ما هي مستويات الطاقة العالية وكيف يتم تمثيلها؟

المستويات الفرعية للطاقة في الذرة هي الطريقة التي يتم بها تنظيم الإلكترونات في الطبقات الإلكترونية ، وتوزيعها في الجزيء أو الذرة. وتسمى هذه المستويات الفرعية للطاقة المدارات.

إن تنظيم الإلكترونات في المستويات الفرعية هو ما يتيح التوليفات الكيميائية للذرات المختلفة ، كما يحدد موقعها داخل الجدول الدوري للعناصر.

يتم ترتيب الإلكترونات في الطبقات الإلكترونية للذرة بطريقة معينة عن طريق مزيج من الحالات الكمومية. في اللحظة التي يشغل فيها إلكترون واحد من هذه الحالات ، يجب وضع الإلكترونات الأخرى في حالة مختلفة.

مقدمة

يتكون كل عنصر كيميائي في الجدول الدوري من ذرات تتكون بدورها من نيوترونات وبروتونات وإلكترونات. الإلكترونات هي جسيمات سالبة الشحنة توجد حول نواة أي ذرة ، موزعة في مدارات الإلكترونات.

مدارات الإلكترون هي حجم الفضاء حيث يكون للإلكترون فرصة بنسبة 95٪ في العثور عليه. هناك أنواع مختلفة من المدارات ، بأشكال مختلفة. في كل مدار ، يمكن تحديد موقع إلكترونين كحد أقصى. المدار الأول للذرة هو المكان الذي يوجد فيه أكبر احتمال للعثور على الإلكترونات.

يتم تحديد المدارات بالأحرف s و p و dyf ، أي Sharp و Principle و Diffuse و Basic ، وتجمع عند انضمام الذرات لتشكيل جزيء أكبر. تم العثور على هذه المجموعات من المدارات في كل طبقة من الذرة.

على سبيل المثال ، في الطبقة 1 من الذرة توجد مدارات S ، وفي الطبقة 2 توجد مدارات S و P ، وفي داخل الطبقة 3 من الذرة توجد مدارات S و P و D وأخيراً في الطبقة 4 من الذرة يوجد كل المدارات المدارات S و P و D و F

في المدارات أيضًا نجد مستويات فرعية مختلفة ، والتي بدورها يمكنها تخزين المزيد من الإلكترونات. تشبه المدارات في مستويات الطاقة المختلفة بعضها البعض ، ولكنها تحتل مناطق مختلفة في الفضاء.

يمتلك المدار الأول والثاني المدار نفس الخصائص التي لدى المدار S عقدًا شعاعية ، ولديه احتمال أكبر بالحجم الكروي ، ويمكنه حمل إلكترونين فقط. ومع ذلك ، فهي تقع في مستويات طاقة مختلفة ، وبالتالي تشغل مساحات مختلفة حول النواة.

الموقع في الجدول الدوري للعناصر

كل تكوين من العناصر الإلكترونية فريد من نوعه ، وهذا هو السبب في تحديد موقعها في الجدول الدوري للعناصر. يتم تعريف هذا الموضع من خلال فترة كل عنصر ورقمه الذري بعدد الإلكترونات الموجودة في ذرة العنصر.

بهذه الطريقة ، يعد استخدام الجدول الدوري لتحديد تكوين الإلكترونات في الذرات هو المفتاح. تنقسم العناصر إلى مجموعات وفقًا لتكويناتها الإلكترونية على النحو التالي:

ويمثل كل مدار في كتل محددة داخل الجدول الدوري للعناصر. على سبيل المثال ، الكتلة المدارية S هي منطقة الفلزات القلوية ، المجموعة الأولى في الجدول وحيث توجد ستة عناصر ليثيوم (Li) ، روبيديوم (Rb) ، البوتاسيوم (K) ، الصوديوم (Na) ، فرانسيو ( الاب) والسيزيوم (Cs) وكذلك الهيدروجين (H) ، وهو ليس معدنًا ، لكنه غاز.

