استثناءات قاعدة اوفباو
الترتيب الإلكتروني للعناصر هو الطريقة التي يتم بها توزيع الإلكترونات داخل مسارات الطاقة المختلفة في الذرة ، وهناك ثلاثة قواعد تستخدم لتوزيع الناصر منها قاعدة هوند وقاعدة الاستبعاد لباولي وقاعدة أوف باو والتي تعرف أيضًا بمبدأ البناء التصاعدي ، وهي تعد أهم قاعدة للتوزيع الإليكتروني .
تاريخ مبدأ البناء التصاعدي (قاعدة أوف باو )
هذا المبدأ تمت صياغته بواسطة العالم الألماني نيلز بور في حوالي عام 1920م ، وهو يعتبر تطبيق لقوانين ميكانيكا الكم على خصائص الإليكترونات تبعًا للمجال الكهربائي الذي ينتج عن الشحنات الموجبة في نواة الذرة والشحنات السالبة في الإليكترونات الأخرى المرتبطة بالنواة .
نبذة عن العالم نيلز بور
العالم نيلز هنريك ديفيد بور هو فيزيائي دنماركي ، له مساهمات رئيسية في فهم تركيب الذرة ، وقد حصل بفضل أعماله على جائزة نوبل للفيزياء عام 1922م ، وقد اشتهر بتطوير نموذج بور للذرة ، والذي شرح فيه أن الإليكترونات تدور في مدارات للطاقة منفصلة ومستقرة حول النواة ، ولكنها تستطيع أن تنتقل من مستوى للطاقة إلى أخر .
وعلى الرغم من ظهور نماذج أخرى للذرة غير نموذج بور ، إلا أن نموذج بور مازال صالح للاستخدام ، وقد أسس العالم بور معهد الفيزياء النظرية بجامعة كوبنهاجن ، وهو الآن يعرف باسم معهد نيلز بور ، كما تعاون بور مع مجموعة من أشهر علماء الفيزياء منهم هانز كرامرز وأوسكار كلاين وجورج دي هفيسي ، كما توقع بور وجود عنصر جديد بجانب العناصر التي كانت معروفه في وقته وأطلق على هذا العنصر اسم الهافنيوم .
وبالرغم من شهرة بور إلا أنه كان على وشك الاعتقال بواسطة النازيين الألمان ، إلا أنه استطاع الفرار إلى السويد ، من هناك هاجر إلى بريطانيا ، حيث شارك في المشروعالنووي البريطاني المسمى British Tube Alloys ، كما أنه أصبح أول رئيس لمعهد الفيزياء النظرية لدول الشمال عام 1957 .
ما هو مبدأ البناء التصاعدي (قاعدة أوف باو )
هي طريقة يتم فيها ملء مستويات الطاقة الفرعية الأقل طاقة بالإليكترونات أولًا ثم يتم ملء المستويات الأعلى طاقة ، فيملأ المستوى الفرعي s أولًا ، ثم المستوى الفرعي p ، يليه المستوى d ثم المستوى الفرعي F ، إن المستويات الفرعية هنا تحل محل المستويات الرئيسية (الوهمية) حول نواة الذرة ، بترتيب من الأقل طاقة إلى الأعلى طاقة كما يلي :
مثال للتوزيع الإليكتروني تبعًا لمبدأ البناء التصاعدي :
توزيع الصوديوم
على سبيل المثال إذا انتهى التوزيع الإليكتروني للعنصر ، في المستوى الفرعي d فإن الحالات الأكثر استقرار عندما يكون المستوى تام الامتلاء d10 أو في حالة نصف امتلاء d5 .
شواذ قاعدة أوف باو
يتم توزيع الإليكترونات في مستويات الطاقة تبعًا لقاعدة أوف باو كما ذكرنا سابقًا ، ولكن في بعض الحالات تختلف طريقة التوزيع عن القاعدة السابقة ، وذلك لأن الذرة تسعى للوصول لحالة الاستقرار ، فينتقل إليكترون من مستوى إلى مستوى أخر ليجعله يصل لحالة الامتلاء ، وهذا الإليكترون يسمى الإليكترون الحائر .
