درسنامه‌ی شیمی · شیمی ۱ · فصل اول: کیهان زادگاه الفبای هستی
آرایش الکترونی چیست؟ از مدل بور تا جدول دوره‌ای
از مدل بور تا قاعدهٔ آفبا، توزیع الکترون‌ها را می‌شناسیم و نوشتن آرایش و تعیین گروه و دوره را با مثال تمرین می‌کنیم.
- پایه‌ی دهم
- درس کشف و مدل
- ۹ دقیقه مطالعه
- ۱۰ ایستگاه
- ۱۱ تصویر و کارت آموزشی
بازبینی علمی: دکتر فائزه خان محمدیبه‌روزرسانی: مهر ۲۲, ۱۴۰۵
هدف‌های یادگیری
در این درس یاد می‌گیری
- ۱
تفاوت مدل بور و توصیف امروزی الکترون را توضیح بدهی.
- ۲
در نمادی مانند 3p⁵، شمارهٔ لایه، نوع زیرلایه و تعداد الکترون‌ها را از هم جدا کنی.
- ۳
آرایش گسترده و فشردهٔ اتم‌های خنثیِ ۳۶ عنصر نخست را با درنظرگرفتن استثناهای کروم و مس بنویسی.
- ۴
تعداد الکترون‌های هر لایه را از روی آرایش حساب کنی.
- ۵
گروه، دوره و دستهٔ عنصر را از روی آرایش اتم خنثی در حالت پایه تعیین کنی.
پیش از شروع بدان: عدد اتمی و تعداد الکترون‌های اتم خنثی را بشناسی.، با نمایش سادهٔ لایه‌های الکترونی آشنا باشی.، ردیف‌ها و ستون‌های جدول دوره‌ای را تشخیص بدهی.
اصل درس در یک نگاه
به زبان کتاب، به زبان ساده
به زبان کتاب درسی
آرایش الکترونی اتم، نحوهٔ توزیع الکترون‌های آن در لایه‌ها و زیرلایه‌های پیرامون هسته را نشان می‌دهد؛ در توصیف دقیق‌تر، این توزیع با اشغال اوربیتال‌ها بیان می‌شود. آرایش‌های این درس برای اتم‌های خنثی در حالت پایه نوشته می‌شوند.
بر پایه‌ی International Union of Pure and Applied Chemistry، OpenStax, Rice University
به زبان ساده
آرایش الکترونی نشان می‌دهد الکترون‌های یک اتم چگونه بین لایه‌ها و زیرلایه‌های اطراف هسته توزیع شده‌اند.
رابطه‌ی اصلی درس
C = 4l + 2
- C
- بیشترین تعداد الکترون‌های یک زیرلایه الکترون
- l
- عدد کوانتومی فرعی زیرلایه بی‌بعد
این رابطه بیشترین تعداد الکترون‌های یک زیرلایه را از روی عدد کوانتومی فرعی آن حساب می‌کند.
چرا در اتم کلسیم، لایهٔ چهارم شروع به پرشدن می‌کند، در حالی که لایهٔ سوم هنوز کامل نشده است؟ برای پاسخ، باید ترتیب پرشدن زیرلایه‌های 4s و 3d را بشناسیم. اگر بدانیم آرایش الکترونی چیست، می‌توانیم توزیع الکترون‌ها را توضیح دهیم و گروه و دورهٔ عنصر را در جدول تناوبی پیدا کنیم.
برای پاسخ‌دادن، اول یاد می‌گیریم نماد آرایش را بخوانیم؛ برای مثال، در 3p⁵ عدد، حرف و بالانویس هرکدام معنای جداگانه‌ای دارند. سپس برای اتم‌های خنثی در حالت پایه، ترتیب پرشدن زیرلایه‌ها و روش تعیین جایگاه عنصر را بررسی می‌کنیم.
واژه‌نامه‌ی درس
واژه‌های این درس
۸ واژه‌ی کلیدی، به ترتیب الفبا
- آرایش الکترونیElectron configuration
آرایش الکترونی نشان می‌دهد الکترون‌های اتم چگونه در حالت‌های الکترونی مجاز آن توزیع شده‌اند.
- آرایش الکترونی فشردهCondensed electron configuration
در آرایش الکترونی فشرده، نماد گاز نجیبِ پیش از عنصر را در کروشه می‌نویسیم و به‌جای بخش آغازین آرایش می‌آوریم.
