7

العناوين الرئيسية:

دالتون الذرية.نظرية

نظرية طومسون للذرة.

نظرية رذرفورد للذرة.

نموذج بور الذري.

الذرة.

تعاريف أساسية.

مبدأ الشك أو عدم التعيين.

األعداد الكمية.

وذج الذري الحديث.النم

البناء االلكتروني للذرات.

The Atomic structure

8

:Dalton ʼs Theory of Atoms نظرية دالتون الذرية . 1

ماد, حيث يتألف العالم الذي يحيط بنا من مواد عديدة مختلفة عن بعضها, منها ماهو حي واألخرى ج

نذ القدم كثيرة م نرى في كثير من االحيان كيف تتغير المادة من شكل كيميائي الى آخر. بذلت جهود

الذي لشرح هذه الظواهر وتصدى لها كثيرمن الفالسفة القدامى للتعرف على طبيعة مكونات الكون

ي بنية أول من فكر ف )القرن الخامس قبل الميالد(صنع منه. كان الفيلسوف اليوناني ديموقريتس

أي (Atomos)بالذرة وأسماها (Indivisible) المادة واعتبرها مؤلفة من دقائق صغيرةال تتجزأ

كرة الذرة انتعشت ف ،الذي ال يتجزأ. مع بداية العلم الحديث في مطلع القرن السابع عشر في أوروبا

يميائيا ومن خالل قياسات للمواد المتفاعلة ك ،من جديد وذلك من خالل دراسات حول خواص الغازات

دة وذلك مفهوم جديد حول بنية المالتعطي مواد جديدة. واستطاع المدرس االنكليزي دالتون صياغة

من خالل وضع االفتراضات التالية:

يتألف كل عنصر من دقائق متناهية الصغر تدعى ذرات. .1

أي ذرات عناصر مختلفة هي مختلفة عن بعضها و حتى في ،جميع ذرات عنصر ما متماثلة .2

خواصها ومن بينها اختالف في كتلتها.

التفنى الكيميائي إلى ذرات من نوع آخر. والتتغير و ال تتغير ذرات عنصر ما عند تفاعلها .3

الذرات في التفاعالت الكيميائية.

سبة تتشكل المركبات عند اتحاد ذرات أكثر من عنصر مع بعضها, وللمركب الناتج نفس الن .4

العددية و النوع من الذرات.

ن الذرية و نظرية دالتو هذه االفتراضات األربع هي المقومات الرئيسة لنظرية عرفت فيما بعد باسم

هي المكونات األساسية لبناء المادة.

:Thomsonʼs Concept of Atomنظرية طومسون للذرة . 2

الذرةتوصل طومسون بعد تجارب عديدة أجراها لمعرفة طبيعة جسيمات الذرة وخواصها إلى أن

د لضمان الحيو الكهرباء الموجبة مغروسا فيها عدد من االلكترونات تكفيتتكون من كرة من

الكهربائي.

Rutherfordʼs Theory of Atomنظرة رذرفورد للذرة . 3

اعتبر توصل العالم رذرفورد بعد تجارب أجراها على صفيحة رقيقة من الذهب إلى تصور آخر للذرة

البة الشحنة.سفيه أن الشحنات الموجبة وكتلة الذرة مركزة في نواتها وأن النواة محاطة بالكترونات

التعبير عن نظرية رذفورد بالفروض التالية: يمكن

الذرة تشبه المجموعة الشمسية ) نواة مركزية يدور حولها على مسافات شاسعة االلكترونات (1

. (سالبة الشحنة

9

(الذرة الذرة معظمها فراغ ) ألن الذرة ليست مصمتة وحجم النواة صغير جدا بالنسبة لحجم (2

.

كونات النواة ن كتلة االلكترونات صغيرة جدا مقارنة بكتلة متتركز كتلة الذرة في النواة ) أل (3

. (من البروتونات والنيوترونات

ات. يوجد بالذرة نوعان من الشحنة ) شحنة موجبة بالنواة وشحنات سالبة على اإللكترون (4

ألن عدد الشحنات الموجبة ) البروتو (5 ات يساوي عدد الشحن (ناتالذرة متعادلة كهربيا

. (لكتروناتاإلالسالبة)

تدور اإللكترونات حول النواة في مدارات خاصة. (6

ساويتين ثبات الذرة يعود إلى وقوع اإللكترونات تحت تأثير قوتين متضادتين في االتجاه مت (7

لكترونات في المقدار هما قوة جذب النواة لإللكترونات وقوة الطرد المركزي الناشئة عن دوران اإل

حول النواة .

Bohr's Atomic Modelري نموذج بور الذ . 4

نموذج . افترض في هذا ال1913هو تحسين لنموذج رزرفورد الذري، وقد اقترح من قبل بور في عام

نموذج أن كل الصعوبات الموجودة في مبدأ رزرفورد غير موجودة. النموذج الذري الحديث مشابه ل

لى أن في المركز، كما وافق ع بور الذري. فاستبقى بور في نموذجه النواة ذات الشحنة الموجبة

الكمية اإللكترونات ذات الشحنة السالبة تدور حول النواة في مدارات دائرية. طبق بور النظرية

(Quantum Theoryعلى االلكترونات الدائرة لتمتد إلى نموذجه. ولتوضيح حركة اإللكترو ) ن في

:الذرة، اقترح بور الفرضيات اآلتية

ظرية تبقى الدوران في مداراتها النسبية بدون فقد طاقة. طبقا لهذه النتستمر االلكترونات ب .1

أن كل مدار طاقة اإللكترون ثابتة طالما أن اإللكترون يبقى في نفس المدار. يقود هذا المفهوم إلى

الطاقة . (يقترن بطاقة محددة. لهذا تعرف المدارات بمستويات الطاقة أو أغلفة )جدران

ر األخير من ذو طاقة أصغرية والمدار األبعد )المدا (دار األول من النواةالمدار األصغر )الم .2

ذو طاقة أعظمية . (النواة

تنبعث الطاقة بواسطة اإللكترون عندما يتحرك من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى طاقة .3

الطاقة تمتص أدنى، أو بكالم آخر من المدار األبعد عن النواة إلى المدار األقرب منها. بشكل مشابه

بواسطة اإللكترون عندما يتحرك من مستوى الطاقة األخفض إلى مستوى الطاقة األعلى

10

The Atomالذرة . 5

The Contents of The Atomمكونات الذرة . 1. 5

وتتركز (1-1سالبة الشحنة تسمى االلكترونات الشكل رقم ) بإلكتروناتتتكون الذرة من نواة محاطة

ات وأخرى ن من عدد محدد من جسيمات موجبة الشحنة تسمى البروتونكتلة الذرة في نواتها التي تتكو

متعادلة الشحنة تعرف بالنيترونات.

( تركيب الذرة بحسب نموذج رذرفورد1-1الشكل )

Atomic Mass Unit)للبروتونات والنيترونات الكتلة نفسها تقريبا وتساوي وحدة الوزن الذري

a.m.u, وتشغل )( النواة حيزا صغيرا بالنسبة لنصف قطر الذرة الذي يقدر بـcm 8- 10×1 وهذا )

يعني تمركز جزء كبير من الذرة بشحنة موجبة في جزء صغير منها هو النواة، وقد تأكد هذا من كل

التي تعتمد على تشتت جسيمات ألفا )نواة ذرة 1913من نتائج األبحاث التي أجراها رذرفورد عام

.(cm 12- 10×1وم(ومن الحسابات الحديثة لنصف قطر النواة يساوي )الهيلي

( للذرة أما عدد mass Numberيطلق على البروتونات والنيترونات المكونة للنواة عدد الكتلة )

Atomicالبروتونات داخل النواة أو عدد االلكترونات خارج النواة فيسمى العدد الذري )

Numberسالبة الشحنة وكتلتها أقل بكثير من كتلة البروتون أو النيترون (، وااللكترونات جسيمات

( من كتلة البروتون أو النيترون، كمية الشحنة السالبة على االلكترون تساوي كمية 1/1837بحوالي )

فإنه البد وأن يتساوى عدد الشحنة الموجبة على البروتون، لذا ولكون الذرة متعادلة كهربائيا

بشكل أساسي على جسمين كترونات وباختصار فإن الذرة مكونة من نواة تحتوي البروتونات واالل

هما البروتون والنيترون وذين الجسمين يشكالن معظم كتلة النواة . تحاط نواة الذرة بإلكترونات

( الخواص الطبيعية للجسيمات الثالثة.1-1موزعة في الحيز المتبقي من حجم الذرة ويبين الجدول)

نواة موجبة الشحنة

الكترونات

11

( الخواص الطبيعية للجسيمات الثالثة1-1الجدول )

)وحدة رقم الكتلةالشحنة

a.m.u)

الجسيمالكتلة بالغرام

+11.00727624-10×1.67Proton

01.000866524-10×1.67Neutron

-10.000548628-10×9.22Electron

The Contents of The Nucleus مكونات النواة . 2. 5

The Protonالبروتون . 1. 2. 5

ن التي ن هو جسيم موجب الشحنة يوجد داخل النواة ويطلق االسم نفسه على ذرة الهيدروجيالبروتو

تلة البروتون ك، وتعادل شحنة البروتون شحنة االلكترون بالقيمة المطلقة أما فقدت الكترونها الخارجي

.فتساوي بالتقريب كتلة ذرة البروتون مطروحا منها كتلة االلكترون

The Neutron النيترون . 2. 2. 5

حظ ال حيث 1932عام (Chadwickه العالم جادويك )اكتشفجسيم متعادل الشحنة يوجد داخل النواة

من 1/10بجسيمات ألفا جعلها تطلق أشعة ذات سرعة عالية تساوي (Beقذف ذرة البيريليوم ) أن

، هربائيلكسرعة الضوء وقدرة عالية على االختراق، هذه األشعة ال تتأثر بالمجال المغناطيسي أو ا

.وقد أمكن فهم فكرة النظائر بسهولة بعد اكتشاف هذه الجسيمات

داخل النواة. النيترونات مهمة للمحافظة على ثبات الذرة ألنها تقلل من قوى التناظر بين البروتونات

The Electron االلكترون . 3. 5

يد ة بكبريتعليه بظهور انبعاث عند قذف ألواح مغطاجسيم صغير جدا يحمل شحنة سالبة يستدل

التوتياء شعاع المهبط.

من 1913التعرف على االلكترون ثم تمكن العالم مليكان عام 1897استطاع العالم طومسون عام

9.11كولومب ومن ياس كتلته التي تساوي 19- 10× 1.602قياس شحنة االلكترون والتي تساوي

غ 28- 10×

تعاريف أساسية . 6

Atomic Numberالعدد الذري . 1. 6

نات في النواة. د الذري للعنصر يساوي عدديا قيمة الشحنة الموجبة في نواة الذرة أو عدد البروتوالعد

صر يمكن أن وبما أن الذرة تحوي عددا متساويا من البروتونات واإللكترونات. فان العدد الذري للعن

ذرة ويرمز اسية لليعرف بعدد اإللكترونات الموجودة خارج نواة ذرته. وهكذا فالعدد الذري خاصية أس

. ويكتب عادة في أسفل رمز العنصر في الذرة المتعادلة كهربيا .Zله بالحرف

12

Atomic Weightالوزن الذري . 2. 6

لنيوترونات يدعى بالكتلة الذرية أو رقم الكتلة. فالوزن الذري يساوي عدديا مجموع البروتونات و ا

:ا بما يليالموجودة في النواة. ويعبر عن الوزن الذري رياضي

A =No .of protons + No .of Neutrons

زن الذري هو نيوترونا في نواتها، لهذا فالو 18بروتونا و 17تملك ذرة الكلور :فعلى سبيل المثال

. ويكتب عادة في أعلى رمز العنصر. انظر المثال اآلتي: Z=17والعدد الذري هو 35

1) Ma كتلي العدد ال

2) Z العدد الذري

:حيث

1) z )عدد البروتونات = عدد اإللكترونات )ألن الذرة متعادلة الشحنة =

2) z - a عدد النيوترونات =

Isotopesالنظائر . 3. 6

بتا وهذه تدعى ذرات العنصر ذات الكتل المختلفة بالنظائر، فالعدد الذري لنظائر العنصر يبقى ثا

من أساسية للعنصر. وبما أن العدد الذري لنظائر العنصر ثابت، فهي تحوي العدد نفسهخاصية

تواة في البروتونات واإللكترونات واالختالف في كتلها بسبب االختالف في عدد النيوترونات المح

ا فنظيرا لهذ 37و 35. فالكلور يملك نظيرين بوزن ذري 17النواة. نأخذ عنصر الكلور عدده الذري

17تحوي 35إلكترون لكل منهما، فذرة الكلور ذات رقم الكتلة 17بروتون و 17الكلور ذات

ون و نيوتر 20بروتون و 17تحوي 37نيوترون، بينما ذرة الكلور ذات رقم الكتلة 18بروتون و

يمكن كتابتهما بالشكل37

17Cl و35

17Cl ائيةبهتان بالشكل العام، لذا فلهما خواص كيمي. فكال الذرتين متشا

ة أشكال متشابهة. نأخذ عنصر الهيدروجين حيث عدده الذري يساوي الواحد. يوجد الهيدروجين بثالث

:من النظائر

1الهيدروجين العادي ذو الوزن الذري (1

2الديتيريوم ذو الوزن الذري (2

3التريتيوم ذو الوزن الذري (3

واحدا لكن لها عددكل النظائر الثالث للهي واحدا وإلكترونا من دروجين تحوي بروتونا ا مختلفا

ونا واحدا, بينما النيوترونات. فذرة الهيدروجين العادي ال تحوي نيوترونا وذرة الديتيريوم تملك نيوتر

ذرة التريتيوم تملك نيوترونين في النواة.

