حاسبة التركيب الإلكتروني | جميع العناصر 1-118

ما حاسبة التوزيع الإلكتروني؟

تجد حاسبة التوزيع الإلكتروني كيفية ترتيب الإلكترونات في الذرة بين مداراتها. والمدار منطقة حول النواة يُرجَّح وجود الإلكترون فيها. أدخل عددًا ذريًا من 1 إلى 118، وستعيد الحاسبة التوزيع الإلكتروني بالصيغة الكاملة وبصيغة الغاز النبيل (المختصرة)، مع مخطط يوضح كيفية امتلاء المدارات.

ما التوزيع الإلكتروني؟

التوزيع الإلكتروني رمز مختصر يوضح عدد الإلكترونات الموجودة في كل تحت مستوى من مستويات الذرة. ويُكتب على هيئة سلسلة من تسميات مثل 1s و2s و2p، يتبع كلًّا منها عدد صغير في صورة أسّ. وتسمّي التسمية مستوى الطاقة وشكل تحت المستوى. ويعدّ الأس الإلكترونات الموجودة فيه. فمثلًا، توزيع الكربون هو 1s² 2s² 2p²، أي إلكترونان في تحت مستوى 1s، وإلكترونان في 2s، وإلكترونان في 2p.

تحكم كيفية امتلاء هذه المستويات الفرعية ثلاث قواعد:

• مبدأ أوفباو: تملأ الإلكترونات تحت مستويات الطاقة الأقل أولًا قبل الانتقال إلى المستويات الأعلى.
• مبدأ استبعاد باولي: لا يتسع كل مدار لأكثر من إلكترونين، ويجب أن يكون لفّهما المغزلي في اتجاهين متعاكسين.
• قاعدة هوند: عندما تكون مدارات عدة في تحت مستوى واحد متساوية في الطاقة، مثل مدارات p الثلاثة، تملأ الإلكترونات كل مدار بإلكترون واحد أولًا قبل أن يحصل أي مدار على إلكترون ثانٍ.

ترتيب امتلاء المستويات الفرعية، من أقل طاقة إلى أعلى طاقة، هو:

11s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p
2

لاحظ أن 4s يمتلئ قبل 3d، مع أن الرمز "3" أدنى من "4". وهذا أحد الأجزاء الأكثر تعقيدًا في النمط، ولذلك يحدد الترتيب المذكور التسلسل، لا أرقام الأغلفة المجردة.

صيغة التوزيع الإلكتروني: كيفية حسابه

لبناء التوزيع يدويًا، اتبع ترتيب الامتلاء المذكور وضع الإلكترونات في كل تحت مستوى إلى أن تنفد. ولكل نوع من المستويات الفرعية حد أقصى ثابت لعدد الإلكترونات:

الخطوات:

1. حدد العدد الذري للعنصر. فهذا العدد يساوي عدد الإلكترونات في الذرة المتعادلة.
2. اتبع ترتيب الامتلاء (1s و2s و2p و3s و...) واملأ كل تحت مستوى إلى حده الأقصى قبل الانتقال إلى التالي.
3. توقف بعد وضع جميع الإلكترونات. وقد يكون تحت المستوى الأخير ممتلئًا جزئيًا فقط.

مثال محلول: الصوديوم (Na، العدد الذري 11)

لدى الصوديوم 11 إلكترونًا. وبحسب ترتيب الامتلاء: يتسع 1s لـ 2، ويتسع 2s لـ 2، ويتسع 2p لـ 6 (المجموع التراكمي: 10)، ويبقى إلكترون واحد هو 1 لملء 3s.

الترميز الكامل: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

ترميز الغاز النبيل

تختصر صيغة الغاز النبيل التوزيع عن طريق استبدال الأغلفة الداخلية المكتملة برمز أقرب غاز نبيل أخف بين قوسين. والغازات النبيلة الستة المستخدمة نقاط مرجعية هي الهيليوم (2) والنيون (10) والأرغون (18) والكريبتون (36) والزينون (54) والرادون (86).

تطابق إلكترونات الصوديوم العشرة الأولى، 1s² 2s² 2p⁶، توزيع النيون الكامل تمامًا. لذلك يمكن كتابة الصوديوم كما يلي:

[Ne] 3s¹

يُستخدم هذا الاختصار كثيرًا للذرات الأكبر، إذ قد يمتد الترميز الكامل إلى اثني عشر حدًا أو أكثر.

أمثلة محلولة إضافية

استثناءات مبدأ أوفباو

تخرج حفنة من العناصر عن ترتيب الملء بدقة. ويحدث هذا لأن تحت المستوى الممتلئ نصفه تمامًا أو كليًا يكون أكثر استقرارًا قليلًا من الترتيب الذي يتنبأ به مبدأ أوفباو، فينتقل إلكترون واحد من تحت المستوى s إلى تحت المستوى d أو f المجاور.

وفي ستة عشر عنصرًا آخر، معظمها بين الفلزات الانتقالية واللانثانيدات والأكتينيدات، شذوذات مماثلة. ومن أمثلتها البالاديوم ([Kr] 4d¹⁰) والبلاتين ([Xe] 6s¹ 4f¹⁴ 5d⁹) واليورانيوم ([Rn] 7s² 5f³ 6d¹). وتخزّن الحاسبة التوزيع المرصود في الحالة الأرضية لجميع هذه العناصر البالغ عددها 20 بدلًا من التوزيع الذي كان سيتنبأ به ترتيب أوفباو المجرد.

كيفية استخدام حاسبة التوزيع الإلكتروني

1. أدخل عددًا ذريًا بين 1 و118.
2. اختر ترميز الغاز النبيل أو الترميز الكامل.
3. اقرأ اسم العنصر ورمزه وتوزيعه الإلكتروني ومخطط امتلاء المدارات.
4. انسخ النتيجة باستخدام زر النسخ.

أهمية التوزيع الإلكتروني

يحدد التوزيع الإلكتروني للذرة، ولا سيما ترتيب إلكترونات غلافها الخارجي (إلكترونات التكافؤ)، إلى حد كبير كيفية ارتباطها بالذرات الأخرى. وتشترك العناصر الموجودة في العمود نفسه من الجدول الدوري في توزيع تكافؤ متشابه، ولذلك تتصرف كيميائيًا على نحو متشابه. يستخدم الكيميائيون التوزيع الإلكتروني للتنبؤ بحالات الأكسدة وأنواع الروابط والتفاعلية. ويستخدمه الفيزيائيون لتفسير الأطياف الذرية، أي الألوان المحددة للضوء التي يمتصها العنصر أو يصدرها. ويشكل التوزيع الإلكتروني أيضًا أساس ترميز أعداد الكم، حيث تصف أربعة أعداد (n وl وmₗ وmₛ) مستوى طاقة الإلكترون وشكل تحت المستوى واتجاه المدار ولفّه المغزلي.

الأسئلة الشائعة

ما التوزيع الإلكتروني؟ التوزيع الإلكتروني هو ترتيب الإلكترونات بين المستويات الفرعية للذرة، ويُكتب في صورة تسلسل مثل 1s² 2s² 2p⁶. وهو يتبع مبدأ أوفباو ومبدأ استبعاد باولي وقاعدة هوند.

كيف يُكتب التوزيع الإلكتروني؟ اذكر كل تحت مستوى مشغول بترتيب الامتلاء، مع كتابة أس يوضح عدد إلكتروناته. ويُكتب الكربون (عدده الذري 6) على النحو 1s² 2s² 2p².

ما ترميز الغاز النبيل؟ هو اختصار يستبدل الإلكترونات المطابقة لتوزيع غاز نبيل كامل برمز ذلك الغاز بين قوسين مربعين، يتبعه ما تبقى من الإلكترونات. ويُكتب الصوديوم [Ne] 3s¹ بدلًا من 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹.

لماذا يخرج الكروم والنحاس عن نمط الملء المعتاد؟ يكون تحت المستوى d الممتلئ نصفه أو كليًا أكثر استقرارًا من التوزيع الذي يتنبأ به ترتيب أوفباو، ولذلك ينتقل إلكترون واحد من 4s إلى تحت المستوى 3d.

كم إلكترونًا يمكن أن يتسع له تحت المستوى؟ يتسع تحت مستوى s لما يصل إلى 2، وتحت مستوى p لما يصل إلى 6، وتحت مستوى d لما يصل إلى 10، وتحت مستوى f لما يصل إلى 14.

كيف ترتبط إلكترونات التكافؤ بالجدول الدوري؟ إلكترونات التكافؤ هي الموجودة في الغلاف الخارجي. وبالنسبة إلى عناصر المجموعات الرئيسية، يتوافق عدد إلكترونات التكافؤ عادةً مع رقم مجموعة العنصر، ولذلك تتفاعل العناصر الموجودة في المجموعة نفسها بطرق متشابهة.

المراجع

1. National Institute of Standards and Technology. Ground Levels and Ionization Energies for the Neutral Atoms (NIST Standard Reference Database 111). NIST ground levels of neutral atoms — تُختصر توزيعات الحالة الأرضية برموز الغازات النادرة (الغازات النبيلة) بين قوسين.
2. National Institute of Standards and Technology. Electronic configurations of the elements. NIST ground-state configurations, H to U — توزيعات مرصودة، منها Na [Ne] 3s¹، وFe [Ar] 3d⁶ 4s²، وCr [Ar] 3d⁵ 4s¹، وCu [Ar] 3d¹⁰ 4s¹، وAg [Kr] 4d¹⁰ 5s¹، وAu [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹.