المدارات الذرية ومستويات الطاقة

ما هو المدار الذري؟

عندما يتحرك كوكب حول الشمس يمكنك رسم مسار محدد له يسمى المدار. تبدو النظرة البسيطة للذرة متشابهة وقد تتصور أنَّ الإلكترونات تدور حول النواة. الحقيقة مختلفة والإلكترونات في الواقع تسكن مناطق في الفضاء الذرّي تعرف باسم المدارات.
ويمكن تعريف المدار على أنه المنطقة الأكثر احتمالاً للعثور على إلكترون حول النواة، وتم شرح هذه الخاصية لأول مرة من قبل الفيزيائي الدنماركي نيلز بورفي عام 1913 وهي نتيجة أخرى لميكانيكا الكم وشرط أن يأتي الزخم الزاوي للإلكترون في المدار. وفي المستوى الذريّ يكون اسم المدار الأكثر دقة هو المدار الذرّي وقد يوجد المدار الذريَ في عدة أشكال مثل الشكل الكروي وشكل الدمبل. 

ما هي مستويات الطاقة؟

تسمى قذائف الإلكترون الموجودة حول النواة بمستويات الطاقة. هذه المستويات لها قيم طاقة منفصلة. تملأ الإلكترونات مستويات الطاقة وتتم تسمية مستويات الطاقة هذه باسم K، L، M ،N ، إلخ. مستوى الطاقة الذي يحتوي على أقل طاقة هو K. يتم ملء الإلكترونات بمستويات الطاقة هذه وفقًا للترتيب التصاعدي للطاقة أي بعبارة أخرى، تمتلئ الإلكترونات أولاً في أدنى مستوى للطاقة، وهناك عدد ثابت من الإلكترونات التي يمكن لكل مستوى طاقة الاحتفاظ بها.
يمكن للإلكترونات الانتقال بين مستويات الطاقة هذه إما عن طريق امتصاص الطاقة أو إطلاقها. عندما يتم إعطاء الطاقة لذرة يمكن نقل إلكترون من مستوى طاقة أقل إلى مستوى طاقة أعلى وقد يعود هذا الإلكترون إلى مستوى الطاقة الأقل عن طريق إطلاق الطاقة وتسمى هذه العمليات التحولات الإلكترونية.

العلاقة بين المدارات ومستويات الطاقة

يتم ترتيب مدارات الذرة وفقًا لطاقاتها. لذلك تتكون مستويات الطاقة من المدارات.

الفرق بين مستويات المدارات والطاقة

المدارات: المدار هو المنطقة الأكثر احتمالاً حيث يمكن العثور فيها على الإلكترون حول النواة، وتسمى المدارات باسم s و p و d و fويمكن أن تحتوي المدارات على الحد الأقصى لعدد الإلكترونات وفقًا للمدار مثل s = 2 و p = 6 و d = 10.
مستويات الطاقة: مستويات الطاقة هي الاصداف الإلكترونية الموجودة حول النواة، مستويات الطاقة تسمى K ، L ، M N، ويتكون مستوى الطاقة الأول من إلكترونين ويمكن لجميع مستويات الطاقة الأخرى استيعاب ما يصل إلى 8 إلكترونات.
تتكون المدارات من الإلكترونات. توضح مستويات الطاقة ترتيب المدارات حول الذرة وفقاً لطاقة تلك المدارات. الفرق الرئيسي بين المدارات ومستويات الطاقة هو أنَّ المدارات تظهر المسار الأكثر احتمالا للإلكترون الذي يتحرك حول النواة في حين تظهر مستويات الطاقة المواقع النسبية للمدارات وفقًا لكمية الطاقة التي لديهم.

التكوين الإلكتروني

يسمى ترتيب الإلكترونات داخل الذرة التكوين الإلكتروني ويتم ملء الإلكترونات وفقًا لطاقة المستويات مثل: 1s، 2s 2p، 3s، 3p، 4s، 3d، 4p، 5s، 4d، 5p، 6s، 4f، 5d، 6p، 7s، 5f. يحكم ملء الإلكترونات والتكوين الإلكتروني الناتج لعنصر ما بعض القواعد التي تعتبر محورية لفهم العمليات الكيميائية.

هناك 3 قواعد يجب اتباعها للتنبؤ الدقيق للتكوين الإلكتروني

1- مبدأ استبعاد باولي: التأكيد على أنه لا يوجد إلكترونان في الذرّة يمكن أن يكونا في نفس الوقت وفي نفس الحالة او التكوين اقترحه (1925) العالم الفيزيائي النمساوي فولفجانج باولي لحساب الأنماط الملحوظة لانبعاث الضوء من الذرات. وتم تعميم مبدأ الاستبعاد لاحقاً ليشمل فئة كاملة من الجسيمات.

2- قاعدة العالم هوند (التعددية القصوى): تنص قاعدة هوند على حالات التعددية القصوى. عند توفر مدارين أو أكثر من الطاقة المتساوية (أو الطاقة القريبة جدًا)، ستملأ الإلكترونات المدارات بشكل فردي قبل ملئها بشكل مضاعف. وسيكون لجميع الإلكترونات في المدارات نفس الدوران.

3- مبدأ العالم أوفباو: تمتلئ المدارات ذات الطاقات الأقل قبل المدارات ذات الطاقات الأعلى. تعمل هذه القاعدة جنبًا إلى جنب مع القاعدتين السابقتين. يتبع ترتيب الإلكترونات في العناصر نمطًا ويمكن تصنيف جميع العناصر وفقًا لذلك في الجدول الدوري.