فيديو السؤال: فهم كيف تملأ الإلكترونات المدارات الذرية تباعًا الكيمياء • الصف الثاني الثانوي

نسخة الفيديو النصية

أي شكل يوضح الموضع الصحيح لأول ستة إلكترونات في التمثيل الخطي الآتي للتوزيع الإلكتروني لأحد العناصر؟

التوزيع الإلكتروني هو تمثيل لترتيب الإلكترونات الموزعة بين المدارات والأغلفة الفرعية. التمثيلات الخطية، أو الأشكال، من (أ) إلى (هـ) الموضحة هنا، تعرض المدارات الموجودة داخل غلاف فرعي في صورة مربعات مرتبة من الأقل طاقة إلى الأعلى طاقة، وتستخدم الأسهم لتوضيح عدد الإلكترونات في كل مدار، بحيث يشير اتجاه السهم لأعلى أو لأسفل إلى دوران الإلكترون. ولكي نحدد أي خيار من الإجابات يوضح بشكل صحيح الإلكترونات الستة الأولى في المدارات المعطاة، علينا أن نتذكر قاعدتين.

القاعدة الأولى هي أن الترتيب الذي تملأ به الإلكترونات المدارات يسمى مبدأ أوفباو، وينص على أن الإلكترونات ستملأ المدارات الأقل طاقة قبل أن تملأ المدارات الأعلى طاقة. وعليه، يمكننا أن نتذكر ترتيب ملء مدارات الطاقة باستخدام هذه النسخة المختصرة من مخطط أوفباو للطاقة. يمكننا توضيح ذلك برسم أسهم قطرية، بدءًا من الإلكترونات التي تملأ المدار 1s أولًا، ثم المدار 2s، مع ملء المدارات 2p فيما بعد، ثم المدار 3s بعد ذلك. يستمر هذا النمط حتى يتم حساب جميع الإلكترونات، ويتكرر في كل مرة عن طريق البدء من أعلى.

بما أن هذا السؤال يركز على الإلكترونات الستة الأولى، فإن التوزيع الإلكتروني الصحيح سيظهر أن كلًّا من المدار 1S والمدار 2S مكتملان، إذ يحتوي كل منهما على إلكترونين، ويليهما إلكترونان في الغلاف الفرعي 2p. عند النظر إلى خيارات الإجابة، يمكننا استبعاد الأشكال (ب) و(د) و(هـ)؛ لأنها لا تظهر وجود إلكترونين في أحد المدارات 1s و2s أو كليهما، أو تظهرهما مدارين ممتلئين بالكامل. يمثل كل من الشكل (أ) والشكل (ج) إجابتين محتملتين لهذا السؤال؛ لأن كلًّا منهما يحتوي على إجمالي ستة إلكترونات، وكلاهما يظهر إلكترونين في كل من المدارات 1s و2s و2p.

لتحديد أي منهما يعد الإجابة الصحيحة، ثمة قاعدة أخرى علينا أن نضعها في الاعتبار. تسمى هذه القاعدة بقاعدة هوند، وهي تنص على أن الأغلفة الإلكترونية الفرعية تشغلها إلكترونات منفردة تكون في حالة الدوران لأعلى، أي سهم رأسه متجه لأعلى، قبل أن تزدوج مع الإلكترونات التي في حالة دوران لأسفل، أي سهم رأسه متجه لأسفل. بالنسبة لهذا السؤال، تنطبق هذه القاعدة على الغلاف الفرعي 2p لأنه يحتوي على ثلاثة مدارات. وتقع جميع المدارات الثلاثة عند نفس مستوى الطاقة.

نتيجة لذلك، ستنتشر الإلكترونات بين المدارات الثلاثة بحيث تكون المدارات 2p نصف ممتلئة بإلكترونات في حالة الدوران لأعلى قبل أن تزدوج الإلكترونات التي في حالة الدوران لأعلى مع الإلكترونات التي في حالة الدوران لأسفل داخل المدار نفسه. وهذا بسبب وجود قوى تنافر بين زوجي الإلكترونات في المدار الذري الواحد. وبناء على هذه المعلومات، يمكن حذف الشكل (أ) لأن الإلكترونين اللذين في الغلاف الفرعي 2p يجب أن ينتشرا إلى مدارات 2p مختلفة. ويجب أن يكونا في حالة دوران لأعلى.

من ناحية أخرى، يوضح الشكل (ج) حالة الملء الصحيح وحالة الدوران الصحيحة للإلكترونات الستة الأولى. إذن، أي شكل يوضح الموضع الصحيح لأول ستة إلكترونات في التوزيع الإلكتروني؟ الإجابة هي الشكل (ج).