مبدأ أوفباو في فيزياء الكم

مبدأ أوفباو هو مبدأ أساسي لميكانيكا الكم، حيث تنص على أنه في حالة عدم وجود قوى خارجية تملأ أدنى مستويات الطاقة للإلكترونات في الذرة، ويشرح هذا المبدأ ترتيب مدارات الإلكترون في الذرة.

ما هو مبدأ أوفباو

مبدأ أوفباو هو مبدأ أساسي لميكانيكا الكم ينص على أن الإلكترونات تملأ المدارات بطريقة تتوافق مع الطاقة المتزايدة للمدارات، ويُعرف هذا المبدأ أيضًا باسم مبدأ البناء أو مبدأ زيادة الطاقة، ويعتمد المبدأ على الطبيعة الشبيهة بالموجة للإلكترونات وحقيقة أن طاقة الإلكترون تزداد مع زيادة المسافة من النواة.

• هل مبدأ أوفباو رقم كمي: يمكن أن يأخذ العدد الكمي الرئيسي n القيم 1، 2، 3، 4، 5، 6،  حيث يرتبط بكل n مستوى طاقة أساسي يُعرف بالصدفة، وبالتالي فإن الغلاف 1 يحتوي على n = 1 والقشرة 2 بها n = 2 وما إلى ذلك.

• من شرح مبدأ أوفباو: المبد الذي صاغه الفيزيائي الدنماركي نيلز بور حوالي عام 1920 هو تطبيق لقوانين ميكانيكا الكم على خصائص الإلكترونات الخاضعة للحقل الكهربائي الناتج عن الشحنة الموجبة على نواة الذرة والشحنة السالبة على الإلكترونات الأخرى. المرتبطة بالنواة.

• ما هي صيغة مبدأ أوفباو: السمات البارزة لمبدأ أوفباو يتم تحديد طاقة المدار من خلال قاعدة (n + l) حيث يرمز الحرف “n” إلى رقم الكم الأساسي و “l” يرمز إلى رقم الكم السمتي، كلما انخفضت قيمة (n + l) في مدار مدار ستكون طاقته أقل.

التكوين الإلكتروني باستخدام مبدأ أوفباو

• مبدأ أوفباو هو طريقة للتنبؤ بالتكوين الإلكتروني للذرات، وينص المبدأ على أن تكوين الإلكترون الأكثر استقرارًا هو التكوين الذي يقلل من طاقة النظام.

• للتنبؤ بالتكوين الإلكتروني للذرة أولا هناك الحاجة إلى معرفة التكوين الإلكتروني للعنصر الأكثر استقرارًا في الذرة، ثم نستخدم مبدأ أوفباو لإضافة إلكترونات إلى العنصر الأكثر استقرارًا حتى نحصل على التكوين الإلكتروني للذرة الذي نتوقعه.

• يعتمد مبدأ أوفباو على فكرة أن الذرة ستحاول الوصول إلى حالتها الأكثر استقرارًا، ويتم الوصول إلى الحالة الأكثر استقرارًا عندما يكون للذرة غلاف خارجي كامل من الإلكترونات، حيث ينص مبدأ أوفباو على أنه يجب علينا إضافة إلكترونات إلى الذرة من أجل زيادة مستويات طاقتها.

• تتمثل الخطوة الأولى في استخدام مبدأ أوفباو في تحديد العنصر الأكثر استقرارًا، حيث أن العنصر الأكثر استقرارًا هو العنصر الذي يحتوي على أقل طاقة، والعنصر الأكثر استقرارًا هو أيضًا العنصر الذي يحتوي على أقل عدد من الإلكترونات في غلافه الخارجي.

• الخطوة الثانية هي إضافة إلكترونات إلى العنصر الأكثر استقرارًا حتى نحصل على التكوين الإلكتروني للذرة الذي نتوقعه، وذلك بإضافة الإلكترونات إلى العنصر الأكثر استقرارًا بترتيب مستويات طاقتها المتزايدة.

• الخطوة الثالثة هي ملء الغلاف الخارجي للعنصر الأكثر استقرارًا، وذلك بإضافة الإلكترونات إلى العنصر الأكثر استقرارًا حتى يمتلئ غلافه الخارجي.

مفهوم المدارات وأرقامها الكمومية

في النظرية الذرية المدار هو وظيفة رياضية تصف السلوك الموجي للإلكترون في الذرة، ويمكن استخدام هذه الوظيفة لحساب احتمال العثور على إلكترون في نقطة معينة في الفضاء، حيث تصف الأرقام الكمية المرتبطة بالمدار الخصائص الفريدة لذلك المدار.

أهم رقم كمي هو الرقم الكمي الأساسي والذي يحدد حجم وشكل المدار، حيث تتضمن الأرقام الكمومية الأخرى العدد الكمي للزخم الزاوي وعدد الكم المغناطيسي ورقم الكم المغزلي.

• كتابة التكوين الإلكتروني للكبريت: التكوين الإلكتروني للكبريت هو 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4، وفي هذا التكوين هناك ستة إلكترونات في الغلاف الخارجي أربعة من هؤلاء في المدار s واثنان في المدار p.

• كتابة التكوين الإلكتروني للنيتروجين: يحتوي النيتروجين على العدد الذري 7 والتكوين الإلكتروني 1s2 2s2 2p3.

السمات البارزة لمبدأ أوفباو

يتم تحديد طاقة المدار من خلال قاعدة (n + l) حيث يرمز الحرف “n” إلى رقم الكم الأساسي و “l” يرمز إلى رقم الكم السمتي، فكلما انخفضت قيمة (n + l) في مدار ستكون طاقته أقل وإذا كان لمدارين نفس القيمة لـ (n + l) فإن المدار الذي يحتوي على قيمة أعلى من n سيكون له طاقة أعلى.

أثناء ملء الإلكترونات في المدارات لاستكمال التكوين الإلكتروني ستشغل الإلكترونات أولاً مدارات ذات طاقة أقل فقط بعد احتلال المدارات ذات الطاقة المنخفضة، ويجب أن تحتل الإلكترونات مدارات الطاقة الأعلى.

يقول مبدأ أوفباو على أن الإلكترونات تعبئ المدارات الذرية التي تكون طاقتها قليلة جدا قبل أن تملأ المدارات التي تتميز بارتفاع طاقتها (أوفباو هي كلمة ألمانية تعني البناء وباتباع هذه القاعدة يمكن معرفة تكوينات الإلكترون للذرات أو الأيونات.