تعريف التوزيع الإلكتروني

تحتوي ذرات العناصر الكيميائية على نواة بداخلها توجد جسيمات دون ذرية، تسمى البروتونات والنيوترونات، وحول النواة تدور جسيمات أخرى تسمى الإلكترونات، في مدارات، لكل مدار سعة معينة من الإلكترونات، لذلك يتم توزيع عدد الإلكترونات الكلي للذرة في مدارات حول النواة في عملية تسمى التوزيع الإلكتروني للذرة، وهي عملية مهمة؛ لأن توزيع الإلكترونات داخل الذرة يلعب دورًا مهمًا في تفاعلات الذرة الكيميائية.[١]


كتابة التوزيع الإلكتروني

يُكتب التوزيع الإلكتروني بحسب عدد الإلكترونات التي تتسع في كل مدار كمي رئيسي وفرعي، ويمكن فهم هذه العملية من خلال ما يلي:[١][٢][٣]


المدارات الرئيسية

حول الذرة توجد المدارات، تتوزع بها الإلكترونات بحسب سعتها، ويسمى المدار أو المدار الكمي الرئيسي (n)، حيث إن n يعبر عن رقم المدار، ويمكن معرفة عدد الإلكترونات التي تتسع به من خلال الصيغة؛ ، كالآتي:


اسم المدار ورقمه
عدد الإلكترونات التي تتسع به
المدار K، n=1
2*(1)^2 = 2
المدار L، n=2
2*(2)^2 = 8
المدار M، n=3
2*(3)^2 = 18
المدار N، n=4
2*(4)^2 = 32


المدارات الفرعية أو المستويات الفرعية

تحتوي المدارات الكمية الرئيسية على مدارات فرعية أو مستويات فرعية، يتم فيها توزيع الإلكترونات على أساس عدد الكم السمتي (l)، ويساوي عدد المستويات الفرعية في كل مدار رقم المدار (n)، لذلك إذا يحتوي المدار الرئيسي الأول (n=1) على مستوى أو مدار فرعي واحد (0=l)، ويحتوي المدار الرئيسي الثاني (n=2) على مدارين فرعيين (I=0, I=1)، ويحتوي المدار الرئيسي الثالث (n=3) على 3 مستويات فرعية (I=0, I=1, I=2)، وهكذا، تسمى هذه المدارات بـ s وp وd وf، على التوالي.


ويحتوي كل مستوى فرعي على عدد معين من الإلكترونات، يمكن تحديد عددها باستخدام الصيغة؛ 2*(2l + 1)، حيث I يعبر عن عدد الكم السمتي، لذلك يمكن أن تتسع المدارات الفرعية s وp وd وf بحد أقصى على 2 و6 و10 و14 إلكترونًا على التوالي، ويتم تعبئة الإلكترونات بهذه المدارات على التوالي، أي نضع الإلكترونات أولًا في المدار الفرعي s، ثم p، ثم d، ثم f، وهكذا.


ويمكن تلخيص ما سبق في الجدول الآتي:


رقم المدار (n)
قيمة عدد الكم السمتي (I)
المستويات الفرعية في كل مدار
سعة كل مدار فرعي
المدار K، n=1
I = 0
1s
2
المدار L، n=2
I = 0
I = 1
2s
2p
2
6
المدار M، n=3
I = 0
I = 1
I = 2
3s
3p
3d
2
6
10
المدار N، n=4
I = 0
I = 1
I = 2
I = 3
4s
4p
4d
4f
2
6
10
14




تكون قيمة عدد الكم السمتي (I) دائمًا أقل من قيمة عدد الكم الرئيسي (n)، لذلك لا يوجد مستويات فرعية تسمى 1p و 2d و 3f.




ويُكتب التوزيع الإلكتروني لكل مدار فرعي على شكل أس له، مثلًا تحتوي ذرة الهيدروجين على إلكترون واحد فقط، لذلك يمكن كتابة توزيعها الإلكتروني كالآتي:

، أي أن المدار الفرعي s في المدار الأول يحتوي على إلكترون واحد.


وعلى العكس من حالة عنصر الهيدروجين يكون التوزيع الإلكتروني للعناصر عمومًا طويلًا، خاصة للعناصر التي تحتوي على عدد ذري كبير نسبيًا، لذلك في مثل هذه الحالات، نستخدم طريقة مختصرة بدلًا من الطريقة التقليدية، حيث يتم استبدال تسلسل المستويات أو المدارات الفرعية المملوءة بالكامل، والتي تتوافق مع التوزيع الإلكتروني لأي غاز نبيل برمز هذا الغاز النبيل بين قوسين مربعين، مثلًا للصوديم (Na) عدد ذري يساوي 11، يُكتب توزيعه الإلكتروني بالطريقة التقليدية كالآتي:





ولكن يمكن اختصاره إلى:

، حيث إن Ne هو عنصر النيون وتوزيعة الإلكتروني يساوي: ، أي أن توزيع الصوديم يساوي توزيع النيون مضافًا إليه .


أمثلة على التوزيع الإلكتروني

فيما يلي عدة أمثلة على التوزيع الإلكتروني:[٢]


السؤال:

ما التوزيع الإلكتروني لذرة المغنيسيوم، وعدده الذري = 12؟

الحل:



وهنا، تم وضع أو إلكترونان في المستوى الفرعي الأول 1s في المدار الأول، ثم انتقلنا للمدار الثاني وبدأنا بتوزيع الإلكترونات بدءًا من المدار الفرعي الأقل طاقة 2s، ثم انتقلنا للمدار الفرعي الأعلى طاقة 2p، وهكذا.





السؤال:

ما التوزيع الإلكتروني لذرة للألمنيوم، وعدده الذري = 13؟

الحل:



أو:



حيث إن Ne هو عنصر النيون وتوزيعة الإلكتروني يساوي: 




المراجع

  1. ^ أ ب "Electron Configuration", vedantu, Retrieved 17/11/2022. Edited.
  2. ^ أ ب "Electron Configuration", byjus, Retrieved 17/11/2022. Edited.
  3. ↑ "Electron Configurations", fsu, Retrieved 17/11/2022. Edited.