نسخة الفيديو النصية
العنصر X ينتمي إلى الدورة الثالثة من الجدول الدوري، وطاقة تأينه الثانية أعلى من العنصرين المجاورين له. ما التوزيع الإلكتروني للعنصر X؟ أ: 1s2 2s2 2p6 3s2، ب:1s2 2s2 2p6 3s2 3p1، ج: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2، د: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3، هـ: 1s2 2s2 2p6 3s1 3p5.
يتمحور هذا السؤال حول طاقة التأين الثانية، التي يمكن تعريفها على أنها الطاقة اللازمة لإزالة إلكترون من أيون غازي شحنته واحد موجب. لنلق نظرة على مثال على ذلك باستخدام ذرة من الهليوم. بوجه عام، فطاقة التأين مقياس للطاقة اللازمة لإزالة الإلكترون. والطاقة اللازمة لإزالة الإلكترون الأقل ارتباطًا من ذرة غازية معزولة هي طاقة التأين الأولى. وتؤدي هذه العملية إلى تكون كاتيون شحنته واحد موجب. أما في حالة طاقة التأين الثانية، فيلزم عادة المزيد من الطاقة للتغلب على التجاذب الكهروستاتيكي بين الإلكترون التالي والنواة.
علمنا من السؤال أن العنصر X يقع في الدورة الثالثة من الجدول الدوري. يوضح الشكل العناصر التي تشغل الدورة الثالثة. ومن ثم، لا بد أن يكون للعنصر X توزيع إلكتروني يتوافق مع واحد من هذه العناصر. تزداد طاقة التأين للعناصر بوجه عام كلما تحركنا عبر الدورة الواحدة من اليسار إلى اليمين. وكلما زاد العدد الذري، زاد عدد البروتونات والإلكترونات. يؤدي التجاذب الكهروستاتيكي المتزايد عبر الدورة إلى سحب الإلكترونات نحو النواة، وهذا يقلل نصف القطر الذري للإلكترونات ويزيد صعوبة إزالتها.
ولكن، ثمة استثناء لهذا التدرج. تميل الذرة إلى أن تبقي غلافها الفرعي ممتلئًا؛ فهذا هو الوضع الأفضل لها من حيث الطاقة. ولذا فإزالة الإلكترون الأول من الغلاف الفرعي الممتلئ يتطلب طاقة أكبر مما يتوقعه التدرج. نحن نبحث عن عنصر طاقة تأينه الثانية عالية للغاية. بعبارة أخرى، العنصر X هو عنصر طاقة تأينه الثانية تسبب إزالة الإلكترون الأول من غلاف فرعي ممتلئ.
دعونا نلق نظرة على التوزيعات الإلكترونية المعطاة ونحولها إلى التوزيعات الإلكترونية للكاتيونات المناظرة التي شحنة كل منها واحد موجب.
الكاتيون ذو الشحنة واحد موجب للعنصر أ يقع إلكترونه الخارجي في المدار 3s، وهذا ليس غلافًا فرعيًّا ممتلئًا. ولا تسبب طاقة التأين الثانية إزالة إلكترون من غلاف فرعي ممتلئ. إذن فهذه ليست إجابة لهذا السؤال.
وبالمثل، فالعناصر ج، د، هـ ليس لها طاقة تأين ثانية تسبب إزالة إلكترون من غلاف فرعي ممتلئ. يمكننا ملاحظة ذلك في جميع هذه الخيارات الثلاثة، وذلك من خلال التوزيعات الإلكترونية للكاتيونات التي شحنة كل منها واحد موجب، التي تبين أن الإلكترون التالي الذي يزال لا يقع في غلاف فرعي ممتلئ.
أما العنصر ب، فله طاقة تأين ثانية عالية للغاية. يوضح التوزيع الإلكتروني للكاتيون ذي الشحنة واحد موجب لهذا العنصر أن طاقة التأين الثانية تسبب إزالة إلكترون من الغلاف الفرعي 3s. ونظرًا لأن هذا غلاف فرعي ممتلئ وهذا هو الوضع الأفضل له من حيث الطاقة، فإن إزالة هذا الإلكترون تتطلب كمية من الطاقة أكبر من المتوقع. ومن ثم، فهذا التوزيع الإلكتروني يطابق ما وصف به العنصر X، وهذا يعني أن العنصر X من المرجح أن يكون الألومنيوم.
إذن، التوزيع الإلكتروني للعنصر X يمثله الخيار ب: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1.