- الکترون‌های ظرفیتValence electrons
الکترون‌های ظرفیت در رفتار شیمیایی اتم نقش دارند و در عنصرهای اصلی، در بیرونی‌ترین لایه قرار گرفته‌اند.
- زیرلایهSubshell
زیرلایه بخشی از یک لایهٔ الکترونی است که با نوع‌هایی مانند s، p، d و f مشخص می‌شود.
- عدد کوانتومی اصلیPrincipal quantum number
عدد کوانتومی اصلی با نماد n، شمارهٔ لایهٔ الکترونی را مشخص می‌کند.
- عدد کوانتومی فرعیAzimuthal quantum number
عدد کوانتومی فرعی با نماد l، نوع زیرلایه را مشخص می‌کند.
- قاعدهٔ آفباAufbau principle
قاعدهٔ آفبا می‌گوید که در ساخت آرایش حالت پایه، الکترون‌ها ابتدا زیرلایه‌های کم‌انرژی‌تر را پر می‌کنند.
- لایهٔ الکترونیElectron shell
لایهٔ الکترونی مجموعه‌ای از حالت‌هاست که در آن‌ها عدد کوانتومی اصلی یکسان است.
در حالت خودآزمایی تعریف‌ها پنهان می‌شوند. اول معنی هر واژه را در ذهنت بگو، بعد روی کارت بزن.
آرایش الکترونی چه چیزی را نشان می‌دهد؟
آرایش الکترونی اتم نشان می‌دهد الکترون‌ها چگونه در لایه‌ها و زیرلایه‌های اطراف هسته توزیع شده‌اند. این آرایش تعداد الکترون‌های هر زیرلایه را هم مشخص می‌کند.
در این درس، آرایش اتم‌های خنثی را در حالت پایه می‌نویسیم. اتم خنثی به تعداد پروتون‌هایش الکترون دارد و این تعداد با عدد اتمی برابر است. عدد اتمی را با نماد Z نشان می‌دهیم؛ پس برای دانستن تعداد الکترون‌های اتم خنثی، کافی است Z آن را بدانیم.
دانستن تعداد کل الکترون‌ها به‌تنهایی کافی نیست؛ باید بدانیم آن‌ها چگونه توزیع شده‌اند. برای مثال، آرایش کلسیم [Ar]4s² است؛ [Ar] آرایش الکترونی آرگون را نشان می‌دهد. در این آرایش، زیرلایهٔ 4s پر شده است، اما 3d هنوز الکترونی ندارد. یعنی پرشدن لایهٔ چهارم پیش از کامل‌شدن لایهٔ سوم آغاز شده است.
- p+پروتون۲۰
- n0نوترون۲۰
- e−الکترون۲۰
دو الکترون بیرونی در ۴s قرار دارند، درحالی‌که ۳d هنوز خالی است.
منبع: OpenStax, Rice University، Chemistry LibreTexts
مدل بور چرا برای همهٔ اتم‌ها کافی نبود؟
نیلز بور در سال ۱۹۱۳ مدلی برای توضیح ساختار اتم و طیف هیدروژن ارائه کرد. در مدل بور، الکترون هیدروژن فقط می‌تواند انرژی‌های معینی داشته باشد. این ایده کمک کرد طیف هیدروژن را توضیح دهیم.
مدل بور برای توضیح طیف اتم‌های چندالکترونی کافی نبود. به همین دلیل، دانشمندان به توصیف دقیق‌تری از اتم نیاز داشتند. اروین شرودینگر در سال ۱۹۲۶ معادلهٔ موج خود را ارائه کرد و به توسعهٔ توصیف کوانتومی اتم کمک کرد.
توصیف کوانتومی احتمال حضور الکترون را بیان می‌کند، اما مسیر دقیق حرکت آن را مشخص نمی‌کند. بنابراین حلقه‌های مدل بور نمایش ساده‌شده‌ای از لایه‌ها هستند، نه مسیر واقعی حرکت الکترون.
اروین شرودینگر Erwin Schrödinger
از توسعه‌دهندگان توصیف کوانتومی اتم · ۱۹۲۶
شرودینگر با ارائهٔ معادلهٔ موج به توسعهٔ توصیفی از اتم کمک کرد که به‌جای مدارهای دقیق، از حالت‌های کوانتومی استفاده می‌کند.
