يمكن تحديد توزيعات الإلكترونات والمخططات المدارية من خلال تطبيق مبدأ أوفباو (يشغل كل إلكترون مضاف أقل مستوى طاقة متاح من المدارات الفرعية)، ومبدأ باولي للاستبعاد (لا يمكن أن يكون لإلكترونين نفس مجموعة الأعداد الكمية الأربعة)، وقاعدة هوند للتعددية القصوى (كلما كان ذلك ممكنًا، تحتفظ الإلكترونات بالدوران غير المزدوج في المدارات المتكافئة).
تحدد الطاقات النسبية للمدارات الفرعية الترتيب الذي يتم به ملء المدارات الذرية ((1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p,، وهكذا). بالنسبة للأغلفة والأغلفة الفرعية المختلفة، يمكن وصف اتجاه قوة اختراق الإلكترون على النحو التالي:
1s > 2s > 2p > 3s > 3p > 4s > 3d> 4p > 5s > 4d > 5p > 6s > f.…
تأثير التدريع والاختراق المداري كبير، وقد يكون للإلكترون 4s طاقة أقل من الإلكترون 3d.
الإلكترونات الموجودة في المدارات الخارجية، والتي تسمى إلكترونات التكافؤ، هي المسؤولة عن معظم السلوك الكيميائي للعناصر. في الجدول الدوري، عادة ما توجد العناصر ذات التوزيعات الإلكترونية المتماثلة داخل نفس المجموعة.
هناك بعض الاستثناءات لقاعدة الملء المتوقعة، خاصة عندما يمكن تكوين مدارات نصف ممتلئة أو ممتلئة بالكامل. في حالة Cr وCu، يبدو أن الأغلفة الفرعية نصف المملوءة والمملوءة بالكامل تمثل ظروف الاستقرار المفضل. هذا الاستقرار هو أن الإلكترون ينتقل من 4s إلى المدار 3d للحصول على استقرار إضافي لمدار فرعي 3d نصف ممتلئ (في Cr) أو مدار فرعي 3d ممتلئ (في Cu). تحدث استثناءات أخرى أيضًا. على سبيل المثال، من المتوقع أن يكون للنيوبيوم (Nb، العدد الذري 41) التكوين الإلكتروني[Kr]5s24d3 ومع ذلك، من الناحية التجريبية، فإن التكوين الإلكتروني لحالة الاستقرار هو في الواقع [Kr]5s14d4. يمكننا تبرير هذه الملاحظة بالقول إن قوى التنافر بين الإلكترونات الناتج عن اقتران الإلكترونات في المدار 5s أكبر من فجوة الطاقة بين المدارات 5s و4d.
This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 6.4: Electronic Structure of Atoms
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved