محتويات
ما هي استثناءات مبدأ أوفباو؟
يمثّل مبدأ أوفباو الطريقة التي تُوزّع فيها الإلكترونات على مستويات الطاقة الفرعية الأقل طاقة أولاً، ثم تُعبّأ المستويات الأعلى طاقة؛ فيتم تعبئة المستوى الفرعي s أولاً، ثم المستوى الفرعي p، يليه المستوى الفرعي d، ثم المستوى الفرعي f. لكن تُوزّع الإلكترونات في بعض العناصر خلافاً لما هو متعارف عليه في مبدأ أوفباو، كما في المعادن الانتقالية واللانثانيدات والأكتنيدات.[١]
المعادن الانتقالية
يوجد 10 عناصر انتقالية في الجدول الدوري تُستثنى من مبدأ أوفباو، موضحة حسب الجدول التالي:توزيع الإلكترونات الفعلي | توزيع الإلكترونات حسب مبدأ أوفباو | العدد الذريّ | الرمز | العنصر |
[Ar] 4s^1 3d^5 | [Ar] 4s^2 3d^4 | 24 | Cr | الكروم |
[Ar] 4s^1 3d^10 | [Ar] 4s^2 3d^9 | 29 | Cu | النحاس |
[Kr] 5s^1 4d^4 | [Kr] 5s^2 4d^3 | 41 | Nb | النيوبيوم |
[Kr] 5s^1 4d^5 | [Kr] 5s^2 4d^4 | 42 | Mo | الموليبدنوم |
[Kr] 5s^1 4d^7 | [Kr] 5s^2 4d^6 | 44 | Ru | الروثينيوم |
[Kr] 5s^1 4d^8 | [Kr] 5s^2 4d^7 | 45 | Rh | الروديوم |
[Kr] 4d^10 | [Kr] 5s^2 4d^8 | 46 | Pd | البالاديوم |
[Kr] 5s^1 4d^10 | [Kr] 5s^2 4d^9 | 47 | Ag | الفضة |
[Xe] 6s^1 4f^14 5d^9 | [Xe] 6s^2 4f^14 5d^8 | 78 | Pt | |
[Xe] 6s^1 4f^14 5d^10 | [Xe] 6s^2 4f^14 5d^9 | 79 | Au | الذهب |
يُوضّح الجدول أن التوزيع الفعلي للإلكترونات مختلف عن مبدأ أوفباو؛ بحيث يأخذ المستوى d إلكتروناً إضافياً من المستوى s في كل عنصر، باستثناء عنصر البلاديوم؛ إذ يأخذ المدارd إلكترونين من المستوى الفرعي s.[١]
اللانثانيدات والأكتنيدات
يتم استثناء 10 عناصر من اللانثانيدات والأكتنيدات من مبدأ أوفباو، حسب الجدول التالي:توزيع الإلكترونات الفعلي | توزيع الإلكترونات حسب مبدأ أوفباو | العدد الذريّ | الرمز | العنصر |
[Xe] 6s^2 5d^1 | [Xe] 6s^2 4f^1 | 57 | La | اللانثانوم |
[Xe] 6s^2 4f^1 5d^1 | [Xe] 6s^2 4f^2 | 58 | Ce | السيريوم |
[Xe] 6s^2 4f^7 5d^1 | [Xe] 6s^2 4f^8 | 64 | Gd | الغادولينيوم |
[Rn] 7s^2 6d^1 | [Rn] 7s^2 5f^1 | 89 | Ac | الأكتينيوم |
[Rn] 7s^2 6d^2 | [Rn] 7s^2 5f^2 | 90 | Th | الثوريوم |
[Rn] 7s^2 5f^2 6d^1 | [Rn] 7s^2 5f^3 | 91 | Pa | البروتكتينيوم |
[Rn] 7s^2 5f^3 6d^1 | [Rn] 7s^2 5f^4 | 92 | U | |
[Rn] 7s^2 5f^4 6d^1 | [Rn] 7s^2 5f^5 | 93 | Np | النبتونيوم |
[Rn] 7s^2 5f^7 6d^1 | [Rn] 7s^2 5f^8 | 96 | Cm | الكوريوم |
[Rn] 7s^2 5f^14 7p^1 | [Rn] 7s^2 5f^14 6d^1 | 103 | Lr | اللورنسيوم |