منبع: Nobel Prize، OpenStax, Rice University
عدد و حرف در 3p⁵ چه می‌گویند؟
نماد زیرلایه سه بخش دارد: عدد، حرف و بالانویس. در نماد 3p⁵، عدد ۳ شمارهٔ لایه، حرف p نوع زیرلایه و بالانویس ۵ تعداد الکترون‌های آن زیرلایه را نشان می‌دهد. عدد کوانتومی اصلی، با نماد n، شمارهٔ لایه را مشخص می‌کند. عدد کوانتومی فرعی، با نماد l، نوع زیرلایه را نشان می‌دهد.
در لایه‌ای با شمارهٔ n، مقدار l می‌تواند از صفر تا n − 1 باشد. مقدار l برای زیرلایه‌های s، p، d و f به‌ترتیب صفر، یک، دو و سه است. پس برای 3p⁵ داریم: n = 3 و l = 1. این دو عدد با بالانویس ۵ فرق دارند؛ بالانویس تعداد الکترون‌های موجود در زیرلایه را نشان می‌دهد.
گنجایش زیرلایه بیشترین تعداد الکترون‌هایی است که می‌تواند در آن قرار بگیرد. اگر C گنجایش زیرلایه و l عدد کوانتومی فرعی آن باشد، گنجایش را از رابطهٔ C = 4l + 2 به دست می‌آوریم.
برای زیرلایهٔ p، مقدار l برابر ۱ است؛ پس گنجایش آن ۶ الکترون می‌شود. در نماد 3p⁵، پنج الکترون در زیرلایه وجود دارد و گنجایش آن شش است. پس این زیرلایه هنوز کامل نشده است.
C = 4l + 2
- C
- بیشترین تعداد الکترون‌های یک زیرلایه الکترون
- l
- عدد کوانتومی فرعی زیرلایه بی‌بعد
این رابطه بیشترین تعداد الکترون‌های یک زیرلایه را از روی عدد کوانتومی فرعی آن حساب می‌کند.
منبع: OpenStax, Rice University
- عدد کوانتومی اصلی، nشمارهٔ لایه را مشخص می‌کند.
- عدد کوانتومی فرعی، lمقدار آن از صفر تا n−۱ است.
- زیرلایهٔ sبا l=۰، گنجایش زیرلایه ۲ الکترون است.
- زیرلایهٔ pبا l=۱، گنجایش زیرلایه ۶ الکترون است.
- زیرلایهٔ dبا l=۲، گنجایش زیرلایه ۱۰ الکترون است.
- زیرلایهٔ fبا l=۳، گنجایش زیرلایه ۱۴ الکترون است.
چرا طبق قاعدهٔ آفبا، 4s زودتر پر می‌شود؟
قاعدهٔ آفبا می‌گوید در حالت پایه، زیرلایه‌های کم‌انرژی‌تر پیش از زیرلایه‌های پرانرژی‌تر پر می‌شوند. ترتیب معمول پرشدن تا کریپتون از 1s آغاز می‌شود. پس از 3p، ابتدا 4s و سپس 3d و 4p پر می‌شوند. بنابراین شمارهٔ لایه به‌تنهایی ترتیب پرشدن زیرلایه‌ها را تعیین نمی‌کند.
به همین دلیل، در کلسیم پرشدن 4s آغاز می‌شود، در حالی که 3d هنوز خالی است. لازم نیست همهٔ زیرلایه‌های لایهٔ سوم کامل شوند تا پرشدن لایهٔ چهارم آغاز شود. برای پاسخ به پرسش کلسیم، باید ترتیب پرشدن زیرلایه‌ها را بررسی کنیم، نه فقط شمارهٔ لایه‌ها را.
در آرایش الکترونی فشرده، به‌جای بخش آغازین آرایش، نماد گاز نجیبِ پیش از عنصر را در کروشه می‌نویسیم. برای مثال، [Ne] آرایش الکترونی نئون را نشان می‌دهد. آرایش سدیم [Ne]3s¹ و آرایش فسفر [Ne]3s²3p³ است. آرایش کلسیم هم با [Ar] آغاز می‌شود.
قاعدهٔ آفبا آرایش بیشتر اتم‌ها را پیش‌بینی می‌کند، اما کروم و مس از استثناهای آن هستند. آرایش حالت پایهٔ کروم [Ar]3d⁵4s¹ و آرایش مس [Ar]3d¹⁰4s¹ است. آرایش این دو عنصر از ترتیب سادهٔ پرشدن زیرلایه‌ها پیروی نمی‌کند.
- ۱
تعداد الکترون‌ها را تعیین کن.
در اتم خنثی، تعداد الکترون‌ها با Z برابر است.
- ۲
ترتیب پرشدن را دنبال کن.
