وفقًا لنموذج نيلز بور الذري ، توجد بروتونات ونيوترونات الذرة في النواة ، بينما توجد الإلكترونات حولها. على الرغم من أننا لا نستطيع معرفة مكان وجود الإلكترون بالضبط ، إلا أن هناك مناطق يُرجح أن يوجد فيها ، وهي المدارات الذرية. وكيف نحدد تلك المدارات؟ بسيط جدا ، باستخدام أرقام الكم.
ما هي الأرقام الكمومية؟
هناك 4 أرقام كمومية. ثلاثة منهم يقدمون لنا معلومات حول مكان وجود إلكترون من ذرة معينة ، أي أنهم يقدمون لنا معلومات حول المدار. من ناحية أخرى ، لا يخبرنا العدد الكمي الرابع بمكان الإلكترون ، بل كيف يخبرنا. هل ما زلت غير واضح جدا بشأن هذا؟ أذهب خلفها!
- عدد الكم الرئيسي (ن). إنه آخر مستوى طاقة يتم ملؤه ويشير إلى حجم المدار وبالتالي المسافة بين النواة والإلكترون. لماذا ا؟ سهل جدا. كلما كان المدار أكبر ، كلما كان الإلكترون بعيدًا عن نواة الذرة.
- عدد الكم السمتي أو الثانوي (ل). حدد شكل المدار.
- عدد الكم المغناطيسي (م). يشير إلى اتجاه المدار.
- عدد الكم تدور (س). أخبر في أي اتجاه يدور الإلكترون.
الحق سهلة؟ دعنا نذهب مع الشيء المهم!
كيف يتم اشتقاق الأرقام الكمومية
للحصول على الأرقام الكمية ، عليك فقط اتباع خطوتين بسيطتين:
- اكتب تكوين الإلكترون.
- احصل على الأرقام الكمية من الإلكترون التفاضلي (آخر رقم يملأ المدار).
التكوين الإلكترونية
نبدأ بالخطوة 1 ، اكتب تكوين الإلكترون. كيف؟ هناك طريقتان للقيام بذلك ، دعنا نصل إليه!
مخطط مولر
تشير هذه التقنية إلى ترتيب ملء المدارات من خلال الرسم التالي:
يخضع هذا الرسم البياني لمبدأ Aufbau ، الذي يدافع عن أن المدارات تملأ بترتيب متزايد من الطاقة ، أي أن المدار الذي يحتوي على أقل طاقة سيمتلئ في وقت سابق.
لمعرفة المدار الذي يحتوي على طاقة أكبر ، يتم إجراء العملية n + l. إذا نتج عن هذه العملية لذرتين مختلفتين نفس العدد ، فإن الذرات التي يكون رقمها أعلى سيكون لها طاقة أكبر. بمعنى آخر ، في حالة التعادل ، يتم ملء الشخص الذي يحتوي على أقل رقم n أولاً. دعنا نراها بمثال:
4p: n + l -> 4 + 1 = 5
5 ث: ن + ل -> 5 + 0 = 5
نظرًا لوجود رابط في قاعدة n + l ، فإنه يملأ 4p سابقًا لأن رقمه n أقل.
نموذج النواة
للحصول على التكوين الإلكتروني الذي يتبع هذا النموذج ، يجب أن تعرف الجدول الدوري جيدًا. إذا كان لدينا العدد الذري وموضع العنصر في الجدول ، فهو قطعة من الكعكة!
تعتبر هذه الطريقة طريقة مبسطة لأنها تسمح بعدم الحاجة إلى كتابة التكوين الإلكتروني الكامل. بهذه الطريقة ، يمكننا كتابة اسم عنصر الغاز النبيل أعلاه بين قوسين ، ثم المسار من ذلك الغاز النبيل إلى العنصر المعني. دعنا نرى مثالا:وبالتالي ، سنكتب المسار مع مراعاة عدد الفترة (صف الجدول الدوري) و "المنطقة" ، وبمجرد كتابة التكوين الإلكتروني ، سنستخرج الأرقام الكمية.
سيُكتب الفوسفور (P) من الغاز النبيل السابق ، أي النيون:
ف -> [ني] 3 ث23p3
بالطبع ، يجب أن تكون حذرًا في هذه الطريقة ، لأن المنطقتين d و f هما منطقتان خاصتان. أثناء قيامنا بالرحلة ، في المنطقة د ، لن نضع رقم الفترة (الصف) ، ولكننا نضع رقم الفترة ناقصًا واحدًا. يحدث الشيء نفسه مع المنطقة F ، فلن نضع رقم الفترة ، ولكن رقم الفترة ناقص اثنين. سوف تفهمها بشكل أفضل من خلال بعض الأمثلة:
ملحوظة -> [كر] 5 ث14d4
على الرغم من أنها في الفترة 5 ، عندما نكون في المنطقة d ، فإننا نطرح 1.
