آرایش الکترونی اتم ها

به کمک آرایش الکترونی یک اتم می توان خواص فیزیکی وشیمیایی آن عنصررا پیش بینی نمود.

 الکترون هابه ترتیب افزایش انرژی دراوربیتال هاقرارمی گیرند.(طبق اصل آفبا = اصل بناگذاری ).

 دیاگرام زیراوربیتال ها رابه ترتیب انرژی نشان می دهد. هرچه الکترون به هسته نزدیک تر

می شود درسطح انرژی کمتری قرار می گیرد. به عبارتی برای جدا سازی آن ازاتم انرژی بیشتری

 نیاز است.( طبق تعریف مقدار انرژی اتم منفی است)

  هسته

انرژی یک اوربیتال تحت تاثیر عوامل زیر قرارمی گیرد.  

1- اثر بار هسته : باافزایش پروتون ( Z ) در هسته جاذبه بین الکترون وهسته افزایش می یابد .

2- اثر پوششي : الکترون های درونی که بین هسته والکترون های بیرونی قرار می گیرند به طور

 نسبی اثر جاذبه هسته بر روی این الکترون هارا کاهش می دهند. وهم چنین الکترون هایی که 

در یک زیر لایه قرار می گیرند تا حدودی حایل یکدیگر بوده واز جاذبه هسته می کاهند به طور 

کلی باتوجه به اثر حائلی ٬باری که هر اتم ازطرف هسته احساس می کند بار موثر هسته ( *Z)

می نامند. که مسلما همیشه کمتر از بار هسته ( Z ) می باشد. 

 3- اثر الکترون اضافی : الکترون دوم انرژی اوربیتال را٬ افزایش می دهد به مثال زیر توجه نمایید.

انرژی اوربیتال H= -1311kj mol-1      1s   

انرژی اوربیتال He = -2372 kj mol-1          1s

  انرژی اوربیتال He += -5250 kj mol-1     1s

4-  اثر شکل اوربیتال : قدرت نفوذ الکترون در اوربیتال s > p > d > f می باشد . اوربیتال  s بعلت شکل کروی که

دارد تا نزدیکی هسته می تواند نفوذ کند ودرنتیجه جاذبه هسته برروی 

الکترون های این اوربیتال بیشتراست درحالی که سایر اوربیتال ها دارای صفحه گرهی می باشند 

که چگالی الکترون درآن صفر است والکترون هرگز به اندازه الکترون s نمی تواند به هسته

 نزدیک شود. درنتیجه این اثر٬ سطح انرژی اصلی به دو یاچند زیر لایه (اوربیتال های d ٬ p ٬ f )

 شکافته می شود. مثلا لایه سوم( 3= n ) دارای زیر لایه های 3s و 3p و 3dمی باشد .

s که کروی است دارای فقط یک اوربیتال و p که دمبلی شکل است . درسه جهت محورمختصات

 گسترش می یابد .ودارای سه اوربیتال( px ٬ py ٬ pz ) می باشد.

d که دربین محورهای مختصات نیز نفوذ می کند دارای پنچ اوربیتال وبه همین ترتیب f دارای

 هفت اوربیتال می باشد.  

طبق اصل آفبا آرایش الکترونی اتم ها را به طریق زیر رسم می نماییم : 

1- ازپایین ترین سطح انرژی الکترون ها را دراوربیتال ها قرار می دهیم . 1H: 1s1

2- طبق اصل طرد پائولی در هر اوربیتال دوالکترون بااسپین مخالف جای می گیرد. 2He:1s2  

طبق اصل پائولی تعداد اوربیتال ها درهر تراز اصلی از رابطه ( n 2 ) که درآن n شماره تراز

 اصلی است به دست می آید.

3- طبق اصل هوند اوربیتال های هم انرژی هنگامی زوج می شوند که هرکدام یک الکترون داشته

 باشند.  

  5B : 1S2 2S2 2Px1 

  6C : 1S2  2S2  2Px1 2Py1  

  7N: 1S2  2S2   2Px1 2Py1 2Pz1 

  8O : 1S2 2S2 2Px2 2Py1 2Pz1

  ّ9F: 1S2 2S2 2Px2 2Py2 2Pz1  

  10Ne : 1S2 2S2 2Px2 2Py2 2Pz2

 

 


 4- به طور کلی اوربیتال هایی ابتدا الکترون می پذیرند که مجموع شماره ترازاصلی و عدد

سمتی کوچکتری ( n+l ) داشته باشند وچنانچه مجموع این دو عدد٬ در دو اوربیتال برابر

 باشد اوربیتالی ابتدا الکترون می پذیرد که شماره ترازاصلی انرژی درآن ( n ) کوچکترباشد. 

 مثال : 

  3s: n+l = 3+ 0= 3 

  3P: n+l = 3+ 1= 4 

  3d: n+1 = 3+ 2= 5 

  4s: n+l = 4+ 0= 4 

  4P: n+l = 4+ 1=5  

               

ترتیب پر شدن دراین چند اوربیتال به این ترتیب خواهد بود .