تا کریپتون، زیرلایه‌ها به این ترتیب پر می‌شوند: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p.
- ۳
گنجایش هر زیرلایه را رعایت کن.
بالانویس هر زیرلایه تعداد الکترون‌های آن را نشان می‌دهد.
- ۴
کروم و مس را جدا بررسی کن.
آرایش درست کروم و مس به‌ترتیب [Ar]3d⁵4s¹ و [Ar]3d¹⁰4s¹ است.
- ۵
تعداد کل را کنترل کن.
الکترون‌های همهٔ زیرلایه‌ها را جمع کن و حاصل را با Z مقایسه کن.
چرا عنصرهای یک گروه رفتار مشابه دارند؟
در جدول تناوبی، عنصرهای هر گروه در یک ستون قرار دارند. در عنصرهای اصلیِ یک گروه، آرایش الکترونی لایهٔ ظرفیت مشابه است. این شباهت در آرایش، یکی از دلایل رفتار شیمیایی مشابه آن‌هاست. با بررسی آرایش الکترونی، می‌توانیم جایگاه عنصر را در جدول پیدا کنیم و این شباهت را ببینیم.
بیرونی‌ترین لایهٔ اشغال‌شده، لایه‌ای است که بزرگ‌ترین n را دارد. در عنصرهای اصلی، الکترون‌های ظرفیت همان الکترون‌های این لایه‌اند. برای اتم‌های خنثیِ ۳۶ عنصر نخست در حالت پایه، شمارهٔ دوره با بزرگ‌ترین n در آرایش برابر است.
برای تعیین گروه، باید دستهٔ عنصر را بشناسیم؛ قاعدهٔ یکسانی برای همهٔ دسته‌ها وجود ندارد. در دستهٔ s، تعداد الکترون‌های زیرلایهٔ s در بیرونی‌ترین لایه، یعنی ns، معمولاً شمارهٔ گروه را نشان می‌دهد. در دستهٔ p، الکترون‌های ns و np را در بیرونی‌ترین لایه جمع می‌کنیم. با افزودن ۱۰ به این مجموع، شمارهٔ گروه به دست می‌آید.
در عنصرهای دستهٔ d از دورهٔ چهارم، مجموع الکترون‌های 3d و 4s شمارهٔ گروه را می‌دهد. در لایهٔ بیرونی این عنصرها، الکترون‌ها فقط در زیرلایهٔ 4s قرار دارند. اما برای تعیین گروه، الکترون‌های 3d را هم می‌شماریم.
آرایش هلیم 1s² است و این عنصر در دستهٔ s قرار می‌گیرد، اما گروه آن ۱۸ است. پس پیش از تعیین گروه، آرایش را بخوان و دستهٔ عنصر را مشخص کن.
| دسته یا عنصر | الکترون‌هایی که می‌شماریم | شمارهٔ گروه | محدودهٔ قاعده |
|---|---|---|---|
| دستهٔ s | الکترون‌های ns بیرونی | برابر تعداد الکترون‌های ns | به‌جز هلیم |
| دستهٔ p | الکترون‌های ns و np بیرونی | ۱۰ + مجموع الکترون‌های ns و np | عنصرهای دستهٔ p |
| دستهٔ d | الکترون‌های ۳d و ۴s | مجموع الکترون‌های ۳d و ۴s | دورهٔ چهارم |
| هلیم | آرایش ۱s² | ۱۸ | استثنای قاعدهٔ دستهٔ s |
منبع: OpenStax, Rice University، Chemistry LibreTexts, Brevard College
آرایش برم و آهن را چگونه بخوانیم؟
آرایش برم [Ar]3d¹⁰4s²4p⁵ است. بزرگ‌ترین n برابر ۴ است؛ پس برم در دورهٔ ۴ قرار دارد. در لایهٔ بیرونی آن ۷ الکترون هست. چون برم در دستهٔ p است، با افزودن ۱۰ به این تعداد، گروه ۱۷ را به دست می‌آوریم.
آرایش آهن [Ar]3d⁶4s² است. لایهٔ سوم آن زیرلایه‌های 3s²، 3p⁶ و 3d⁶ را در بر می‌گیرد؛ پس این لایه ۱۴ الکترون دارد. اما بیرونی‌ترین لایه، لایهٔ چهارم است که فقط دو الکترون در زیرلایهٔ 4s دارد.