و-> [Xe] 6 s24f14
على الرغم من أنها في الفترة 6 ، عندما نكون في المنطقة f ، فإننا نطرح 2.
استثناءات في التكوين الإلكتروني
يحتوي تكوين الإلكترون على جانبين خاصين ، إذا لم تكن على دراية بهما ، يمكن أن يؤدي إلى مغذيات رأس كبيرة. لكن لا تنشر الذعر! سنخبرك!
المنطقة و
تظهر المنطقة F أسفل الجدول الدوري ، ولكنها في الواقع "مضمنة" في الفجوة التي نراها باللون الأبيض ، أي بين العنصرين الأول والثاني للصفين الأخيرين من المنطقة D.
انت ترى ذلك؟ لهذا السبب ، في بعض الأحيان ، عندما يتعين علينا كتابة التكوين الإلكتروني لعنصر في المنطقة F ، على سبيل المثال ، Nd ، سيتعين علينا وضع إلكترون في المنطقة D من المستوى المقابل في إشارة إلى ذلك العنصر في المنطقة D وهذا هو قبل دخول المنطقة F.
م -> [Xe] 6 s25d14f1
المجموعة 6 والمجموعة 11
المجموعة 6 والمجموعة 11 معادن انتقالية لها 4 و 9 إلكترونات في غلافها الأخير ، على التوالي. لذلك ، لكي يكون عنصرًا أكثر ثباتًا ، يتحمس المدار s ويفقد إلكترونًا ينتقل إلى المدار التالي ، d. بهذه الطريقة ، سيترك المدار s مع إلكترون ؛ و d مع 5 ، إذا كان عنصرًا من عناصر المجموعة 6 ، أو مع 10 ، إذا كان عنصرًا من عناصر المجموعة 11.
هذا مثال:
حج -> [كر] 5 ث24d9
على ما يبدو ، سيكون هذا هو التكوين الإلكتروني للفضة (Ag). ومع ذلك ، فإن فقدان إلكترون من المدار s ، يبدو كما يلي:
حج -> [كر] 5 ث14d10
ومع ذلك ، هناك استثناءات لهذه القاعدة ، مثل Tungsten (المجموعة 6) ، والتي تُترك مع إلكترونين في المدار s و 2 في مدار d.
لكن لا تقلق ، فالأكثر شيوعًا (Cr و Cu و Ag و Au) تتبع هذه القاعدة.
هل حصلت عليه؟ حسنا. هذا كل ما تحتاج لمعرفته حول تكوين الإلكترون. دعنا نذهب لأرقام الكم!
كيفية الحصول على أرقام الكم
من أجل الحصول على الأرقام الكمومية ، يجب أن نعرف عدد الإلكترونات المناسبة في كل غلاف مداري ، مع الأخذ في الاعتبار أن إلكترونين يتناسبان في المدار.
- طبقة s. له مدار واحد فقط ، لذا يمكنه حمل إلكترونين.
- طبقة ص. لديها 3 مدارات ، لذلك هناك مساحة لـ 6 إلكترونات.
- طبقة د. لديها 5 مدارات ، لذلك يمكن أن تتسع لـ 10 إلكترونات.
- طبقة و. لديه 7 مدارات ، أي أنه يحتوي على 14 إلكترونًا.
الآن بعد أن فهمت أن هناك إلكترونين في كل مدار ، يجب أن تعرف قاعدة هوند. تنص هذه القاعدة على أنه عند ملء مدارات من نفس المستوى الفرعي أو الغلاف ، على سبيل المثال ، الغلاف p ، تملأ الإلكترونات المدار في اتجاه واحد (موجب) ثم في الاتجاه الآخر (سلبي). هل تريد رؤيته بمثال؟
إذا كان لدينا 2p4، أي أن المدار 2p الذي يحتوي على 4 إلكترونات ، لن يمتلئ على النحو التالي:
سوف تملأ مثل هذا:
هل تحصل عليه؟ رائع ، دعنا نرى كيفية حساب الأرقام:
- رقم الكم يتزامن هذا الرقم مع رقم المستوى الأخير من تكوين الإلكترون. على سبيل المثال ، إذا انتهى تكوين الإلكترون في 4 ثوانٍ2، سيكون الرقم الكمي الرئيسي 4.
