ما هو التكوين الإلكتروني الخارجي؟

التكوين الإلكتروني ، الذي يُسمى أيضًا التركيب الإلكتروني ، هو ترتيب الإلكترونات في مستويات الطاقة حول النواة الذرية.

وفقًا للنموذج الذري القديم لبهر ، تشغل الإلكترونات عدة مستويات في مدارات حول النواة ، من الطبقة الأولى الأقرب إلى النواة ، K ، إلى الطبقة السابعة ، Q ، والتي هي الأبعد من النواة.

فيما يتعلق بالنموذج الميكانيكي الكمومي الأكثر تنقيلا ، تنقسم طبقات KQ إلى مجموعة من المدارات ، لا يمكن شغل كل منها بما لا يزيد عن زوج واحد من الإلكترونات (Encyclopædia Britannica ، 2011).

عادة ، يتم استخدام التكوين الإلكتروني لوصف المدارات من الذرة في حالتها الأرضية ، ولكن يمكن استخدامه أيضًا لتمثيل ذرة تم تأينها في كاتيون أو أنيون ، تعويضا عن فقد أو اكتساب الإلكترونات في المدارات الخاصة بكل منها.

يمكن ربط العديد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية للعناصر بتكويناتها الإلكترونية الفريدة. إلكترونات التكافؤ ، الإلكترونات في الطبقة الخارجية ، هي العامل الحاسم للكيمياء الفريدة للعنصر.

المفاهيم الأساسية للتكوينات الإلكترونية

قبل تخصيص إلكترونات ذرة للمدارات ، يجب أن يتعرف المرء على المفاهيم الأساسية للتكوينات الإلكترونية. يتكون كل عنصر من عناصر الجدول الدوري من ذرات تتكون من بروتونات ونيوترونات وإلكترونات.

تُظهر الإلكترونات شحنة سالبة وتوجد حول نواة الذرة في مدارات الإلكترون ، ويُعرَّف بأنه حجم الفضاء الذي يمكن العثور فيه على الإلكترون ضمن احتمال 95٪.

الأنواع الأربعة المختلفة من المدارات (s و p و d و f) لها أشكال مختلفة ، ويمكن أن يحتوي المدار على إلكترونين كحد أقصى. تحتوي المدارات p ، dyf dyf على مستويات فرعية مختلفة ، لذا فقد تحتوي على مزيد من الإلكترونات.

كما هو موضح ، التكوين الإلكتروني لكل عنصر فريد لموضعه في الجدول الدوري. يتم تحديد مستوى الطاقة حسب الفترة ويتم إعطاء عدد الإلكترونات بواسطة العدد الذري للعنصر.

تشبه المدارات في مستويات الطاقة المختلفة بعضها البعض ، ولكنها تحتل مناطق مختلفة في الفضاء.

يمتلك المداران الأول والثاني المداران خصائص المدار (العقد الشعاعية ، احتمالات الحجم الكروي ، ويمكنهما فقط احتواء إلكترونين ، إلخ). ولكن ، كما وجدت في مستويات الطاقة المختلفة ، فإنها تشغل مساحات مختلفة حول النواة. يمكن تمثيل كل مدار بواسطة كتل محددة في الجدول الدوري.

الكتلة s هي منطقة الفلزات القلوية بما في ذلك الهيليوم (المجموعتان 1 و 2) ، والكتلة d هي الفلزات الانتقالية (المجموعات 3 إلى 12) ، والكتلة p هي عناصر المجموعة الرئيسية للمجموعات من 13 إلى 18 ، و الكتلة f هما سلسلة اللانثانيد والأكتينيد (Faizi ، 2016).

الشكل 1: عناصر الجدول الدوري وفتراتها التي تختلف وفقًا لمستويات الطاقة في المدارات.

مبدأ أوفباو

Aufbau يأتي من الكلمة الألمانية "Aufbauen" والتي تعني "بناء". في الجوهر ، عند كتابة تكوينات الإلكترون نقوم ببناء مدارات الإلكترون ونحن ننتقل من ذرة إلى أخرى.

بينما نكتب التكوين الإلكتروني للذرة ، سنملأ المدارات بترتيب متزايد للعدد الذري.

ينشأ مبدأ Aufbau من مبدأ إقصاء Pauli الذي ينص على عدم وجود فروتين (مثل الإلكترونات) في الذرة. يمكن أن يكون لديهم نفس مجموعة الأرقام الكمية ، لذلك عليهم "التراص" عند مستويات طاقة أعلى.

كيف تتراكم الإلكترونات هو موضوع تكوينات الإلكترون (مبدأ Aufbau ، 2015).

تحتوي الذرات المستقرة على العديد من الإلكترونات التي تملكها البروتونات في النواة. تتجمع الإلكترونات حول النواة في المدارات الكمومية وفقًا لأربع قواعد أساسية تسمى مبدأ Aufbau.

1. لا يوجد إلكترونان في الذرة يشتركان في نفس أرقام الكم الأربعة وهي n و l و m و s.
2. سوف تحتل الإلكترونات المدارات من أدنى مستوى طاقة أولاً.
3. سوف تملأ الإلكترونات دائمًا المدارات بنفس رقم الدوران. عندما تكون المدارات ممتلئة ، ستبدأ.
4. سوف تملأ الإلكترونات المدارات بمجموع الأعداد الكمومية n و l. سيتم ملء المدارات ذات القيم المساوية لـ (n + l) أولاً بقيم n الأدنى.

القواعد الثانية والرابعة هي نفسها أساسا. مثال على القاعدة الرابعة سيكون المدارات 2p و 3s.

المدار 2p هو n = 2 و l = 2 و المدار 3s هو n = 3 و l = 1. (N + l) = 4 في كلتا الحالتين ، ولكن المدار 2p له أدنى طاقة أو أدنى قيمة n وسيتم ملؤه قبل طبقة 3S.

لحسن الحظ ، يمكن استخدام مخطط Moeller الموضح في الشكل 2 لملء الإلكترونات. تتم قراءة الرسم البياني عن طريق تنفيذ الأقطار من 1s.

الشكل 2: مخطط مولر لملء التكوين الإلكتروني.

يوضح الشكل 2 المدارات الذرية والسهام تتبع المسار المتبع.

الآن ومن المعروف أن ترتيب المدارات ممتلئ ، فإن الشيء الوحيد المتبقي هو حفظ حجم كل مدارات.

المدارات S لها 1 قيمة ممكنة من m _l لاحتواء إلكترونين

المدارات P لها 3 قيم ممكنة من m _l لاحتواء 6 إلكترونات

المدارات D لها 5 قيم ممكنة من m _l لاحتواء 10 إلكترونات

المدارات F لها 7 قيم ممكنة من m _l لاحتواء 14 إلكترون

هذا هو كل ما هو مطلوب لتحديد التكوين الإلكتروني لذرة مستقرة لعنصر ما.

على سبيل المثال ، خذ عنصر النيتروجين. يحتوي النيتروجين على سبعة بروتونات وبالتالي سبعة إلكترونات. أول المدار لملء هو المداري 1S.

لدى المدار إلكترونان ، لذلك تبقى خمسة إلكترونات. المداري التالي هو المداري 2s ويحتوي على الاثنين المقبلين. ستذهب الإلكترونات النهائية الثلاثة إلى المدار 2p الذي يمكن أن يحتوي على ستة إلكترونات (Helmenstine، 2017).

أهمية التكوين الإلكتروني الخارجي

تلعب التكوينات الإلكترونية دورًا مهمًا في تحديد خصائص الذرات.

جميع ذرات المجموعة نفسها لها نفس التكوين الإلكتروني الخارجي باستثناء الرقم الذري n ، وهذا هو السبب في أن لها خصائص كيميائية مماثلة.

بعض العوامل الرئيسية التي تؤثر على الخواص الذرية تشمل حجم أكبر المدارات المشغولة ، طاقة المدارات ذات الطاقة الأعلى ، وعدد الوظائف الشاغرة المدارية وعدد الإلكترونات في المدارات ذات الطاقة الأعلى (تكوينات الإلكترون و خصائص الذرات ، SF).

يمكن أن ترتبط معظم الخواص الذرية بدرجة الانجذاب بين الإلكترونات الخارجية بدرجة أكبر للنواة وعدد الإلكترونات الموجودة في الطبقة الخارجية الأبعد ، وعدد الإلكترونات التكافلية.

إلكترونات الطبقة الخارجية هي تلك التي يمكن أن تشكل روابط كيميائية تساهمية ، وتلك التي لديها القدرة على التأين لتشكيل الكاتيونات أو الأنيونات وهي تلك التي تعطي حالة الأكسدة للعناصر الكيميائية (خان ، 2014).

وسوف تحدد أيضا نصف قطرها الذري. عندما يصبح n أكبر ، يزداد نصف القطر الذري. عندما تفقد ذرة إلكترون ، سيكون هناك انكماش في نصف القطر الذري بسبب انخفاض الشحنة السالبة حول النواة.

إلكترونات الطبقة الخارجية هي تلك التي تؤخذ في الاعتبار من خلال نظرية رابطة التكافؤ ، ونظرية المجال البلوري والنظرية المدارية الجزيئية للحصول على خصائص الجزيئات وتهجين الروابط (Bozeman Science، 2013).