مثال على مبدأ AUFBAU

ال مبدأ أوفباو (التركيب) هو مبدأ من مبادئ الفيزياء الذرية يشرح ترتيب الإلكترونات في مداراتها حول نواة الذرة.

كانت الدراسات المختلفة حول طبيعة وتكوين الذرة ، والتي تسمح لنا بفهم خصائصها ، موضوعًا للدراسة من قبل العديد من الباحثين. من أبرزها عمل نيلز بور ، عالم الفيزياء الدنماركي ، الذي أتقن النموذج الذري الذي اقترحه إرنست رذرفورد.

يتميز نموذجه بالخصائص التالية: تحتل نواة الذرة المركز ، بينما يدور الإلكترون في مدارات دائرية. لشرح سبب عدم فقدها للطاقة في المدار الدائري ، مع الأخذ في الاعتبار اكتشافات سلوك الموجة و نفس وقت الجسيمات الذي تتمتع به الإلكترونات ، فقد اعتبر أن الإلكترونات تقفز من مستوى طاقة إلى آخر ، وتنبعث منها أو تمتصها طاقة.

هل تعلم أن هذه المستويات المدارية تحكمها المعادلة 2n²بمعنى آخر ، الحد الأقصى لعدد الإلكترونات في مدار يساوي ضعف مربع عدد المدار. بالنسبة للعناصر المعروفة حتى الآن ، لدينا 7 مدارات معروفة ، حيث يحتوي مدار K على إلكترونين ، L ، 8 إلكترونات ؛ يحتوي M على 18 إلكترونًا ، و N يحتوي على 32 ، و O يحتوي على 50 ، و P يحتوي على 72 ، ويحتوي Q على 98.

كما تم اكتشاف أن للإلكترونات أربعة أرقام كمومية: العنصر الرئيسي n الذي يشير إلى بعدهم عن النواة ؛ رقم الكم السمتي ، l ، الذي يشير إلى المدار الذي يوجد فيه رقم كم مغناطيسي m (s ، p ، d ، f ، إلخ) ، والذي يحدد مساره داخل المدار ، ورقم الدوران ، s ، والذي يمكن أن يكون موجبًا أو سالبًا ، بقيمة 1/2. لا يمكن أن يكون للإلكترونين الموجودين في نفس المسار (نفس الرقمين n و l) نفس رقم الكم المغناطيسي أو نفس رقم الدوران في نفس الوقت. أي أن إلكترونين في الذرة لا يمكن أن يكون لهما جميع الأرقام الكمية المتساوية (مبدأ استبعاد باولي)

أدى هذا إلى استنتاج مفاده أنه من أجل أن تتعايش الإلكترونات المختلفة على نفس المستوى المداري ، فإن المستويات يتم تقسيم علم الطاقة إلى مستويات فرعية ، ينقسم كل منها بدوره إلى مدارات يمكن أن تحتوي فقط على زوج من الإلكترونات.

وفقًا لهذه الملاحظة ، يحتوي مستوى الطاقة K على مستوى فرعي واحد فقط ، يسمى المستوى s ، والذي يمكن أن يشغله إلكترون واحد أو إلكترونان.

المستوى التالي ، L ، سيكون له أربعة مستويات فرعية إلكترونية: المستوى s ، يسمى 2s ، والمستوى 2p ، والذي يتكون بدوره من ثلاثة مدارات ، تسمى 2p_x، 2 ص_ص و 2 ص_ض. سيحتوي المستوى الثالث على المستويات الفرعية التالية: 3s و 3p و 3 d. سيحتوي المستوى الفرعي ثلاثي الأبعاد على 5 مدارات ، يشغل كل منها إلكترونان. يمكن أن تحتوي المستويات التالية على مدارات ستتم إضافتها بالأحرف f و g و h و i.

نضيف إلى ذلك أنه عندما لا تكفي الإلكترونات لإكمال مستوى الطاقة ، يتم توزيعها في المدارات. (حكم هوند).

