اصل بناگذاري آفبا و آرايش الكتروني عناصر

آرایش الكترونی یك عنصر نحوه ی اشغال شدن اوربیتال ها توسط الكترون های آن عنصر را مشخص می كند. برای بدست آوردن آرایش الكترونی عناصر در حالت پایه الكترون ها را در اوربیتال ها به ترتیب سطح انرژی اوربیتال ها با رعایت ظرفیت آنها ، اصل طرد پاولی و قاعده هوند قرار می دهند. در اینصورت در واقع از اصل بناگذاری آفبا استفاده کرده ایم. اصل بناگذاری آفبا که به کلمه آلمانی AufBauprinzip (به معنایBuilding-up Principle یا اصل بناگذاری) مربوط می شود، توسط نیلز بور و ولفگانگ پاولی در اوایل دهه 1920s ارائه شد و بیان می کند که در ابتدا اوربیتالها با سطح انرژی کمتر پر می شوند و بعد از آن پرشدن اوربیتالها با سطح انرژی بالاتر شروع می شود. این اصل اتمها را با تک تک اضافه کردن الکترونها به گونه ای که پایدارترین حالت ممکن بوجود آید، بنا می نهد. در این راستا، به الكترونی كه باعث تفاوت آرایش الكترونی دو عنصر متوالی می شود الكترون متمایز كننده می گویند. بعنوان مثال برای آرایش الكترونی عناصر با اعداد اتمی یک تا ده داریم:

متداول است كه برای ساده نویسی آرایش الكترونی هر عنصر به صورت تركیب آرایش الكترونی گاز نجیب ماقبل آن عنصر و الكترون های باقی مانده نوشته شود. گازهای نجیب عبارتنداز: هلیم (₂He)، نئون (₁₀Ne)، آرگون (₁₈Ar)، کریپتون (₃₆Kr)، زنون (₅₄Xe) و رادون (₈₆Rn). بعنوان مثال برای آرایش الكترونی عناصر با اعداد اتمی 11 تا 36 داریم:

با دقت در آرایش الكترونی های بالا درمی یابیم آرایش كروم و مس به ترتیب به جای  و مورد انتظار به صورت  و می باشد. زيرلايههاي نيمه پر مثل و زيرلايههاي پر مثل  پايداري مخصوص خودشان را دارند، كه به ترتيب پايداري نيمهپر و پايداري پر ناميده ميشوند. مثلاً به همین علت پایدار بودن آرایش نیمه پر و پر است كه آرایش كروم و مس به ترتیب به جای  و  به صورت  و می باشد.

آرايش الكتروني يونها مشابه آرايش الكتروني اتمها به دست ميآيد. همچنين ميتوان آرايش الكتروني آنيونها را با اضافه كردن الكترون به پايدارترين اوربيتال خالي و آرايش الكتروني كاتيونها را با كندن الكترون از ناپايدارترين اوربيتال پر در آرايش الكتروني اتم خنثي به دست آورد.

مثال: آرایش الکترونی یونهای زیر را بنویسید.

الف) ₇N^3-         ب) ₁₆S^2-         ج) ₂₀Ca²⁺         د) ₃₅Br^-         ه) ₅₀Sn²⁺         و) ₈₃Bi³⁺

حل:

الف) 1s²2s²2p⁶

ب) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶   or [₁₀Ne]3s²3p⁶

ج) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶   or [₁₀Ne]3s²3p⁶

د) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶   or [₁₈Ar] 3d¹⁰4s²4p⁶

ه) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²   or [₃₆Kr] 4d¹⁰5s²

و) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰4f¹⁴5s²5p⁶5d¹⁰6s²   or [₅₄Xe] 4f¹⁴5d¹⁰6s²

*****

بايستي توجه داشته باشيم كه هنگام نوشتن آرايش الكتروني اتمهاي خنثي، ابتدا اوربيتالهاي ns، سپس  اما براي كاتيونها ابتدا  و سپس ns پر ميشود، به عبارتي آرايش الكتروني كاتيون با كندن ابتدا الكترونهاي 4s و سپس 3d به دست ميآيد. بعنوان مثال داریم:

براساس آرایش الکترونی های یادشده می توان چنین نتیجه گیری نمود که در اتم فلزات واسطه خارجی بطور معمول اوربیتال های ns پایدارتر از اوربیتال های (n-1)d هستند و بهمین جهت الویت پرشدن با اوربیتال های ns است. در حالیکه در کاتیونهای فلزات واسطه خارجی اوربیتال های (n-1)d پایدارتر از اوربیتال های ns هستند و بهمین جهت الویت پرشدن با اوربیتال های (n-1)d است.

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

**************************************************

سایت: www.youngchemist.com

مولف: محمد شاهی

نظرات، پیشنهادات و انتقادات: chemistry.shahi@gmail.com

**************************************************

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||