13

مبدأ الشك أو عدم التعيين . 7

حدى النتائج إ 1927عام Heisenbergالمبدأ الذي اشتقه عالم الفيزياء األلماني هايزنبرغ يمثل هذا

ل تعيين موقع الجسيمية للمادة. وينص هذا المبدأ على أنه من المستحي-المهمة للطبيعة الموجية

ذلك ألن بدقة في آن واحد؛ و اإللكترون )وغيره من الدقائق الميكرونية( وكمية حركته أو سرعته

كمية الحركة( تعيين أحدهما )الموقع على سبيل المثال( بدرجة متناهية من الدقة تجعل تعيين اآلخر )

حيح.بدرجة من الدقة أقل بكثير مما هو عليه الحال بالنسبة إلى األول )الموقع(، والعكس ص

Quantum Numbersاألعداد الكمية . 8

عين ليست الطاقة لكل اإللكترونات التي تنتمي لمستوى طاقة م بينت الدراسات الطيفية مؤخرا بأن

ة وموقع واحدة بل تختلف من واحد لآلخر. لذلك استنتج بأنه من غير الممكن التوضيح الكامل لطاق

ك أعدادا كمية (. فقد بينت الدراسات المتقدمة بأن هناnاإللكترون في الذرة بمساعدة عدد كمي واحد )

اقة اإللكترونات و موقعها في الذرة.توضح بشكل كامل ط

Principal Quantum Number( nالعدد الكمي الرئيسي ) . 1. 8

يأخذ هذا يعطي هذا العدد الكمي معلومات حول مستوى الطاقة الرئيسي الذي ينتمي له اإللكترون. ف

أجل منو n=1 ..... وهكذا . فمن أ جل مستوى الطاقة األول, 3 , 1,2العدد فقط قيما صحيحة

وهكذا. n=2مستوى الطاقة الثاني

Orbital Quantum Number (Lالعدد الكمي المداري ) . 2. 8

نتمي يعطي هذا العدد الكمي معلومات حول شكل المستوى الفرعي لمستوى الطاقة الرئيسي الذي ي

تلفة ل يم المخفإن الق nله اإللكترون. فيأخذ هذا العدد أيضا فقط قيما صحيحة. لكن قيمته تعتمد على

L إلى 0تتراوح منn-1 فمن أجل قيمة ,n=4 فالقيم لL وهذا ما يوضحه 2,1,0&3هي .

الجدول اآلتي:

( والمدارات اإللكترونية المرافقةl,n(: األعداد الكمية )1-2الجدول)

(nلعدد الكمي الرئيس )ا321

MLKالطبقة اإللكترونية الرئيسة

(lالعدد الكمي الثانوي )2,1,01,00dps 3,3,3ps 2,2s1المدار الثانوي

أسـماء المدارات وللتمييز بين إلكترونات المدارات الثانوية يصطلح، عادة، على تسمية اإللكترونات ب

، وهكذا. وتتميز المدارات dواإللكترونات pواإللكترونات sالثانوية ذاتها، فنقول اإللكترونات

,,,الثانوية dps لكترونات بأشكالها المختلفة المطابقة ألشكال السحابات اإللكترونية العائدة إل

هذه المدارات.

14

Magnetic Quantum Number ( Lmالعدد الكمي المغناطيسي) . 3. 8

غ الذي في الفرا Sub-Levelلعدد الكمي معلومات حول توجيه أو ترتيب المستوى الفرعي يقدم هذا ا

لي هو ( والك-(L→0→+L منوالمجال لهذه القيم Lينتمي له اإللكترون. فتحدد قيمه بواسطة قيمة

2L+1 فمن أجل.L=1 فالقيم المختلفة لlm 1,0+&1هي-

ائدة للمدارات ي يمكن أن تأخذها السحب اإللكترونية العوبناء على ما تقدم، فإن عدد األوضاع الت

,,,الثانوية dps ( 12في الفراغ يساوي l وهذا ما يعرف باسم الجدائية أو التعددية .)

(Multiplicity فمن أجل اإللكترونات .) sl 0 للعدد الكمي تكون هناك قيمة واحدة ممكنة

لمدار (، وبالتالي فهناك توضع واحد ممكن للسحابة اإللكترونية العائدة ل0mالمغناطيسي، هي )

، كما هو موضح في الشكل اآلتي:sالثانوي

في الفراغ s(: وضع السحابة اإللكترونية للمدار2-1الشكل )

ومن أجل اإللكترونات pl 1 ( 1,0,1يأخذ العدد الكمي المغناطيسي ثالث قيم ممكنة، هي m

pدار الثانوي (. وبالتالي تكون هناك ثالثة أوضاع مختلفة في الفراغ للسحب اإللكترونية العائدة للم

ZYXيشار إليها بالرموز ، ppp ، كما هو مبين في الشكل اآلتي:,,

في الفراغ p(: أوضاع السحب اإللكترونية للمدارات3-1الشكل )

ومن أجل اإللكترونات dl 2 وهي ) ،ي المغناطيسيهناك خمس قيم ممكنة للعدد الكم

21012 ,,,,mلمدار (، وتقابلها خمسة أوضاع مختلفة في الفراغ للسحب اإللكترونية العائدة ل

222(، ويشار إليها بالرموز 3-3يوضحها الشكل ) ،dالثانوي ,,,,ZYXYZXZXY ddddd

.

15

في الفراغ dحب اإللكترونية للمدارات(: وضع الس 4-1الشكل )

Spin Quantum Number(smالعدد الكمي السبيني ) . 4. 8

ما إذا يقدم هذا العدد الكمي معلومات حول دوران اإللكترونات حول محورها الخاص في المدار في

Sm وراني(ي المحوري )الدكان الدوران مع عقارب الساعة أو بعكسها. فهناك قيمتان فقط للعدد الكم

. )s=+1/2&msm=-1/2(هما

تتحرك اإللكترونات حول النواة في نوعين من الحركة:

.حركة دورا نية حول النواة في مدارات دائرية أو إهليليجية (1

. Spinحركة كل إلكترون حول محوره (2

ملخص لما تقدم، يمكن أن نستنتج االتي:

كحد أقصى.كل مدار فرعي يستوعب إلكترونين .1

12كل مدار ثانوي يحـتوي على ) .2 l( أو )ln .من المدارات الفرعية )

كل مدار ثانوي يستوعب .3 122 l .من اإللكترونات

(.nعدد أنواع المدارات الثانوية في كل مدار رئيس يساوي ) .4

(.2nمدارات الفرعية في كل مدار رئيس يساوي )عدد ال .5

(، كحد أقصى.22nعدد اإللكترونات في كل مدار رئيس يساوي ) .6

مربعة الشكل وهنا ال بد من اإلشارة إلى أنه يستعاض، عادة، عن المدارات الفرعية بحجيرات

تعرف باسم الحجيـرات الكمـومية أو الكـوانتية. ،

تتسـع كل حجيرة إللكترونين متعاكسـين باللف الذاتي )2

1sو لإللكترون األول

2

1s

. لإللكترون الثاني(، يسميان باإللكترونين المتزاوجين، ويشار إليهما بالرمز

وخالصة القول، أننا اآلن نستطيع أن نميز كل إلكترون في الذرة تمييزا كامال عن غيره من

تخص هذا اإللكترون. ( التيs،m،l،nإلكترونات الذرة ذاتها، وذلك بوساطة أعداد الكم األربعة )

16

( يظهر أعداد الكم األربعة باإلضافة الى عدد اإللكترونات التي تستوعبها المدارات 2-3والجدول )

الثانوية والرئيسة.

( وحالة اإللكترونات في الذرةn,l,m,s(: أعداد الكم )2-1الجدول )

السعة

اإللكترونية

للطبقة

الرئيسة

(22n)

السعة

اإللكترونية

للمدار

الثانوي

2(2l+1)

عدد

المدارات

الفرعية

(2l+1)

عدد الكم

السبيني

(s)

عدد الكم

المغناطيسي

(m)

المدار

الثانوي

عدد الكم

الثانوي

(l)

2211

2±0s10

8

211

2±02s0

631

2±-1 ,0+ ,12p1

18

211

2±03s0

631

2±-1 ,0+ ,13p1

1051

2±-2 ,-1 ,03d2

23

211

2±04s0

631

2±-1 ,0+ ,14p1

1051

2±-2 ,-1 ,04d2

1471

2± -3 ,-2 ,-14f3

Modern atomic modelالنموذج الذري الحديث . 9

النموذج: لحاضر. وفقا لهذاانه النموذج الذري األخير الذي القى قبوال من العلماء في الوقت ا

وناتفاإللكترتتكون الذرة من ثالثة جزيئات أساسية، الكترونات، بروتونات، ونيترونات. (1

هربائيا.ذات شحنة سالبة والبروتونات ذات شحنة موجبة والنيوترونات ال تملك شحنة فهي حيادية ك

17

نات سبب وجود البروتوتتوضع البروتونات والنيوترونات في نواة صغيرة في مركز الذرة ب (2

فالنواة تكون ذات شحنة موجبة.

الطاقة تدور اإللكترونات حول النواة في مسارات دائرية واهليليجية ثابتة تعرف بمستويات (3

تعد هذه K,L,M,N,O,P&Qاألساسية أو األغلفة الرئيسية. تمثل هذه المستويات باألحرف

المستويات من النواة باتجاه الخارج.

ت ستوى طاقة أو غالف إلى أغلفة فرعية)مدارات ثانوية(. تمثل هذه المدارايقسم كل م (4

-subكما تقسم هذه المدارات الفرعية إلى مدارات فرعية أخرى s, p, d &fالفرعية باألحرف

sub- shells

و طاقة يقرن كل مستوى طاقة بكمية ثابتة من الطاقة. فمستوى الطاقة األقرب إلى النواة ذ (5

.هيأعظمما مستوى الطاقة األبعد عن النواة يكون ذا طاقة أصغريه ,بين

ى الذرة ليس هناك أي تغير في طاقة اإللكترون طالما بقي يدور في مستوى الطاقة نفسه وتبق (6

وى مستقرة لكن عندما يقفز من مستوى طاقة أقل إلى مستوى طاقة أعلى أو عندما يسقط من مست

حدث تغيرا في طاقة اإللكترون.طاقة أعلى إلى مستوى طاقة أدنى فإنه ي

التكدس تحتل اإللكترونات المتحركة في مستويات طاقة مختلفة الفراغ حول النواة بسرعة. ف (7

بينهم. الكلي لإللكترونات يشكل سحابة إلكترونية حول النواة بسبب قوة التجاذب الكهروستاتيكي

يادية لهذا تكون النواة ح إن عدد البروتونات يساوي عدد اإللكترونات في الذرة العادية (8

)معتدلة( كهربائيا.