ومن شواذ هذه القاعدة عنصر الكروم وكل العناصر الموجودة في مجموعته ، وعنصر النحاس وكل العناصر الموجودة في مجموعته .
أولًا الكروم Cr24
تبعًا لمبدأ البناء التصاعدي يكون توزيعه الإليكتروني
تبعًا لمبدأ البناء التصاعدي يكون التوزيع الإليكتروني
فيكون التوزيع الصحيح لعنصر النحاس هو
الترتيب الإلكتروني للعناصر هو الطريقة التي يتم بها توزيع الإلكترونات داخل مسارات الطاقة المختلفة في الذرة ، وهناك ثلاثة قواعد تستخدم لتوزيع الناصر منها قاعدة هوند وقاعدة الاستبعاد لباولي وقاعدة أوف باو والتي تعرف أيضًا بمبدأ البناء التصاعدي ، وهي تعد أهم قاعدة للتوزيع الإليكتروني .
تاريخ مبدأ البناء التصاعدي (قاعدة أوف باو )
هذا المبدأ تمت صياغته بواسطة العالم الألماني نيلز بور في حوالي عام 1920م ، وهو يعتبر تطبيق لقوانين ميكانيكا الكم على خصائص الإليكترونات تبعًا للمجال الكهربائي الذي ينتج عن الشحنات الموجبة في نواة الذرة والشحنات السالبة في الإليكترونات الأخرى المرتبطة بالنواة .
نبذة عن العالم نيلز بور
العالم نيلز هنريك ديفيد بور هو فيزيائي دنماركي ، له مساهمات رئيسية في فهم تركيب الذرة ، وقد حصل بفضل أعماله على جائزة نوبل للفيزياء عام 1922م ، وقد اشتهر بتطوير نموذج بور للذرة ، والذي شرح فيه أن الإليكترونات تدور في مدارات للطاقة منفصلة ومستقرة حول النواة ، ولكنها تستطيع أن تنتقل من مستوى للطاقة إلى أخر .
وعلى الرغم من ظهور نماذج أخرى للذرة غير نموذج بور ، إلا أن نموذج بور مازال صالح للاستخدام ، وقد أسس العالم بور معهد الفيزياء النظرية بجامعة كوبنهاجن ، وهو الآن يعرف باسم معهد نيلز بور ، كما تعاون بور مع مجموعة من أشهر علماء الفيزياء منهم هانز كرامرز وأوسكار كلاين وجورج دي هفيسي ، كما توقع بور وجود عنصر جديد بجانب العناصر التي كانت معروفه في وقته وأطلق على هذا العنصر اسم الهافنيوم .
وبالرغم من شهرة بور إلا أنه كان على وشك الاعتقال بواسطة النازيين الألمان ، إلا أنه استطاع الفرار إلى السويد ، من هناك هاجر إلى بريطانيا ، حيث شارك في المشروعالنووي البريطاني المسمى British Tube Alloys ، كما أنه أصبح أول رئيس لمعهد الفيزياء النظرية لدول الشمال عام 1957 .
ما هو مبدأ البناء التصاعدي (قاعدة أوف باو )
هي طريقة يتم فيها ملء مستويات الطاقة الفرعية الأقل طاقة بالإليكترونات أولًا ثم يتم ملء المستويات الأعلى طاقة ، فيملأ المستوى الفرعي s أولًا ، ثم المستوى الفرعي p ، يليه المستوى d ثم المستوى الفرعي F ، إن المستويات الفرعية هنا تحل محل المستويات الرئيسية (الوهمية) حول نواة الذرة ، بترتيب من الأقل طاقة إلى الأعلى طاقة كما يلي :
1S
2S 2P
3S 3P
4S 3d 4P
5S 4d 5P
6S 4F 5d 6P
7S 5F 6d 7p
من الملاحظ بالرغم من المستوى 3d يقع في المستوى الثالث إلا أنه يملأ بعد المستوى 4s وذلك لأنه أعلى منه في الطاقة تبعًا لمبدأ البناء التصاعدي ، وكذلك المستوى 4f , 5f .
