البناء الإلكتروني هو مبدأ أولي لميكانيكا الكم، حيث يقول أنه في حالة عدم وجود قوى خارجية تعبئ الإلكترونات في الذرة أدنى مستويات الطاقة أولاً، إذ يوضح هذا المبدأ ترتيب مدارات الإلكترون في الذرة.
مفهوم البناء الإلكتروني
ينص البناء الإلكتروني، والذي يُطلق عليه أيضًا قاعدة أوفباو على أنه في الحالة الأرضية للذرة أو الأيون تملأ الإلكترونات الأجزاء الفرعية بأقل طاقة متاحة، ثم أنها تملأ قشرة فرعية من طاقة أعلى، على سبيل المثال يتم ملء الجزء الفرعي 1s قبل احتلال الجزء الفرعي 2s، وبهذه الطريقة تشكل إلكترونات الذرة أو الأيون التكوين الإلكتروني الأكثر استقرارً، مثال على ذلك هو التكوين 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 لذرة الفوسفور، مما يعني أن الجزء الفرعي 1s يحتوي على إلكترونين وهكذا.
تم تطوير سلوك الإلكترون من خلال مبادئ أخرى للفيزياء الذرية مثل قاعدة هوند ومبدأ استبعاد باولي، حيث تؤكد قاعدة هوند أنه في حالة توفر مدارات متعددة من نفس الطاقة ستشغل الإلكترونات مدارات مختلفة منفردة وبنفس الدوران قبل شغل أي منها بشكل مزدوج، وفي حالة حدوث احتلال مزدوج يتطلب مبدأ استبعاد باولي أن الإلكترونات التي تشغل نفس المدار يجب أن يكون لها دوران مختلف (+ 1 2 و – 1 2 ).
بالانتقال من عنصر إلى آخر للرقم الذري الأعلى التالي يضاف بروتون واحد وإلكترون واحد في كل مرة إلى الذرة المحايدة، حيث أن الحد الأقصى لعدد الإلكترونات في أي غلاف هو 2 ن 2 حيث ن هو رقم الكم الرئيسي، إن الحد الأقصى لعدد الإلكترونات في قشرة فرعية (s ، p ، d ، أو f) يساوي 2 (2 l( + 1)) حيث (l) هو عدد الكم السمتي.
وبالتالي يمكن أن تحتوي هذه الأجزاء الفرعية على 2 و 6 و 10 و 14 إلكترونًا كحد أقصى على التوالي، وفي الحالة الأساسية يمكن بناء التكوين الإلكتروني عن طريق وضع الإلكترونات في أدنى قشرة فرعية متاحة حتى يصبح العدد الإجمالي للإلكترونات المضافة مساويًا للعدد الذري، وبالتالي يتم ملء الأجزاء الفرعية بترتيب زيادة الطاقة باستخدام قاعدتين عامتين للمساعدة في التنبؤ بالتكوينات الإلكترونية:
- يتم تخصيص الإلكترونات للأجزاء الفرعية من أجل زيادة قيمة n + l.
- بالنسبة للأجسام الفرعية التي لها نفس قيمة n + l يتم تخصيص الإلكترونات أولاً إلى الطبقة الفرعية ذات القيمة المنخفضة n.
- تُستخدم نسخة من مبدأ أوفباو تُعرف باسم نموذج الغلاف النووي للتنبؤ بتكوين البروتونات والنيوترونات في نواة الذرة.
حل النظريات الذرية بواسطة البناء الإلكتروني
يصعب حل معادلات النظرية الذرية الحديثة، ولحسن الحظ يمكن إلغاء العديد من النتائج باتباع بعض القواعد البسيطة وتُعرف هذه القواعد باسم مبدأ أوفباو، ومع ذلك هناك حاجة ماسة لمناقشة الأعداد الكمومية والأصداف والأجزاء الفرعية والمدارات.
الرقم الكمي الرئيسي n – الغلاف
تكثر أعداد الكم في نظرية الكم إذ تخدم هذه الأرقام الكمية الغرض من تتبع الاحتمالات الكمومية المختلفة التي تنشأ ولعل أهم رقم كمي هو الرقم الكمومي الأساسي (n)، حيث يمكن أن يأخذ العدد الكمي الرئيسي (n) القيم 1، 2، 3، 4، 5، 6، إذ يرتبط بكل n مستوى طاقة أساسي يُعرف بالصدفة، وبالتالي فإن الغلاف 1 يحتوي على n = 1 والقشرة 2 بها n = 2 وما إلى ذلك المرتبطة بها.
في النظرية الذرية يعرف المدار بأنه وظيفة رياضية تصف السلوك الموجي للإلكترون في الذرة، حيث يمكن استخدام هذه الوظيفة لحساب احتمال العثور على إلكترون في نقطة معينة في الفضاء، وتصف الأرقام الكمية المرتبطة بالمدار الخصائص الفريدة لذلك المدار، إذ أن أهم رقم كمي هو الرقم الكمي الأساسي والذي يحدد حجم وشكل المدار، وتتضمن الأرقام الكمومية الأخرى العدد الكمي للزخم الزاوي وعدد الكم المغناطيسي ورقم الكم المغزلي.