تحتوي هذه المجموعة من العناصر على إلكترون ، يُفقد عادةً بسهولة لتشكيل أيون موجب الشحنة. هم المعادن الأكثر نشاطا والأكثر تفاعلا.

الهيدروجين ، في هذه الحالة ، عبارة عن غاز ، ولكنه داخل المجموعة 1 من الجدول الدوري للعناصر لأنه يحتوي أيضًا على إلكترون واحد فقط. يمكن للهيدروجين تكوين أيونات بشحنة موجبة واحدة ، لكن تحقيق إلكترون واحد يتطلب طاقة أكثر بكثير من إزالة الإلكترونات من الفلزات القلوية الأخرى. عن طريق تكوين المركبات ، عادة ما يولد الهيدروجين روابط تساهمية.

ومع ذلك ، في ظل ضغوط شديدة للغاية ، يصبح الهيدروجين معدنيًا ويتصرف مثل باقي عناصر مجموعته. يحدث هذا ، على سبيل المثال ، داخل قلب كوكب المشتري.

المجموعة 2 تقابل المعادن الأرضية القلوية ، حيث أن أكاسيدها لها خصائص قلوية. من بين عناصر هذه المجموعة نجد المغنيسيوم (المغنيسيوم) والكالسيوم (كاليفورنيا). تنتمي مداراتها أيضًا إلى المستوى S.

المعادن الانتقالية ، والتي تتوافق مع مجموعات من 3 إلى 12 في الجدول الدوري ، لها مدارات من النوع D.

تتوافق العناصر التي تنتقل من المجموعة 13 إلى 18 في الجدول مع المدارات P. وأخيرا ، فإن العناصر المعروفة باسم اللانثانيدات والأكتينيدات لها مدارات اسمها F.

موقع الإلكترون في المدارات

توجد الإلكترونات في مدارات الذرة كوسيلة لتقليل الطاقة. لذلك ، إذا كنت تسعى إلى زيادة الطاقة ، فستملأ الإلكترونات المستويات المدارية الرئيسية ، مبتعدة عن نواة الذرة.

يجب علينا أن نعتبر أن الإلكترونات لها خاصية جوهرية تُعرف باسم الدوران. هذا هو مفهوم الكم الذي يحدد ، من بين أمور أخرى ، تدور الإلكترون داخل المداري. ما هو ضروري لتحديد وضعك في مستويات الطاقة العالية.

القواعد التي تحدد موقع الإلكترونات في مدارات الذرة هي:

  • مبدأ أوفباو: تدخل الإلكترونات إلى المدارات ذات طاقة أقل أولاً. يعتمد هذا المبدأ على الرسوم البيانية لمستويات الطاقة لبعض الذرات.
  • مبدأ إقصاء باولي: يمكن للمدار الذري أن يصف إلكترونين على الأقل. وهذا يعني أن اثنين فقط من الإلكترونات مع مختلف الإلكترون تدور يمكن أن تشغل المدار الذري.

هذا يعني أن المداري الذري هو حالة حيوية.

  • قاعدة هوند: عندما تحتل الإلكترونات مدارات من نفس الطاقة ، ستدخل الإلكترونات المدارات الفارغة أولاً. وهذا يعني أن الإلكترونات تفضل الدوران الموازي في مدارات منفصلة من المستويات الفرعية للطاقة.

سوف تملأ الإلكترونات جميع المدارات في المستويات الفرعية قبل مواجهة الدوران المعاكس.

التكوينات الإلكترونية الخاصة

هناك أيضا ذرات مع حالات خاصة من مستويات الطاقة الفرعية. عندما يشغل إلكترونان المدار ذاته ، يجب ألا يكون لهما يدوران مختلفان (كما هو مشار إليه في مبدأ استبعاد باولي) ، ولكن اقتران الإلكترونات يرفع الطاقة قليلاً.

في حالة المستويات الفرعية للطاقة ، فإن المستوى شبه الكامل ونصف المستوى الكامل الكامل يقلل من طاقة الذرة. هذا يقود الذرة إلى مزيد من الاستقرار.