Maximum Number ofفي الذرة لإللكتروناتالعدد األعظمي . 1. 9

Electrons in an Atom

حابة ترتب علمنا أن االلكترونات ذات جسيمات مشحونة سلبيا، وتشكل سحابة حول النواة في هذه الس

لطاقتها في مستويات طاقة أساسي ستويات يعبرعن م ة مختلفة أو أغلفة أساسية.اإللكترونات طبقا

K,L,M, N,O,P Qأو باألحرف 7&1,2,3,4,5,6الطاقة هذه باألرقام

-subرعية وأغلفة جزئية من هذه األغلفة الف sub-shellsهذه األغلفة الرئيسية تحوي أغلفة فرعية

sub-shells :سنناقش العدد األعظمي لإللكترونات في الذرة تحت عنوانين

Maximum number ofالعدد األعظمي لإللكترونات في األغلفة الرئيسية . 1. 1. 9

electrons in the main shell

يعطى العدد األعظمي لإللكترونات في األغلفة الرئيسية بالعالقة:

2Max .No .of. Electrons in Main Shells= 2 n

= رقم الغالف الرئيسي من النواة . nحيث

2فالعدد األعظمي لإللكترونات يكون n=1فان K-shellفمن أجل

18

8فالعدد األعظمي لإللكترونات n=2فإن L-shellوبشكل مشابه فمن أجل

18فالعدد األعظمي لإللكترونات n=3فان M-Shellومن أجل

32ي لإللكترونات فالعدد األعظم n=4فان N-Shellومن أجل

ونات غير وهكذا من المهم في الوقت الحاضر معرفته بأن العالقة السابقة للعدد األعظمي لالتلكتر

n=5, P-shellحيث O-Shellلاللكترونات في المدارات فالعدد األعظمي Nدقيقة للمدارات بعد

فقط.32 هو n=7حيث Q-shellو n=6 حيث

Maximum number ofت في األغلفة الفرعيةالعدد األعظمي لإللكترونا . 2. 1. 9

electrons in the sub-shells

بالعالقة: Sub-shellsيعطى العدد األعظمي لإللكترونات في األغلفة الفرعية

Max .No .of Electrons in sub- Shells = 2(2L+1)

=رقم الغالف الفرعي.Lحيث

فإن العدد األعظمي لإللكترونات: ( L=0وهكذا فمن أجل الغالف الفرعي األول )

Max . No. of Electrons in Sub-Shells=2(2x0+1) =2

-Sيعني الغالف الجزئي …,1s,2s,3s,4s.فالرمز S-Sub-Shellهذا الغالف الجزئي معروف ب

Sub-Shell .األول ,الثاني ,الثالث والرابع لمستويات الطاقة بالتتالي

( في الغالف الجزئي الثانيL=1) 6فإن العدد األعظمي لإللكترونات

-Pيعني الغالف الجزئي …,2p,3p,4p.فالرمز P-Sub-Shellهذا الغالف الجزئي معروف بـ

Sub-Shell .الثاني، الثالث والرابع لمستويات الطاقة بالتتالي

( في الغالف الجزئي الثالثL=2) 10، فإن العدد األعظمي لإللكترونات

-dيعني الغالف الجزئي …,3d,4d,5dفالرمز d-Sub-Shellروف ب هذا الغالف الجزئي مع

Sub-Shell .الثالث، الرابع والخامس لمستويات الطاقة بالتتالي

مخطط مستوى الطاقة لذرة متعددة اإللكترونات . 2. 9

كثر من ( مخطط مستوى الطاقة النظامي لذرة متعددة اإللكترونات )تحوي الذرة أ4-3يبين الشكل )

إلكترون(.

19

(:مخطط مستوى الطاقة لذرة متعددة اإللكترونات1-5شكل)

ي ضوء من المفيد معرفته أن هناك عددا غير محدد من مستويات الطاقة الرئيسية في الذرة لكن ف

حتى n=1المعرفة الحالية فان توزيع اإللكترونات يتم في سبعة مستويات طاقية رئيسية فقط )من

n=7ى األعلى لكترونات يتم من المستوى األقل في الطاقة إلى المستو(. وبكالم أخر فان توزيع اإل

فقا لمجموعة وفي الطاقة. إن تسلسل ملء اإللكترونات في األغلفة الفرعية المختلفة أو المدارات يتم

القواعد اآلتية:

ر تضاف اإللكترونات الواحد بعد اآلخر إلى المدارات عند الحركة من عنصر إلى العنص .1

ام تزايد العدد الذري.التالي بنظ

,1S, 2S, 2P تمأل المدارات بالتتابع وفقا لنظام زيادة طاقتهم. تزداد الطاقات وفقا للنظام .2

3S, 3P,4S,3d,4P,5S,4d,5P,6S,4f,5d,6P,7S .تشير إلى مستوى ..…4 1,2,3. أما األعداد

الطاقة الرئيسي.