برای تعیین گروه آهن، الکترون‌های 3d و 4s را جمع می‌کنیم: ۶ + ۲ = ۸. پس آهن در گروه ۸ قرار دارد. پیش از شمارش، مشخص کن پرسش دربارهٔ یک لایه، بیرونی‌ترین لایه یا گروه عنصر است.
آرایش فشرده، تعداد الکترون‌های ظرفیت و شمارهٔ گروه و دورهٔ اتم خنثی برم با Z=۳۵ را تعیین کنید.
- ۱
آرگون ۱۸ الکترون دارد؛ پس پس از [Ar] باید ۳۵−۱۸=۱۷ الکترون قرار دهیم.
- ۲
از این ۱۷ الکترون، ۲ الکترون وارد ۴s و ۱۰ الکترون وارد ۳d می‌شوند.
- ۳
۵ الکترون باقی می‌ماند: ۱۷−۲−۱۰=۵؛ این الکترون‌ها وارد ۴p می‌شوند.
- ۴
آرایش را به‌صورت [Ar]۳d¹⁰۴s²۴p⁵ می‌نویسیم.
- ۵
بیرونی‌ترین لایه n=۴ است و ۲+۵=۷ الکترون دارد.
- ۶
برم در دستهٔ p است؛ پس شمارهٔ گروه آن ۱۰+۷=۱۷ است.
جوابآرایش برم [Ar]۳d¹⁰۴s²۴p⁵ است. این اتم ۷ الکترون ظرفیت دارد و در دورهٔ ۴ و گروه ۱۷ قرار می‌گیرد.
آرایش فشرده، تعداد الکترون‌های لایهٔ سوم و بیرونی‌ترین لایه و شمارهٔ گروه و دورهٔ اتم خنثی آهن با Z=۲۶ را تعیین کنید.
- ۱
پس از آرایش آرگون، ۲۶−۱۸=۸ الکترون باقی می‌ماند.
- ۲
۲ الکترون در ۴s و ۶ الکترون در ۳d قرار می‌گیرند؛ پس آرایش فشرده [Ar]۳d⁶۴s² است.
- ۳
لایهٔ سوم زیرلایه‌های ۳s²، ۳p⁶ و ۳d⁶ را در بر می‌گیرد؛ پس ۲+۶+۶=۱۴ الکترون دارد.
- ۴
بیرونی‌ترین لایه n=۴ است و ۲ الکترون دارد؛ بنابراین شمارهٔ دوره ۴ است.
- ۵
آهن در دستهٔ d و دورهٔ چهارم است؛ شمارهٔ گروه آن را از ۶+۲=۸ به‌دست می‌آوریم.
جوابآهن در لایهٔ سوم ۱۴ الکترون و در بیرونی‌ترین لایه ۲ الکترون دارد و در دورهٔ ۴ و گروه ۸ قرار می‌گیرد.
در شیمی دهم، آرایش را چگونه کنترل کنیم؟
در شیمی دهم، آرایش الکترونی ۳۶ عنصر نخست جدول دوره‌ای را می‌نویسیم. برای بررسی پاسخ، ابتدا مطمئن شو مجموع الکترون‌های آرایش با عدد اتمی اتم خنثی برابر است. اگر آرایش را فشرده نوشته‌ای، الکترون‌های گاز نجیب داخل کروشه را هم در این شمارش بیاور.
سپس دوره را با بزرگ‌ترین n در آرایش تعیین کن. آخرین زیرلایه‌ای که در آرایش نوشته‌ای، لزوماً به بیرونی‌ترین لایه تعلق ندارد. پس برای تعیین دوره، شمارهٔ لایه‌ها را بررسی کن، نه جای زیرلایه‌ها را در نوشته. برای گروه نیز ابتدا دستهٔ عنصر را مشخص کن و قاعدهٔ همان دسته را به کار ببر.
در پایان، استثناهای کروم و مس را در نظر بگیر. اگر از ترتیب معمول پرشدن برای همهٔ اتم‌ها استفاده کنی، ممکن است آرایش این دو را نادرست بنویسی. با این بررسی‌ها، هم تعداد الکترون‌ها را کنترل می‌کنی و هم جایگاه عنصر را در جدول به دست می‌آوری.
کیهان زادگاه الفبای هستی
مدل بور طیف نشری خطی هیدروژن را توضیح می‌دهد؛ در توصیف اتم، الکترون‌ها در لایه‌ها و زیرلایه‌ها توزیع می‌شوند.
- در اتم خنثی، مجموع الکترون‌های آرایش باید با Z برابر باشد؛ در آرایش فشرده، الکترون‌های گاز نجیب را هم بشمارید.