- عدد الكم ل. هذا الرقم يعتمد على الطبقة الأخيرة التي تم ملؤها.
- طبقة ق -> ل = 0
- الطبقة p -> l = 1
- الطبقة d -> l = 2
- الطبقة f -> l = 3
- عدد الكم م. يمكن أن يكون الرقم m أي قيمة بين -l إلى + l ، لذلك سيعتمد على المستوى الفرعي الذي يكون فيه الإلكترون التفاضلي ، أي على ما إذا كان s ، أو p ، أو d ، أو f. كيفية حساب هذا الرقم أكثر تعقيدًا بعض الشيء ، دعنا نراه مع رسمين:
- Layer s -> كما رأينا ، فإن l تساوي 0 ، لذا فإن m يمكن أن تساوي 0 فقط.
- الطبقة p -> قيمة l تساوي 1 ، لذا يمكن أن يكون m -1 أو 0 أو 1.
- الطبقة d -> l هي 2 ، لذا يمكن أن يكون m -2 ، -1 ، 0 ، 1 و 2.
- الطبقة f -> l تساوي 3 ، لذا يمكن أن تكون m -3 و -2 و -1 و 0 و 1 و 2 و 3.
أنت تعرف بالفعل كيف تمتلئ المدارات ، وبالتالي فإن الرقم الكمي m سيكون له قيمة الثقب حيث يوجد آخر إلكترون مرسوم. هل تتذكر هذا المثال من قبل؟:
في هذه الحالة ، سيكون m -1 ، لأنه في الغلاف p (3 مدارات) ، إذا كان هناك 4 إلكترونات ، فإن آخر إلكترونات يتم ملؤه سيكون سالب المدار الأول.
- عدد الكمية. يمكن أن يساوي العدد الكمي s فقط ½ و-. إذا كان آخر إلكترون مسحوب موجبًا ، أي أن السهم لأعلى ، فإن s ستكون ½. من ناحية أخرى ، إذا كان الإلكترون الأخير الذي ملأ المدار سالبًا ، أي عندما يشير السهم لأسفل ، فإن s ستكون-.
تمارين وأمثلة
نعم ، نحن نعلم بالفعل أن كل هذه معلومات كثيرة ، لكنك ستفهمها بشكل أفضل ببعض الأمثلة. ها نحن ذا!
مثال 1
السيلينيوم (Se) -> العدد الذري: 34
- نكتب تكوين الإلكترون. نكتب تكوين الإلكترون وفقًا لمخطط مولر ، مع الأخذ في الاعتبار أن المدارات s و p و d و f بها 2 و 6 و 10 و 14 إلكترونًا على التوالي. نكتب التكوين عن طريق إضافة عدد الإلكترونات ، والذي يتم كتابته في صورة الأس.
1s22s22p63s23p64s23d104p4
نظرًا لأن المدار 4p لا يملأ ، نظرًا لأن الإلكترونات ستصل إلى 36 ، فإننا لا نضع 4p6لكن 4 ص4.
- نخرج الأعداد الكمومية. للقيام بذلك ، ننظر إلى التكافؤ أو الإلكترون التفاضلي ، أي آخر إلكترون يملأ المدار. في هذه الحالة ، سننظر إلى 4p4.
- عدد الكم الرئيسي. كان آخر مستوى طاقة تم ملؤه 4.
ن = 4
- رقم الكم الثانوي. كان آخر مستوى فرعي للطاقة تم ملؤه هو المدار p.
ل = 1
- عدد الكم المغناطيسي. إذا كنا نرسم الإلكترونات ، فسيكون آخر مدار من الغلاف p.
م = -1
- عدد الكم تدور. آخر إلكترون يشغل المدار p له سهم لأسفل.
ق =-
مثال 2
الذهب (Au) -> [Xe] 6 s14f145d10
- رقم الكم الرئيسي -> ن = 5
- رقم الكم الثانوي -> ل = 2
- عدد الكم المغناطيسي -> م = 2
- عدد الكم للدوران -> ق =-
و هذا كل شيء! الآن حان دورك ، هل يمكنك إجراء تكوين الإلكترون والحصول على الأرقام الكمومية للعناصر التالية؟:
Cr (24) ، Rb (37) ، Br (35) ، لو (71) ، Au (79)