  4P <------ 3d < ------ 4s <----- 3P <----- 3s 

اوربیتال ها را معمولا به شکل دایره ویا مربع نشان می دهند .حال اگر اوربیتال ها را به ترتیب

 پر شدن درکنار هم قرار دهیم.جدولی نظیر جدول زیر به وجود خواهد آمد. که همان جدول تناوبی

  عناصر است.

طبق این قاعده می توان آرایش الکترونی بیشتر اتم ها را درحالت پایه به دست آورد.ولی لازم به

 تذکر است این قاعده تقریبی بوده زیرا برمبنای فرضی استوارشده است که همیشه درست نیست. در

بعضی ازعناصر که عدداتمی بالایی دارند ترازهای فرعی به طور منظم پر نمی شوند.وچند مورد 

استثنایی مشاهده می شود. 

باکلیک در  اینجا وانتخاب عنصر مورد نظر خود به چگونگی آرایش الکترون ها درآن اتم دست

 خواهید یافت. 

منابع :

http://www.chemguide.co.uk/atoms/properties/elstructs.html

شیمی عمومی تالیف اسمیت اسموت پرایس

ساختار اتم هاومولکول ها دکتر منصور عابدینی

                     

به پيشنهاد يكي از دوستان تصميم گرفتم پيرامون موضوعات كتابهاي درسي مطالبي بنويسم .منتظر نظرات شما هم هستم .

   آب حياتي ترين سرمايه زندگي و بدون جايگزين مي باشد . ماده اي است بي رنگ ، بي بو، بي طعم ، در حالت خالص داراي PH تقريباً 7 ، چگالي تقريباً 1g/cm ٬ در دماي 25 درجه سانتيگراد و فشار 1 اتمسفر ، در 100 درجه سانتيگراد به جوش مي آيد و در 4 درجه كاهش چگالي مي دهد و در صفر درجه يخ مي بندد.

آب در كره زمين بطور مدام به صورت باران و تبخير در جريان بوده و از يك چرخه بسته اي تبعيت مي كند . مقدار آب از ابتداي تشكيل كره زمين تاكنون همواره ثابت بوده است .

 درهر مولكول آب يك اتم اكسيژن دو الكترون جفت نشده لايه ظرفيت خودرا با الكترون لايه ظرفيت دو اتم هيدروژن به اشتراك مي گذارد . اين اتم ها توسط پيوند كووالانس به هم متصل مي شوند . فرمول شيميايي مولكول آب H2O است . اتم هاي هيدروژن داراي بار مثبت دردو طرف اكسيژن با زاويه اي نزديك به 105 درجه قرارگرفته اند. و در دو طرف ديگر دوجفت الكترون هاي نا پيوندي اكسيژن قرار دارند. اين وضعيت حالتي قطبي به مولكول مي دهد .به علت قطبي بودن ٬ مولكول ها مي توانند مولكول هاي ديگر رابه سوي خود جذب نمايند. هرمولكول آب حداكثر به چهار مولكول آب ديگر توسط پيوند هيدورژني متصل مي شود . 

 


 پيوند هيدروژني نيروي ضعيفي بين اتم H و اتم الكترونگاتيو مانند N ,O ,F ازمولكول ديگر مي باشد.دراين تركيب ها اتم الگترونگاتيو جاذبه شديدي بر الكترون هاي پيوندي اعمال مي كند درنتيجه هيدروژن متصل به آن ها بارجزيي مثبت ( + δ)واتم الكترونگاتيو بار جزيي منفي (- δ ) قابل ملاحظه ايي كسب مي نمايد . كاهش ابر الكتروني روي اتم هيدروژن سبب مي شود كه اين اتم تمايل زيادي به جذب الكترون داشته باشد .ازطرفي افزايش تراكم ابر الكتروني روي عنصر الكترونگاتيو و وجود جفت الكترون هاي ناپيوندي روي آن سبب مي شود كه اين اتم تمايل به دادن الكترون ناپيوندي خود داشته باشد .

ازاين رو هنگامي كه اين مولكول ها در كنار يكديگر قرار مي گيرند اتم هيدروژن يك مولكول جفت الكترون ناپيوندي مولكول ديگر را به سوي خود مي كشد .جاذبه ايي به وجود مي آيد .( انتقال الكترون ويا اشتراك الكترون صورت نمي گيرد.)كه به آن نيروي هيدروژني مي گويند.تركيب هايي كه بين مولكول هاي آن نيروي هيدروژني وجود دارد٬ نسبت به تركيب هاي مشابه خود خواص غير عادي نشان مي دهند.

مولكول هاي آب درحالت مايع درحال حركت نامنظم هستند . به اين ترتيب كه مرتبا پيوند هاي هيدروژني بين آن ها درحال تغيير وتبديل مي باشد. تعداد پيوند هاي هيدروژني هر مولكول آب به دما بستگي دارد . انرژي جنبشي مولكول ها با افزايش دما افزايش مي يابد .هرچه دما بيشتر شود ٬ ازتعداد پيوند هاي هيدروژني نيز كاسته مي شود. فقط درحالت جامد( يخ) كه انرژي جنبشي مولكول ها به حداقل خود مي رسد بين مولكولها ي آب چهار پيوند هيدروژني وجود دارد. ومولكول ها درشبكه كريستالي ثابتي و به شكل تتراهدرال قرارمي گيرند .

تشكيل پيوند هيدروژني بين مولكول هاي آب به اين مولكول خواص ويژه ايي مي بخشد كه آن را ازمولكول هاي مشابه متمايز مي كند. بعضي از اين خواص عبارتند از 

1- آب ظرفيت گرمايي بالايي دارد. به عبارتي ديگر مي‌تواند گرماي زيادي را جذب كند يا از دست بدهد بدون اينكه درجه حرارت تغيير كند. هرچه نيروي بين مولكول هاي جسمي قويتر باشد جنب وجوش مولكول ها كمتر بوده وبراي افزايش دما به گرما ي بيشتري نياز دارد. 
«ظرفيت گرمايي» يک جسم ، گرماي مورد نياز براي افزايش دماي آن به اندازه يک درجه سلسيوس است. 

«ظرفيت گرمايي مولي » مقدار گرماي لازم براي افزايش دماي يک مول از يک ماده به اندازه يک درجه سلسيوس درفشار ثابت ويا درحجم ثابت است و يکاي آن -1 C ْ-1 j.mol مي باشد 

«ظرفيت گرمايي ويژه» گرماي مورد نياز براي افزايش دماي يک گرم از جسمي به اندازه ي يک درجه سلسيوس است.يکاي ظرفيت گرمايي j . C-1 . g -1 و يا j g-۱ . K-۱ است.

 ( θt تغيير دما × m جرم جسم ) / q مقدار گرماي مبادله شده = C ظرفيت گرمايي ويژه

  

2- آب گرماي نهان بالايي دارد. گرماي نهان٬ انرژيي است كه مقدار معيني ( يك گرم ويا يك مول ) از جسم مي گيرد . و بدون تغيير دما از حالتي به حالت ديگرتبديل مي شود . 

3-آب در حالت جامد كم چگالتر از مايع مي‌باشد، به علت تشكيل حفره هاي توخالي در شبكه كريستالي يخ ٬ حجم درحالت جامد افزايش مي يابد . به همين علت يخ سبكتر از آب درحالت مايع است . 

4- آب يك حلال مناسب نه تنها براي تركيب هاي قطبي و يوني مي باشد. بلكه بعضي مواد را به كمك پيوند هيدروژني درخود حل مي نمايد .همچنين گازهايي نظير اكسيژن و دي اكسيد كربن نيزدرحفره هاي به وجودآمده درنتيجه پيوند هيدروژني به دام مي اندازد. ودرنتيجه اثر القايي درخود نگه مي دارد .يكي از عللي كه در دماهاي پايين تر ميزان انحلال گاز ها در آب افزايش مي يابد.٬ همين علت است. 

5- آب داراي كشش سطحي است. نیروی هیدروژنی بین مولکول های آب درسطح مایع مانند یک پوسته نازک عمل می نمایند به طوری که این اجازه رابه آب می دهند که بتواند اجسام نازک مانند یک تیغ ریش تراشی ویاگرد موادی نظیر کربن ویا یک پشه را علیرغم جرم حجمی بیشتر درسطح خودنگه دارند. 

6- آب ويسكوزيته يا غلظت دارد. مقاومت بين لايه‌ها ی مایع را ويسكوزيته (گرانروی ) يا غلظت ناميده مي‌شود . 

 آب خالص خنثی و PH آن برابر باهفت است . مولکول های آب به مقدار جزیی یونش می یابند ( تقریبا ازهر 555 میلیون مولکول دوعدد ودریک زمان بسیار کوتاه ) . اما از آنجا که تعداد مول هایعنی غلظت + OH - , H باهم برابر است . آب خالص خنثی خواهد ماند. لازم بتذکر است که یون + H به دلیل کوچکی بیش از حدو تراکم زیاد بار الکتریکی درآن جاذبه شدیدی برجفت الکترون ناپیوندی مولکول آب وارد می کند و در محلول آبی آبپوشیده می شود وبهمین علت حداقل بایک مولکول آب دیگر پیوندداده وبه صورت یون + H3O درمی آید . 

  معادله تفکیک یونی آب را غالبا به صورت زیر نشان می دهند .  

  ( H2O ( l ) + H2O ( l ) <=====> H3O+ ( aq ) + OH - (aq  

  

  14- 10 ×1 = [- KW = [H3O+].[OH  

شواهد نشان می دهد . که بابیش از یک مولکول آب می تواند پیوند هیدروژنی برقرار نموده و یون های +H5O2 و +H7O3 و +H9O4 را تشکیل دهد. 

   

   

باکلیک در اینجافلش زیبایی درمورد آب خواهید دید که اطلاعات خوبی درباره چگونگی تشکیل آب نحوه نمایش این مولکول و پیوند هیدروژنی و محاسبه PH ...... به شما می دهد .امیدوارم خوشتون بیاد.