- برای تعیین دوره، بزرگ‌ترین n اشغال‌شده را پیدا کنید، نه شمارهٔ آخرین زیرلایهٔ نوشته‌شده را.
- در دستهٔ p، تعداد الکترون‌های ns و np را جمع کنید و ۱۰ به آن بیفزایید.
- در دستهٔ d از دورهٔ چهارم، برای تعیین گروه، الکترون‌های ۳d و ۴s را با هم بشمارید.
- آرایش کروم و مس را با درنظرگرفتن استثناهایشان به خاطر بسپارید.
پرسش نمونهاتمی آرایش [Ar]۳d¹⁰۴s²۴p¹ دارد؛ تعداد الکترون‌های بیرونی‌ترین لایه، شمارهٔ دوره و شمارهٔ گروه آن را تعیین کنید.دیدن پاسخ
بیرونی‌ترین لایه n=۴ است و ۲+۱=۳ الکترون دارد؛ پس عنصر در دورهٔ ۴ و گروه ۱۰+۳=۱۳ قرار می‌گیرد.
کدام برداشت‌ها آرایش الکترونی را اشتباه می‌کنند؟
یکی از اشتباه‌های رایج این است که تعداد الکترون‌های یک لایه را با بیشترین گنجایش آن برابر بگیریم. این اشتباه از مثال‌های سادهٔ آغاز جدول می‌آید: در آن‌ها ممکن است تعداد موجود در لایهٔ سوم کمتر از گنجایش کامل آن باشد. گنجایش لایه یا زیرلایه می‌گوید حداکثر چند الکترون می‌تواند در آن جا بگیرد؛ آرایش، تعداد الکترون‌های واقعاً موجود را نشان می‌دهد.
شمارهٔ لایه به‌تنهایی ترتیب پرشدن را تعیین نمی‌کند. ممکن است تصور کنیم یک لایه باید کامل شود تا پرشدن لایهٔ بعد آغاز شود؛ اما در ترتیب معمول، 4s پیش از 3d پر می‌شود. همچنین آخرین زیرلایهٔ نوشته‌شده لزوماً به بیرونی‌ترین لایه تعلق ندارد.
برای تعیین گروه، قاعدهٔ یک دسته را به همهٔ عنصرها تعمیم نده. تعداد الکترون‌های بیرونی به‌تنهایی گروه را در همهٔ دسته‌ها نشان نمی‌دهد؛ دسته‌های p و d قاعده‌های دیگری دارند. نمایش حلقه‌ای اتم، مثال‌های ساده و ترتیب نوشتن آرایش هم می‌توانند منشأ برداشت نادرست باشند.
باور رایجدر توصیف امروزی اتم، الکترون‌ها روی حلقه‌های دقیق حرکت می‌کنند.درست است یا غلط؟ بزن تا ببینی
واقعیت: حلقه‌ها نمایش ساده‌شدهٔ لایه‌ها هستند؛ مدل کوانتومی احتمال حضور الکترون را توصیف می‌کند، نه مسیر دقیق آن را.
چرا این اشتباه پیش می‌آید؟ اتم را در کلاس بیشتر با حلقه‌ها رسم می‌کنند و ممکن است شکل آموزشی را تصویر واقعی حرکت الکترون بدانیم.
باور رایجلایهٔ سوم فقط هشت الکترون می‌پذیرد.درست است یا غلط؟ بزن تا ببینی
واقعیت: لایهٔ سوم با زیرلایه‌های s، p و d گنجایش ۱۸ الکترون دارد، اما در اتم آرگون فقط هشت الکترون در این لایه قرار گرفته‌اند.
چرا این اشتباه پیش می‌آید؟ در مثال‌های عنصرهای آغاز جدول، توزیع‌هایی مانند ۲، ۸، ۸ زیاد دیده می‌شوند و ممکن است تعداد الکترون‌های موجود را با بیشترین گنجایش یکی بگیریم.
باور رایجهمهٔ زیرلایه‌های لایهٔ سوم باید پیش از شروع پرشدن لایهٔ چهارم پر شوند.درست است یا غلط؟ بزن تا ببینی
واقعیت: در ترتیب معمول پرشدن، ۴s پیش از ۳d پر می‌شود؛ شمارهٔ لایه به‌تنهایی ترتیب پرشدن را تعیین نمی‌کند.
چرا این اشتباه پیش می‌آید؟ شماره‌گذاری لایه‌ها از داخل به بیرون این تصور را ایجاد می‌کند که هر لایه باید کامل شود و بعد پرشدن لایهٔ بعدی آغاز شود.