لا يتم ملء هذه المستويات الفرعية والمدارات بشكل عشوائي. يتم تنظيم الإلكترونات في المدارات عن طريق ملء مستويات الطاقة المنخفضة أولاً ثم مستويات الطاقة الأعلى. يتم تمثيل هذا بيانيا ، ولهذا السبب يطلق عليه قاعدة المنشار أو الأقطار.

وفقًا للقواعد السابقة ، فإن المستويات المدارية للعناصر العشرة الأولى من الجدول الدوري ممثلة بالطريقة التالية:

ح: 1 ثانية¹
هو: 1 ث²
لي: 1 ثانية² ، 2 ثانية¹
كن: 1s² ، 2 ثانية²
ب: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص¹ (1 ثانية² ، 2 ثانية²، [2 ص_x¹)
ج: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص² (1 ثانية² ، 2 ثانية²، [2 ص_x¹، 2 ص_ص¹])
N: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص³ (1 ثانية² ، 2 ثانية²، [2 ص_x¹، 2 ص_ص¹، 2 ص_ض¹])
س: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁴ (1 ثانية² ، 2 ثانية²، [2 ص_x²، 2 ص_ص¹، 2 ص_ض¹])
المتوقع: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁵ (1 ثانية² ، 2 ثانية²، [2 ص_x²، 2 ص_ص²، 2 ص_ض¹])
ني: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶ (1 ثانية² ، 2 ثانية²، [2 ص_x²، 2 ص_ص²، 2 ص_ض²])

كما نرى في هذه الأمثلة ، يتم أولاً ملء المستويات ذات الطاقة الأقل ، والتي تكون في هذه الحالة مستويات s ، ثم المستوى p.

يمكننا أيضًا ملاحظة أن تشبع المستويات يحدث مع غازات خاملة هيليوم ونيون.

في العديد من الجداول الدورية نجد كجزء من البيانات الهيكل الإلكتروني لمستويات الطاقة ، و باختصار ، نجد بين قوسين العنصر الخامل قبل العنصر ، ثم باقي المستويات المدارات.

على سبيل المثال ، في حالة الصوديوم ، يمكننا رؤيته مُمثلًا بإحدى الطريقتين التاليتين:

نا: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ¹
نا: [ني] ، 3 ثوانٍ¹

الآن ، إذا نظرنا إلى الرسم البياني للمستويات الفرعية ، فسنرى ، على سبيل المثال ، ذلك في العناصر ، مثل البوتاسيوم أو الكالسيوم ، على الرغم من كونه في المستوى 4 ، لن يحتل المستوى الثانوي ثلاثي الأبعاد ، لأنه يحتوي على طاقة أعلى من المستوى 4s. لذلك وفقًا لقاعدة Bohr ، سيتم احتلال المستوى 4s أولاً ، قبل 3d:

ك: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ² ، 3 ص⁶، 4 ثانية¹ - [عربي] ، 4 ثانية¹
كاليفورنيا: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ² ، 3 ص⁶، 4 ثانية² - [عربي] ، 4 ثانية²
Sc: 1s² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ² ، 3 ص⁶، 4 ثانية¹، 3D¹ - [عربي] ، 4 ثانية¹، 3D¹
Ti: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ² ، 3 ص⁶، 4 ثانية²، 3D² - [عربي] ، 4 ثانية²، 3D²

سيكون تسلسل ترتيب المدارات وفقًا لمبدأ Aufbau والذي يمكننا استنتاجه من خلال مراقبة أقطار الرسم البياني ، كما يلي:

1 ثانية²، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ²، 3 ص⁶، 4 ثانية²، 3D¹⁰، 4 ص⁶، 5 ثوان²، 4 د¹⁰، 5 ص⁶، 6s²، 4f¹⁴، 5 د¹⁰، 6 ص⁶، 7 ث²

