التوزيع الإلكتروني للذرات

الذرة Atom
تعتبر الذرة اللبنة الأساسية والوحدة البنائية للعنصر الكيميائي، حيث أنّها تتكوّن من بروتونات، نيوترونات وإلكترونات، إلا أنّها ومع صغر حجمها فهي تحتفظ بالخصائص الكيميائية والفيزيائية للعنصر، حيث تبين الخصائص الكيميائية الطبيعة الكيميائية للمادة كالقدرة على الاحتراق أو التفاعل مع المواد الأخرى والتحول من شكل إلى أخر عند توفر ظروف معينة، أما الخصائص الفيزيائية فهي صفات يمكن ملاحظتها دون حدوث أي تغير في شكل المادة أو طبيعتها كاللون واللمعان ونقطة التجمد [١]، أما الإلكترونات فهي موزعة في مدارات حول النواة حيث أنّ التوزيع الإلكتروني للذرات يعتمد على العدد الذري لها وهذا ما سيتم الحديث عنه في هذا المقال.[٢]

التوزيع الإلكتروني للذرات
هو توزيع الإلكترونات سالبة الشحنة على المدارات حسب سعة كل مدار وتحديد مكان وجود كل إلكترون في الذرة بدقة، حيث أنّ بقاء الإلكترونات حول نواة الذرة يعتمد على قانون الجذب حيث أنّ البروتونات موجبة الشحنة داخل النواة تقوم بجذب الإلكترونات سالبة الشحنة خارج النواة مما يؤدي إلى الحفاظ على وجود هذه الإلكترونات حول نواة الذرة، كما أنّ هذه الإلكترونات تتنافر مع بعضها البعض فينتج عن هذا التنافر والتجاذب ترتيب الإلكترونات بشكل منتظم حول ما يعرف بمدارات الطاقة، والسبب في أنّ الإلكترونات تبقى في المدارات المخصصة لها وبشكل منتظم ودون التجمع فوق بعضها البعض هو مبدأ الاستبعاد لباولي. [٣]، وينص مبدأ باولي أنّه لا يمكن لأي إلكترونين أن يكون لهما نفس أعداد الكم الأربعة وهي عدد الكم الرئيسي، عدد الكم الثانوي، عدد الكم الفرعي وعدد الكم المغزلي، وحتى وإن تساوت هذه الأعداد الثلاثة يجب أن يختلف العدد الرابع عنهم إذ يمكن أن يتشابه أول ثلاث أعداد ولكن من المستحيل أن يتشابه معهم عدد الكم المغزلي الذي يحدد حركة دوران الإلكترون إذ يجب أن يكون إلكترون مع عقارب الساعة والأخر بعكس عقارب الساعة.[٤] ونلاحظ أنّه لايمكن لجميع الإلكترونات أن تكون قريبة من النواة إذ يوجد سبع مدارات تتوزع عليها الإلكترونات حسب العدد الذري، وأنّه كلما ابتعدنا عن النواة تزداد طاقة المدار وبالتالي تقل قدرة النواة على جذب الإلكترونات، ونظرًا لإهتمام علماء الكيمياء بتوضيح مكان كل إلكترون لكل عنصر كيميائي قاموا باعتماد طريقة التوزيع الإلكتروني عن طريق كتابة أرقام ورموز تم الاتفاق عليها وهي أحرف ال s،p،d،f؛ فمثلًا التوزيع الإلكتروني للأكسجين يكون على النحو التالي:

1s2 2s2 2p4

ويرمز الرقم العلوي فوق الحرف إلى عدد الإلكترونات في كل مدار ثانوي، وتمثل الحروف المدارات الثانوية التي توجد داخل المدارات الرئيسية، أما الأعداد الكبيرة تمثل مستوى الطاقة الذي توجد فيه المدارات.[٣]

كيفية التوزيع الإلكتروني
كل مدار فرعي يستوعب إلكترونيين فقط يتجهان عكس بعضهما البعض، وتتكون المدارات الرئيسية من مدارات ثانوية s،p،d،f والتي بدورها تتكوّن من مدارات فرعية كالآتي: [٣]

المدار s يتكون من مدار فرعي واحد.
المدار p يتكون من 3 مدارات فرعية.
المدار d يتكون من 5 مدارات فرعية.
المدار f يتكون من 7 مدارات فرعية.
ومن القواعد الأساسية عند توزيع الإلكترونات داخل المدارات الفرعية الإنتباه إلى ضرورة توزيع الإلكترونات بشكل فردي على جميع المدارات الفرعية ثم مزاوجة هذه المدارات، مثلًا لو أراد الباحث أن يملأ المدار p بأربعة إلكترونات فالمدار p يحتوي على 3 مدارات فرعية وكل مدار فرعي يحمل 2 إلكترون فيقوم أولًا بتوزيع إلكترون داخل كل مدار فرعي فيتبقى إلكترون واحد يضعه في أول مدار فرعي وهكذا، ويجب الأخذ بعين الاعتبار عند توزيع الإلكترونات أن يتم التوزيع من المدارات الأقل طاقة إلى المدارات الأعلى طاقة.[٣]