ما هو التدوين الطيفي؟

ال التدوين الطيفي أوالتكوين الإلكتروني هو ترتيب الإلكترونات في مستويات الطاقة حول نواة الذرة.

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

عادةً ما يتم استخدام التكوين الإلكتروني لوصف مدارات الذرة في حالتها الأرضية ، ولكن يمكن استخدامه أيضًا لتمثيل ذرة تم تأينها في كاتيون أو أنيون ، تعويضا عن فقد أو كسب 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 (تكوينات الإلكترون وخصائص الذرات ، S.F).

عندما تتلقى الإلكترونات في الطبقة الخارجية للذرة طاقة من نوع ما ، فإنها تنتقل إلى طبقات طاقة أعلى. وبالتالي ، سيتم نقل إلكترون في الطبقة K إلى الطبقة L أثناء وجوده في حالة طاقة أعلى.

عندما يعود الإلكترون إلى حالته الأرضية ، فإنه يطلق الطاقة التي يمتصها بإصدار طيف كهرمغنطيسي (الضوء). نظرًا لأن لكل ذرة تكوينًا إلكترونيًا محددًا ، فسيحتوي أيضًا على طيف معين يطلق عليه طيف الامتصاص (أو الانبعاثات)..

لهذا السبب ، يستخدم مصطلح الترميز الطيفي للإشارة إلى التكوين الإلكتروني (الترميز الطيفي ، S.F).

كيفية تحديد الترميز الطيفي: الأرقام الكمومية

يتم استخدام أربعة أرقام كم لوصف كامل لحركة ومسارات كل إلكترون داخل الذرة.

يوصف الجمع بين جميع الأرقام الكمومية لجميع الإلكترونات الموجودة في الذرة بواسطة دالة موجية تتوافق مع معادلة شرودنجر. كل إلكترون في الذرة لديه مجموعة فريدة من الأرقام الكمية.

وفقًا لمبدأ إقصاء باولي ، لا يستطيع إلكترونان مشاركة نفس مجموعة الأرقام الأربعة.

تعد الأرقام الكمية مهمة لأنه يمكن استخدامها لتحديد التكوين الإلكتروني للذرة والموقع المحتمل لإلكترونات الذرة.

تُستخدم الأرقام الكمومية أيضًا لتحديد خصائص الذرات الأخرى ، مثل طاقة التأين ونصف القطر الذري.

تحدد الأرقام الكمية الأصداف ، والطبقات الفرعية ، والمدارات ، والإلتواءات المحددة.

هذا يعني أنها تصف خصائص الإلكترون تمامًا في الذرة ، أي أنها تصف كل حل فريد لمعادلة شرودنغر ، أو دالة الموجة ، للإلكترونات الموجودة في الذرة..

يوجد ما مجموعه أربعة أرقام كمومية: رقم الكم الرئيسي (n) ، عدد الكم من الزخم الزاوي المداري (l) ، رقم الكم المغناطيسي (ml) والرقم الكمي لتدوير الإلكترون (ms).

يصف الرقم الكم الرئيسي ، nn ، طاقة الإلكترون والمسافة المحتملة للإلكترون من النواة. بمعنى آخر ، يشير إلى حجم المدار ومستوى الطاقة الذي يوضع فيه الإلكترون.

يصف عدد الطبقات الفرعية ، أو ll ، شكل المدار. ويمكن أيضا استخدامه لتحديد عدد العقد الزاوي.

يصف الرقم الكم المغناطيسي ، مل ، مستويات الطاقة في الطبقة الفرعية ، وتشير ms إلى الدوران على الإلكترون ، الذي يمكن أن يكون صعودًا أو هبوطًا (Anastasiya Kamenko ، 2017).

مبدأ أوفباو

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

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

ينشأ مبدأ Aufbau من مبدأ الاستبعاد Pauli الذي ينص على أنه لا توجد فرمتان (مثل الإلكترونات) في الذرة.

قد 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 مثلها مثل البروتونات الموجودة في النواة. تتجمع الإلكترونات حول النواة في المدارات الكمومية وفقًا لأربع قواعد أساسية تسمى مبدأ Aufbau.

1. لا يوجد إلكترونان في الذرة يتقاسمان نفس الأرقام الكمية الأربعة n و l و m و s.
2. ستشغل الإلكترونات المدارات ذات 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.

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_ل لاحتواء 2 إلكترونات

المدارات P لها 3 قيم ممكنة لـ m_ل لاحتواء 6 إلكترونات

المدارات D لها 5 قيم ممكنة لـ m_ل لاحتواء 10 إلكترونات

المدارات F لها 7 قيم ممكنة لـ m_ل 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).

قواعد هوند

ناقش قسم Aufbau كيف تملأ الإلكترونات المدارات ذات الطاقة المنخفضة أولاً ثم تنتقل إلى المدارات ذات الطاقة الأعلى فقط بعد امتلاء المدارات ذات الطاقة المنخفضة.

ومع ذلك ، هناك مشكلة في هذه القاعدة. بالتأكيد ، يجب ملء المدارات 1s قبل المدارات 2s ، لأن المدارات 1s لها قيمة أقل من n ، وبالتالي طاقة أقل.

وثلاثة مدارات 2P مختلفة؟ في أي ترتيب ينبغي أن تملأ؟ الجواب على هذا السؤال ينطوي على حكم هوند.

تنص قاعدة Hund على ما يلي:

- يتم احتلال كل مدار في مستوى فرعي بشكل فردي قبل أن يشغل أي مدار مدار مضاعفًا.

- جميع الإلكترونات الموجودة في المدارات المشغولة بشكل فردي لها نفس الدوران (لتعظيم الدوران الكلي).

عندما يتم تخصيص الإلكترونات للمدارات ، يسعى الإلكترون أولاً إلى ملء جميع المدارات بالطاقة المتشابهة (وتسمى أيضًا المدارات المتدهورة) قبل الاقتران مع إلكترون آخر في مدارات نصف كاملة.

تميل الذرات الموجودة في حالة الأرض إلى امتلاك أكبر عدد ممكن من الإلكترونات غير المبرمة. عند تصور هذه العملية ، فكر في الكيفية التي تعرض بها الإلكترونات نفس السلوك مثل الأقطاب نفسها في المغناطيس إذا تماسكت.

عندما تملأ الإلكترونات المشحونة سالبًا المدارات ، فإنها تحاول أولاً الابتعاد قدر الإمكان عن بعضها البعض قبل أن تضطر إلى التزاوج (قواعد هوند ، 2015).

مراجع

1. أناستازيا كامينكو ، ت. إ. (2017 ، 24 مارس). أرقام الكم. تم الاسترجاع من chem.libretexts.org.
2. مبدأ Aufbau. (2015 ، 3 يونيو). تم الاسترجاع من chem.libretexts.org.
3. تكوينات الإلكترون وخصائص الذرات. (وس. ف.). تم الاسترجاع من oneonta.edu.
4. موسوعة بريتانيكا. (2011 ، 7 سبتمبر). التكوين الإلكتروني. تعافى من britannica.com.
5. هيلمينستاين ، ت. (2017 ، 7 مارس). مبدأ Aufbau - الهيكل الإلكتروني ومبدأ Aufbau. تم الاسترجاع من thinkco.com.
6. قواعد هوند. (2015 ، 18 يوليو). تم الاسترجاع من chem.libretexts.org.
7. التدوين الطيفي. (وس. ف.). تم الاسترجاع من bcs.whfreeman.com.