باور رایجآخرین زیرلایه‌ای که در آرایش نوشته شده، شمارهٔ دوره را تعیین می‌کند.درست است یا غلط؟ بزن تا ببینی
واقعیت: برای تعیین دوره، بزرگ‌ترین n اشغال‌شده را پیدا می‌کنیم؛ نوشتن آرایش آهن به‌صورت [Ar]۴s²۳d⁶ آن را به عنصری از دورهٔ سوم تبدیل نمی‌کند.
چرا این اشتباه پیش می‌آید؟ ممکن است ترتیب نوشتن زیرلایه‌ها را با ترتیب قرارگرفتن آن‌ها در لایه‌های اتم یکی بگیریم.
باور رایجشمارهٔ گروه همیشه برابر تعداد الکترون‌های بیرونی‌ترین لایه است.درست است یا غلط؟ بزن تا ببینی
واقعیت: در دستهٔ p، به تعداد الکترون‌های بیرونی‌ترین لایه ۱۰ اضافه می‌کنیم. در دستهٔ d از دورهٔ چهارم، الکترون‌های ۳d و ۴s را با هم می‌شماریم.
چرا این اشتباه پیش می‌آید؟ برابری شمارهٔ گروه و تعداد الکترون‌های بیرونی‌ترین لایه برای عنصرهایی مانند سدیم و منیزیم درست است و ممکن است آن را به همهٔ عنصرها تعمیم دهیم.
باور رایجترتیب سادهٔ آفبا آرایش همهٔ اتم‌ها را بدون استثنا پیش‌بینی می‌کند.درست است یا غلط؟ بزن تا ببینی
واقعیت: کروم و مس استثناهای مهم این درس هستند و آرایش درست آن‌ها به‌ترتیب [Ar]۳d⁵۴s¹ و [Ar]۳d¹⁰۴s¹ است.
چرا این اشتباه پیش می‌آید؟ جدول ترتیب پرشدن روشی منظم است که برای بیشتر مثال‌ها جواب می‌دهد؛ به همین دلیل ممکن است آن را قانونی بدون استثنا بدانیم.
می‌توانی از نماد به گروه و دوره برسی؟
برای تمرین، آرایش [Ar]3d¹⁰4s²4p⁵ را بخوان و دوره و گروه برم را تعیین کن. سپس همین کار را با آرایش آهن انجام بده و شمارش لازم برای تعیین گروه را مشخص کن.
اگر در خواندن نماد زیرلایه تردید داشتی، n، l و بالانویس را جداگانه بررسی کن. برای کلسیم، ترتیب پرشدن 4s و 3d را در نظر بگیر. برای برم، از قاعدهٔ دستهٔ p استفاده کن. در پرسش آهن، شمارش الکترون‌های لایهٔ سوم و بیرونی‌ترین لایه را از شمارشی که برای تعیین گروه انجام می‌دهی، جدا کن.
چرا پرشدن لایهٔ چهارم در کلسیم آغاز می‌شود؟
در کلسیم، پرشدن 4s در حالی آغاز می‌شود که 3d هنوز خالی است. لایهٔ سوم کلسیم ۸ الکترون دارد: 3s² و 3p⁶. گنجایش کامل این لایه ۱۸ الکترون است، چون زیرلایه‌های 3s، 3p و 3d را در بر می‌گیرد. دورهٔ سوم هشت عنصر دارد، زیرا در آن زیرلایه‌های 3s و 3p پر می‌شوند.
برای خواندن هر آرایش، ابتدا عدد، حرف و بالانویس را از هم جدا کن و تعداد کل الکترون‌ها را بشمار. سپس بزرگ‌ترین n را پیدا کن تا دورهٔ عنصر مشخص شود. برای تعیین گروه، از قاعدهٔ دستهٔ عنصر استفاده کن. با همین ترتیب می‌توانی از آرایش اتم به جایگاه آن در جدول دوره‌ای برسی.
برای یادآوری
آنچه باید به خاطر بسپاری
هر نکته‌ای را که بدون نگاه کردن می‌توانی توضیح بدهی تیک بزن؛ با آخرین تیک، چراغ کامل روشن می‌شود.
عالی! همه‌ی نکته‌ها یادت مانده است.
