مستويات الطاقة الرئيسية و الثانوية

 

مستويات الطاقة

الالكترونات التي تدور بشكل مستمر حول النواة في مدارات مختلفة تمتلك طاقات مختلفة حيث انها تدور على ابعاد مختلفة وكلما كانت الطاقة التي يمتلكها الالكترون اكبر كلما اصبح مدار دورانه حول النواة ابعد.

وللتعبير عن مستويات الطاقة المختلفة للالكترونات استخدم العلماء اعدادا تسمى باعداد كم ثانوية اخرى تصف بشكل تام جميع خواص الاوربيتال وخواص الالكترونات التي تحتويها وسنتطرق في هذا الفصل الى احد هذه الاعداد وهو عدد الكم الرئيسي والذي سبقت الاشارة اليه

 

مستويات الطاقة الرئيسية

يعبــــــر عــــــــن هـــــــــذه المســـــتويات بـعــــــــدد الكــــــــم الرئيسـي ويرمز له بالحرف ( ً n) ويأخذ قيما صحيحة موجبة تساوي ..... ، 7 ، 6 ، 5 ، 4 ، 3 ، 2 ، 1ويدل كل منها على مستوى طاقة معين يزيد بزيادة هذا العدد، ولا يأخذ (n ) قيمة الصفر ً ابدا. ويمكن تمثيل مستويات الطاقة الرئيسية واعداد الكم الرئيسية المقابلة لها بحروف وارقام كما مبين فـي الجـــــدول.

رمز المستوى الرئيسي وأعداد الكم المقابلة لها

كلما كانت قيمة   nكبيرة كانت المسافة التي يبعد بها الالكترون عن النواة اكبر وبالتالي زادت طاقته، اي ان اقرب هذه المستويات من النواة n = 1 اقلها طاقة وان n=7 ابعدها عن النواة اكثرها طاقة واقلها ارتباطا بالنواة مما يسهل فقدانه.

كلما زادت قيم   nزادت طاقة المستوى.

 

 

مستويات الطاقة الثانوية

تحتوي مستويات الطاقة الرئيسية( Kو L و M و N و ... ). على مستويات طاقة ثانوية يرمز لها بالحروف  s و p و d و f وتختلف هذه المستويات ً خصوصا من ناحية الشكل وعدد الالكترونات التي تحتويها حيث ان :

اوربيتال  s له شكل كروي.

اما المستوى الثانويp فله ثلاث اوربيتالات وكل اوربيتال مكون من فصين متكافئين موزعة في الفراغ بثلاث اتجاهات متعامدة يرمز لها   Pxو Py و ، Pz.

اما المستويين الثانويين  fو  dفلهما اشكال فراغية اكثر تعقيدا.

 

تحتوي مستويات الطاقة الرئيسية على مستويات الطاقة الثانوية وكما مبين في ادناه:

1.       يحتوي المستوى الرئيسي  n = 1 K علــى مستـو ثانـــوي واحدا فقط مــــن نوع   s

2.      يحتوي المستوى الرئيسي n = 2 L على مستويين ثانويين من نوع s و  p

3.      يحتوي المستوى الرئيسي n = 3 M على ثلاث مستويات ثانوية من نوع s و p و   d

4.      يحتوي المستوى الرئيسي n = 4 N على أربعة مستويات ثانوية من نوع s و p و d و f

 

ولتحديد المستوى الثانوي من اي مستوى من المستويات الرئيسية بطريقة رمزية تكتب قيمة n من المستوى الرئيسي ثم الحرف المخصص للمستوى الثانوي، فعلى سبيل المثال يكتب رمز المستوى الثانوي s بوضع رقم المستوى الرئيسي قبل المستوى الثانوي فيكون 2s والمستوى الثانوي d من
المستوى الرئيسي الرابع هو 4d وهكذا.

 

عدد الاوربيتالات والالكترونات في المستويات الثانوية

تحتوي المستويات الثانوية على مجموعة من الاوربيتالات المختلفة التي يمكن الرمز لها بالمربع :

1.       في المستوى الثانوي s يوجد اوربيتال واحد

2.      في المستوى الثانوي p يوجد ثلاث اوربيتالات

3.      في المستوى الثانوي d يوجد خمس اوربيتالات

4.      في المستوى الثانوي f يوجد سبعة اوربيتالات

وكما موضح ادناه:

يتسع الاوربيتال الواحد لالكترونين فقط كحد اقصى ولكن قد يحتوي الاوربيتال في بعض الاحيان الكترون واحد او يكون فارغا وعلى هذا الاساس فان المستويات الثانوية تتشبع كالاتي. (اي تحتوي على الحد الاقصى من الالكترونات.

1.       المستوى الثانوي s يتشبع كحد اقصى 2 الكترون

2.      المستوى الثانوي p يتشبع كحد اقصى 6 الكترون

3.      المستوى الثانوي d يتشبع كحد اقصى 10 الكترون

4.      المستوى الثانوي f يتشبع كحد اقصى 14 الكترون

 

ان من المفترض ان يتنافر الالكترونان في حال وجودهما في اوربيتال واحد لانهما يحملان نفس الشحنة السالبة، فهل فكرت لماذا لا تتنافر الالكترونات مع بعضها عند وجودها في نفس الاوربيتال؟ للاجابة عن تساؤلك هذا ان كل الكترون يبرم حول محوره في نفس الوقت الذي يدور فيه حول النواة  فعند ازدواج الكترونين في اوربيتال واحد فان احدهما سوف يبرم حول محوره باتجاه دوران عقرب الساعة ويعطى له باتجاه الأعلى اما الاخر فيكون برمه عكس دوران عقرب الساعة ويعطى له الرمــز بأتجاة الأسفل اي ان احدهما سوف يبرم عكس الاخر مما يلغي تنافرهما.

 

 

 

 

المصادر

1.       Atkins, P. W., & De Paula, J. (2006). Physical Chemistry for the Life Sciences. New York, NY: W. H. Freeman and Company.

2.      Petrucci, R. H., Harwood, W. S., & Herring, F. G. (2002). General Chemistry: Principles and Modern Applications. Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, Inc.

3.      Shagoury, Richard. Chemistry 1A Lecture Book. 4th Ed. Custom Publishing. 2006.

4.      IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version:  (2006–) "aufbau principle". doi:10.1351/goldbook.AT06996

5.      Scerri, Eric (2019). "Five ideas in chemical education that must die". Foundations of Chemistry. 21: 61–69. doi:10.1007/s10698-018-09327-y. S2CID 104311030.