدارات متساوية في الطاقة وهي Px و Py و Pz، ويمكن لكل مدار استيعاب إلكترونين، وإذا كان عدد الإلكترونات ثلاثة أو أقل، فسوف يتم توزيعها بشكل فردي على الثلاثة مدارات، وإذا كان عدد الإلكترونات يزيد عن ثلاثة، فسيتم دمج الإلكترونات كما هو موضح أدناه.

لتحقيق التركيب الإلكتروني السليم لذرة العنصر، يجب اتباع القواعد التالية

1. يجب أن يكون عدد الإلكترونات الموزعة على المدارات متساويا مع العدد الذري للعنصر في الذرة المتعادلة .
2. يجب ألا يتجاوز عدد الإلكترونات في المدار الواحد إلكترونين واحدًا .
3. يجب اتباع مبدأ هوند عند توزيع الإلكترونات في مدارات المستويات الفرعية.
4. يجب أن نبدأ في توزيع الإلكترونات على المدارات ذات الطاقة الأقل، ثم الطاقة الأعلى تدريجيا