پرسش و پاسخ
پرسش‌هایی که دانش‌آموزها می‌پرسند
آرایش الکترونی چیست و چه تفاوتی با مدل بور دارد؟
آرایش الکترونی نشان می‌دهد الکترون‌های اتم چگونه در لایه‌ها و زیرلایه‌ها توزیع شده‌اند. مدل بور برای الکترون انرژی‌های معینی در نظر می‌گرفت. در مقابل، توصیف کوانتومی احتمال حضور الکترون را بیان می‌کند و مسیر دقیق حرکتش را مشخص نمی‌کند.
لایه و زیرلایه در آرایش الکترونی چه تفاوتی دارند؟
لایه با عدد کوانتومی اصلی n مشخص می‌شود. زیرلایه بخشی از یک لایه است و با نمادهایی مانند s، p و d نشان داده می‌شود. در نماد 3p⁵، عدد ۳ شمارهٔ لایه، p نوع زیرلایه و ۵ تعداد الکترون‌های آن زیرلایه است.
آرایش الکترونی فشرده را چگونه بنویسیم؟
در آرایش فشرده، بخش آغازین آرایش را با نماد گاز نجیبِ پیش از عنصر جایگزین می‌کنیم و آن را در کروشه می‌نویسیم. برای نمونه، آرایش سدیم [Ne]3s¹ است؛ در شمارش کل الکترون‌ها، الکترون‌های نئون داخل کروشه را هم حساب می‌کنیم.
چرا 4s پیش از 3d پر می‌شود؟
طبق قاعدهٔ آفبا، زیرلایه‌های کم‌انرژی‌تر پیش از زیرلایه‌های پرانرژی‌تر پر می‌شوند. در ترتیب معمول پرشدن، 4s کم‌انرژی‌تر از 3d است و زودتر پر می‌شود. بنابراین برای آغاز پرشدن 4s لازم نیست لایهٔ سوم کامل شده باشد.
آرایش درست کروم و مس چیست؟
آرایش حالت پایهٔ کروم [Ar]3d⁵4s¹ و آرایش حالت پایهٔ مس [Ar]3d¹⁰4s¹ است. این دو عنصر از استثناهای ترتیب سادهٔ پرشدن زیرلایه‌ها هستند.
گروه و دورهٔ عنصر را از آرایش چگونه تعیین کنیم؟
برای اتم‌های خنثیِ ۳۶ عنصر نخست در حالت پایه، بزرگ‌ترین n، یعنی شمارهٔ بیرونی‌ترین لایهٔ دارای الکترون، شمارهٔ دوره را نشان می‌دهد. برای تعیین گروه، ابتدا دستهٔ عنصر را مشخص می‌کنیم، چون قاعدهٔ دسته‌های s، p و d یکسان نیست.
منابع
- شیمی ۱، پایهٔ دهم؛ بازنشر فایل کتاب درسی، چاپ سوم ۱۳۹۷ — سازمان پژوهش و برنامه‌ریزی آموزشی وزارت آموزش و پرورش؛ میزبان فایل: آبادگران
- Configuration of electrons — IUPAC Gold Book — International Union of Pure and Applied Chemistry
- Chemistry 2e, 6.2: The Bohr Model — OpenStax, Rice University
- Chemistry 2e, 6.3: Development of Quantum Theory — OpenStax, Rice University
- Chemistry 2e, 6.4: Electronic Structure of Atoms (Electron Configurations) — OpenStax, Rice University
- Atomic Reference Data for Electronic Structure Calculations: Electronic Configurations of the Elements — National Institute of Standards and Technology
- Quantum Numbers for Atoms — Chemistry LibreTexts
- 3.12: Electronic Structure and the Periodic Table — Chemistry LibreTexts, Brevard College
- March 6, 1913: Bohr describes his model of atom to Rutherford — American Physical Society
- Erwin Schrödinger — Biographical — Nobel Prize
- Atomic Weights and Isotopic Compositions for All Elements — National Institute of Standards and Technology
- Chemistry 2e, 2.3: Atomic Structure and Symbolism — OpenStax, Rice University
- Electron Configuration — Chemistry LibreTexts
دیدگاه‌ها
هنوز دیدگاهی ثبت نشده است؛ اولین نفری باشید که نظر می‌دهد.
ثبت دیدگاه
برای ارسال دیدگاه با شماره موبایل وارد شوید یا ثبتنام کنید.
ثبت دیدگاه
ثبت دیدگاه
برای ارسال دیدگاه با شماره موبایل وارد شوید یا ثبتنام کنید.
ثبت دیدگاه
برای ارسال دیدگاه با شماره موبایل وارد شوید یا ثبتنام کنید.