أمثلة على مبدأ Aufbau

تمثيل المستويات الإلكترونية لبعض العناصر وفقًا لمبدأ Aufbau:

نعم: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ²، 3 ص² - [ني] ، 3 ثوانٍ²، 3 ص²
ف: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ²، 3 ص⁴ - [ني] ، 3 ثوانٍ²، 3 ص⁴
Ar: P: 1s² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ²، 3 ص⁶ - [ني] ، 3 ثوانٍ²، 3 ص⁶
الخامس: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ² ، 3 ص⁶، 4 ثانية²، 3D³ - [عربي] ، 4 ثانية²، 3D³
الإيمان: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ² ، 3 ص⁶، 4 ثانية²، 3D⁶ - [عربي] ، 4 ثانية²، 3D⁶
الزنك: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ² ، 3 ص⁶، 4 ثانية²، 3D¹⁰ - [عربي] ، 4 ثانية²، 3D¹⁰
Ga: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ² ، 3 ص⁶، 4 ثانية²، 3D¹⁰، 4 ص¹ - [عربي] ، 4 ثانية²، 3D¹⁰، 4 ص¹
Ge: 1s² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ² ، 3 ص⁶، 4 ثانية²، 3D¹⁰، 4 ص² - [عربي] ، 4 ثانية²، 3D¹⁰، 4 ص²
Br: 1s² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ² ، 3 ص⁶، 4 ثانية²، 3D¹⁰، 4 ص⁵ - [عربي] ، 4 ثانية²، 3D¹⁰، 4 ص⁵
Kr: 1s² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ² ، 3 ص⁶، 4 ثانية²، 3D¹⁰، 4 ص⁶ - [عربي] ، 4 ثانية²، 3D¹⁰، 4 ص⁶
ظهير أيمن: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ² ، 3 ص⁶، 4 ثانية²، 3D¹⁰، 4 ص⁶، 5 ثوان¹ - [كر] ، 5 ث¹
الأب: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ² ، 3 ص⁶، 4 ثانية²، 3D¹⁰، 4 ص⁶، 5 ثوان² - [كر] ، 5 ث²
ص: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ² ، 3 ص⁶، 4 ثانية²، 3D¹⁰، 4 ص⁶، 5 ثوان²، 4 د¹ - [كر] ، 5 ث²، 4 د¹
Zr: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ² ، 3 ص⁶، 4 ثانية²، 3D¹⁰، 4 ص⁶، 5 ثوان²، 4 د² - [كر] ، 5 ث²، 4 د²
حج: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ² ، 3 ص⁶، 4 ثانية²، 3D¹⁰، 4 ص⁶، 5 ثوان²، 4 د⁹ - [كر] ، 5 ث²، 4 د⁹
القرص المضغوط: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ² ، 3 ص⁶، 4 ثانية²، 3D¹⁰، 4 ص⁶، 5 ثوان²، 4 د¹⁰ - [كر] ، 5 ث²، 4 د¹⁰
أنا: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ² ، 3 ص⁶، 4 ثانية²، 3D¹⁰، 4 ص⁶، 5 ثوان²، 4 د⁹، 5 ص⁵ - [كر] ، 5 ث²، 4 د⁹، 5 ص⁵
Xe: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ² ، 3 ص⁶، 4 ثانية²، 3D¹⁰، 4 ص⁶، 5 ثوان²، 4 د¹⁰، 5 ص⁶ - [كر] ، 5 ث²، 4 د¹⁰، 5 ص⁶
ج: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ² ، 3 ص⁶، 4 ثانية²، 3D¹⁰، 4 ص⁶، 5 ثوان²، 4 د⁹، 5 ص⁶، 6s¹ - [Xe] ، 6s¹
با: 1 ثانية² ، 2 ثانية²، 2 ص⁶، 3 ثوانٍ² ، 3 ص⁶، 4 ثانية²، 3D¹⁰، 4 ص⁶، 5 ثوان²، 4 د¹⁰، 5 ص⁶، 6s² - [Xe] ، 6s²