يأخذ المستوى d إلكتروناً واحداً من المدارf في العناصر المذكورة في الجدول أعلاه، باستثناء الثوريوم واللورنسيوم؛ ففي عنصر الثوريوم يأخذ المدار6d إلكترونين من المدار 5f، بينما في عنصر اللورنسيوم يظهر المدار7P بدلاً من المدار6d.[١]
أسباب وجود استثناءات لمبدأ أوفباو
تستند الاستثناءات السابقة إلى أن المستويات الفرعية الكاملة أو النصف ممتلئة أكثر استقراراً من المستويات الممتلئة جزئياً؛ وبالتالي ينتقل الإلكترون إلى المستوى الأعلى طاقة لتعبئته كاملاً أو إيصاله إلى حالة نصف الامتلاء، وبذلك يخالف نص مبدأ أوفباو حتى يحقق استقرار الذرة.[٢]
محددات مبدأ أوفباو
يملك مبدأ أوفباو مجموعة من المحددات، وفيما يأتي أبرزها:[٣]
- يفشل مبدأ أوفباو بالتنبؤ بعدد الإلكترونات التي يلزم إزالتها عند تشكيل أيون من الذرة.
- يكون التكوين الإلكتروني حسب تسلسل مبدأ أوفباو في عنصر الكروم عندما يكون العدد الذريّ له 34 هو: 3d4 5s2، لكن بعد إجراء التجارب تبين أن التوزيع الحقيقي في هذه الحالة هو: 3d5 4s1، على الرغم من أن المستوى (n-1) d قريب من المستوى ns، لكنه أعلى منه طاقة.
- يعدّ المستوى 4f قريب جداً من المستوى 5d في الفترة السادسة. في حالة اللانثانوم ذو العدد الذريّ 57 من المتوقع أن ينتقل الإلكترون الأخير إلى 4f، لكن بالحقيقة يضاف الإلكترون إلى المستوى 5d؛ بحيث يصبح التكوين: 4d10 5s3 5p6 5d1 6s3. ويضاف الإلكترون الأخير في عنصر اللانثانوم عندما يكون العدد الذريّ له 58 إلى المستوى 4f، ويتحول الإلكترون السابق في المستوى 5d إلى المستوى 4f، ليصبح التكوين: 4d10 5s2 5d6 4f2 5d0 6s2.
- يكون ترتيب الإلكترونات في عنصر الزركونيوم ذو العدد الذريّ 40 هو: 5s2 4d2، ولكن يلاحظ أن الترتيب في عنصر النبتونيوم عندما يكون العدد الذريّ 41 هو:5s2 4d3؛ بسبب استقرار النواة في حالة نصف الامتلاء. وتساهم أيضاً قوى الإلكترون في النواة المعقدة بتحديد تسلسل التكوين الإلكتروني.
- يعدّ التكوين الإلكتروني في عنصر البالاديوم ذو العدد الذريّ 46 الحالة الوحيدة التي يتم فيها رصد إلكترونين في غير محلهما. بحيث يكون التكوين: 5s0 4d10، خلافاً للتكوين الإلكتروني المتوقع: 5s2 4d8.
المراجع
- ^ أ ب ت "Aufbau Principle", chemistrygod, 18/2/2020, Retrieved 20/12/2021. Edited.
- ↑ Bert Markgraf (28/3/2018), "What is the Basis For Exceptions to the Aufbau Principle", sciencing, Retrieved 20/12/2021. Edited.
- ↑ "Limitation Of Aufbau Principle", tutorhelpdesk, Retrieved 21/12/2021. Edited.