ـكل هرمي شانوية على شكل دوائر مرتبة في ولكي تسهل معرفة هذا الترتيب يتم رسم المدارات الث

، وتماشيا مع األسهم المتوازية الموضحة في s1معكوس، ومن ثم تمأل هذه المدارات، ابتداء بالمدار

(.1-6الشكل )

20

ا(: رسم توضيحي لتسلسل المدارات الثانوية، حسب طاقاته1-6الشكل )

غير ممكن حتى تحوي كل المدارات المتاحة f or s,p,dزوج اإللكترونات في أي مدار (1

للمجموعة المعطاة إلكترونا واحدا في كل منها.

2داره يتسع مدار الغالف الجزئي في العدد الكمي األساسي لعدد أعظمي من اإللكترونات مق (2

فسه ألن كل نتسع إللكترونين باتجاه الدوران بدوران متعاكس. أو بكالم آخر ال يوجد مدار يمكن أن ي

إلكترون سيصد )سيرد( اآلخر بقوة كبيرة وذلك حسب مبدأ باولي .

ت تميل المدارات في المستوى الفرعي نفسه لتصبح مملوءة أو نصف مملوءة باإللكترونا (3

ألنها تمثل ترتيبا مستقرا لإللكترونات.

ل منها ك( تحوي إلكترونا واحدا في p,d,fطاة )إذا كان هناك مداران أو أكثر لمجموعة مع (4

ار سيكونان فهي تميل لتكون باتجاه موحد للدوران )لها نفس العدد اللفي( لكن اإللكترونين في المد

دوما بدوران متعاكس.

البناء اإللكتروني للذرات . 10

لى قواعد البناء عالعتماد وذلك با ،يتم توزيع إلكترونات الذرة على المدارات الثانوية المحيطة بنواة

اإللكتروني .

مبدأ االستبعاد لباولي . 1. 10

ألربعة نفسها. فلو اوينص هذا المبدأ على أنه ال يمكن إللكترونين في ذرة واحدة أن يملكا أعداد الكم

نفسها في الذرة، فال بد أن يختلفا بالعدد الكمي m ،l،nوجد إلكترونان يملكان أعداد الكم الثالثة

ف الذاتي؛ ؛ أي أنه يشترط عند وجود إلكترونين في حجيرة كوانتية أن يكونا متعاكسين باللsالسبيني

. االتجاه (. وهذا ما يمثل بسهمين متوازيين ومتعاكسين في Pairedأي متزاوجين )

آلتي:العدد الذري( تكون أعداد الكم األربعة لإللكترونين كا 2Zفمثال، في ذرة الهيليوم المستقرة )

1n2

1s, 0m, 0l, األول لإللكترون

1n2

1s,0m, 0l, لإللكترون الثاني

21

ويمكن تمثيل البنية اإللكترونية لذرة الهيليوم بالرمز التعبيري التالي:

2He:

ى، واإللكترون الثاني إن اإللكترون األول يمثل داخل الحجيرة الكوانتية بالسهم المتجه نحو األعلحيث

يمثله السهم المتجه نحو األسفل. والرقم الموجود بين القوسين على يمين الرمز ،He يمثل العدد ،

لذرة الهيليوم. Zالذري

قاعدة هوند . 2. 10

نفسهما( تتوزع على lو nو تنص على أن اإللكترونات التي لها الطاقة نفسها )لها العددان الكميان

نفسه sيني ونات التي يكون لها العدد الكمي السبالحجيرات الكوانتية بشكل يكون معه عدد اإللكتر

ات الفردية أو أعظميا، شريطة عدم اإلخالل بمبدأ االستبعاد. وتعرف هذه اإللكترونات باسم اإللكترون

(. Unpairedالعازبة )

انوية المنحلة ارات الث وبمعنى آخر، فقاعدة هوند تقول إن اإللكترونات تتوزع بصورة فردية على المد

12)المتساوية بالطاقة( بشكل تتحقق معه التعددية القصـوى S (Maximum multiplicity ،)

تمثل مجموع السبين لإللكترونات الفردية؛ أي أن: Sدون اإلخالل بمبدأ االسـتبعاد، حيث

321 sssS (,,, 321 sss،والثالث والثاني األول اإللكترون سبين تمثل

على التوالي، وهكذا(.

بعض االمثلة:

( الكربون Z=6)

تملك ذرة الكربون ستة إلكترونات. يتوضع اإللكترون في الغالف الرئيسي األول، يتوضع

ترونان المتبقيان دار الرئيسي الثاني، بينما يتوضع اإللكللم s اإللكترونان اآلخران في الغالف الفرعي

أخذ الشكل يللغالف الرئيسي الثاني. فالشكل اإللكتروني العام لذرة الكربون pفي الغالف الفرعي 22s22p 21s .

( الصوديومZ =11)

يتوضع إلكترونان في الغالف الرئيسي األول يتوض عتملك ذرة الصوديوم أحد عشر إلكترونا

الستة للمدار الرئيسي الثاني , تتوضع اإللكترونات sاإللكترونان اآلخران في الغالف الفرعي

متبقي في للغالف الرئيسي الثاني وبينما يتوضع اإللكترون الوحيد ال pاألخرى في الغالف الفرعي

21s لشكل اخذ للغالف الرئيسي الثالث فالشكل اإللكتروني العام لذرة الصوديوم يأ sالمدار الفرعي 13s 62p 22s.

تجدر اإلشارة إلى أن اإللكترونات الفردية لها أهمية خاصة في تحديد الصفات المغناطيسية للذرة،

حيث إن وجود إلكترون فردي أو أكثر في الذرة يجعلها ذات صفات بارامغناطيسية

(Paramagneticوإذا ما احتوت فقط على اإللكترونات المتزاوج ،) ة تكون ذات صفات

22

(. والمواد البارامغناطيسية تتفاعل بشدة مع المجال المغناطيسي، أما Diamagneticديامغناطيسية )

المواد الديامغناطيسية فيكون تأثرها بهذا المجال ضعيفا.

12وكنتيجة لقاعدة هوند )التعددية S ف إللكترونات أو نصأقصى ما يمكن( فإن المدارات الممتلئة با

لكتروني.الممتلئة تزيد من استقرار الذرة. وبناء على ذلك تظهر بعض المفارقات في البناء اإل

فمثــال، التركيــب اإللكترونــي لـذرة الكــروم 24Cr :5162622هـو 3433221 dspspss وليس4262622 3433221 dspspss 5134)؛ ألن التوزيع األول dsيكون فيه كل من المدارين الثانويين )

s4 ،d3( الثاني التوزيع من استقرارا األكثر فهو وبالتالي ممتلئ، 42نصف 34 ds.)

والتركيب اإللكتروني لذرة النحاس 29Cu :10162622هو 3433221 dspspss :وليس9262622 3433221 dspspssالفضة ذرات في نجدهـا مشـابهة أخرى حاالت وهناك . 47Ag

والذهب 79Au .وغيرها ،

هو (Z=47والتركيب اإللكتروني لذرة الفضة )

15s 104d 64p 24s 103d 63p 23s 62p 22s 21s

هو: (Z=92إللكتروني لذرة اليورانيوم )والتركيب ا

27s 16p6 6d 26s 35f 105d6 5p 25s 144f 104d 64p 24s 103d 63p 23s 62p 22s 21s

، ويمكن مالحظة ذلك عندما تفقد s4يصـبح أقل طاقة من المدار المملوء d3وقد ثبت أن المدار

عندما2Tiثنائي لكتروناتها وتتحول إلى شاردة موجبة. فمثال، تتكون شاردة التيتانيوم الالذرة بعض إ

فيكون s4تفقد ذرة التيتانيوم إلكترونين من المدار 2262622 343322122 dspspss:Ti وليس من

ي لشاردة التيتانيوم الثنائي هو:فيكون التركيب اإللكترون d3المدار

20626222 343322120 dspspss:Ti

شاردةd3أعلى من طاقة المدار s4وهذا يشير إلى أن طاقة المدار تتكون وكذلك التيتانيوم. ذرة في

بفقدان ذرة النحاس Cuالنحاسي 29Cuالمدار من واحدا المدارs4إلكترونا . d3وليس من

فيكون التركيب اإللكتروني لشاردة النحاسي هو: 10062622 343322128 dspspss:Cu.

ة السالبة لقيمة الشحن أما الشوارد السالبة فيكتب تركيبها اإللكتروني بإضافة عدد من اإللكترونات مساو

التي تحملها الشاردة. فمثال، ذرة الفلور 9F :لها التركيب اإللكتروني 522 2219 pss:F

لها التركيب اإللكترونـي: Fوشاردة الفلوريد 622 22110 pss:F وذرة الكـبريت . 16S لها

تركيـب اإللكتروني: ال 42622 3322116 pspss:S أما شاردة الكبريتيد ،2S فتركيبها اإللكتروني

هو: 626222 3322118 pspss:S .

23

( في التوزيع اإللكتروني سببها أنه في Irregularityأخيرا ال بد من اإلشارة الى أن الالنظامية )

المدارات الثانوية وتقل الفوارق الطاقية فيما بينها. وهكذا يكون من الصعب الطبقات العليا يزداد تداخل

توقع التركيب اإللكتروني في ذرات العناصر الثقيلة.

إضافات مدرس المقرر

24