يتشبع كل مستوى من المستويات الفرعية بعدد محدد من الإليكترونات لا يمكن تجاوزها ، فيمتليء المستوى s بعدد 2 إليكترون ، لأنه يحتوي على أوربيتال 1 ، ويمتليء المستوى p بستة إليكترونات لأنه يحتوي على 3 أوربيتالات ، ويمتلء المستوى الفرعي d بعشر إليكترونات ، أنه يتكون من 5 أوربيتالات ، ويمتليء المستوى الفرعي f بعدد 14 إليكترون ، لأنه يحتوي على 7 أوربيتالات .2S 2P
3S 3P
4S 3d 4P
5S 4d 5P
6S 4F 5d 6P
7S 5F 6d 7p
من الملاحظ بالرغم من المستوى 3d يقع في المستوى الثالث إلا أنه يملأ بعد المستوى 4s وذلك لأنه أعلى منه في الطاقة تبعًا لمبدأ البناء التصاعدي ، وكذلك المستوى 4f , 5f .
مثال للتوزيع الإليكتروني تبعًا لمبدأ البناء التصاعدي :
توزيع الصوديوم
Na→ 1s2 2s22p63s1 11
الحالات الأكثر استقرارًا للذرة عندما يكون المستوى الفرعي في حالة امتلاء تام أو في حالة نصف امتلاء .على سبيل المثال إذا انتهى التوزيع الإليكتروني للعنصر ، في المستوى الفرعي d فإن الحالات الأكثر استقرار عندما يكون المستوى تام الامتلاء d10 أو في حالة نصف امتلاء d5 .
شواذ قاعدة أوف باو
يتم توزيع الإليكترونات في مستويات الطاقة تبعًا لقاعدة أوف باو كما ذكرنا سابقًا ، ولكن في بعض الحالات تختلف طريقة التوزيع عن القاعدة السابقة ، وذلك لأن الذرة تسعى للوصول لحالة الاستقرار ، فينتقل إليكترون من مستوى إلى مستوى أخر ليجعله يصل لحالة الامتلاء ، وهذا الإليكترون يسمى الإليكترون الحائر .
ومن شواذ هذه القاعدة عنصر الكروم وكل العناصر الموجودة في مجموعته ، وعنصر النحاس وكل العناصر الموجودة في مجموعته .
أولًا الكروم Cr24
تبعًا لمبدأ البناء التصاعدي يكون توزيعه الإليكتروني
1s22s22p63s23P64S23d4
ولكن هذا التوزيع غير صحيح بالرغم من أنه يتبع مبدأ البناء التصاعدي ، أما التوزيع الصحيح فيكون بانتقال إليكترون من المستوى 4s إلى المستوى 3d ليصبح 3d5 ويصل لحالة نصف الامتلاء ،ويكون أكثر استقرارًا ، وبذلك يكون التوزيع الصحيح هو1s22s22p63s23P64S13d5
ثانيًا عنصر النحاس Cu29تبعًا لمبدأ البناء التصاعدي يكون التوزيع الإليكتروني
1s22s22p63s23P64S23d9
ولكن هذا التوزيع أيضًا غير صحيح ، ويشذ التوزيع الإليكتروني للنحاس ، بانتقال إليكترون من المستوى 4S إلى المستوى الفرعي 3d حتى يصل المستوى الفرعي 3d لحالة الامتلاء التام التي تكون أكثر استقرارًا .فيكون التوزيع الصحيح لعنصر النحاس هو
1s22s22p63s23P64S13d10
