مستويات الطاقة في الذرة

الذرة

الذرة هي الوحدة الأساسية للمادة والبنية المحددة بالنواة، وقد حدث كل هذا خلال الدقائق القليلة الأولى من وجود الكون، واستغرق الأمر 380،000 سنة حتى يبرد الكون بما يكفي لإبطاء الإلكترونات حتى تتمكن الأنوية من التقاطها لتشكيل الذرات الأولى، وفي هذا المقال سيتم تناول مكونات الذرة، ومستويات الطاقة في الذرة.^[١]

مكونات الذرة

تتكون الذرة من نواة موجبة الشحنة من البروتونات، ومن النيوترونات، وهي محاطة بسحابة من الإلكترونات سالبة الشحنة، وتتوزع فيما يعرف بمستويات الطاقة في الذرة، والنواة صغيرة وكثيفة مقارنة بالإلكترونات التي تعتبر أخف جسيمات مشحونة في الطبيعة، وتنجذب الإلكترونات لأي شحنة موجبة بواسطة قوتها الكهربائية في الذرة، حيث تربط القوى الكهربائية الإلكترونات بالنواة، ونظرًا لطبيعة ميكانيكا الكم، لم تكن هناك صورة واحدة مرضية تمامًا في تصور الخصائص المختلفة للذرة، مما كان يضطر الفيزيائيين لاستخدام صور تكميلية للذرة لشرح خصائصها المختلفة؛ ففي بعض الأحيان تتصرف الإلكترونات الموجودة في الذرة مثل الجسيمات التي تدور حول النواة، وفي أحيان أخرى، تتصرف الإلكترونات مثل المدارات الثابتة حول النواة، وتصف أنماط المدارات، توزيع الإلكترونات الفردية في مستويات الطاقة في الذرة، حيث يتأثر سلوك الذرة بشدة بصفات مداراتها، ويتم تحديد خواصها الكيميائية من خلال ما يحدث في مداراتها المختلفة، وتجدر الإشارة إلى أن معظم المادة تتكون من تكتل الجزيئات، والتي يمكن فصلها بسهولة نسبية، وتتكون الجزيئات بدورها من ذرات مرتبطة بصلات كيميائية يصعب تحطيمها، وتتكون كل ذرة على حدة من جزيئات أصغر، وهي الإلكترونات والنوى، وهذه الجسيمات مشحونة كهربائيًا، والقوى الكهربائية في الشحنة مسؤولة عن تثبيت الذرة، وتتطلب محاولات فصل هذه الجسيمات، قدرًا متزايدًا من الطاقة التي تتفاوت خلال مستويات الطاقة في الذرة.^[٢]

مستويات الطاقة في الذرة

تشير مستويات الطاقة في الذرة إلى الغلاف أو المدار الذي يقع فيه الإلكترون، ويرمز إلى هذا الغلاف برقم الكم الرئيس، والذي يرمز له بالحرف n، حيث يقدم العنصر الأول من فترات الجدول الدوري مستوى طاقة رئيسًا جديدًا، وتجدر الإشارة إلى أن مفهوم مستويات الطاقة في الذرة هو جزء من النموذج الذري الذي يعتمد على تحليل رياضي للأطياف الذرية، فكل إلكترون في الذرة لديه قدر من الطاقة يحدد علاقته مع الإلكترونات سالبة الشحنة الأخرى في الذرة، ويحدد علاقته كذلك مع النواة الذرية موجبة الشحنة، ويمكن للإلكترون أن ينتقل خلال مستويات الطاقة في الذرة، وتزيد طاقة المستوى بشكل أكبر من النواة، فكلما انخفضت أعداد مستويات الطاقة الرئيسة في الذرة، كلما اقتربت الإلكترونات من بعضها البعض، ومن نواة الذرة، لكن أثناء التفاعلات الكيميائية، يكون من الصعب انتقال الإلكترون من مستوى طاقة أقل إلى مستوى طاقة أعلى، وفيما يأتي بعض المفاهيم الأساسية المتعلقة بمستويات الطاقة في الذرة:^[٣]

قواعد مستويات الطاقة الرئيسة

يتحدد مستوى الطاقة الرئيس من خلال العلاقة: س=2 ن²، حيث يرمز ن إلى رقم المستوى، وترمز س إلى عدد الإلكترونات التي يتشبع بها كل مستوى، فيمكن أن يحتوي مستوى الطاقة الأول على 2* 1 ² أو إلكترونين، ويمكن أن يحتوي المستوى الثاني على ما يصل إلى 2* 2 ² أو ثمانية إلكترونات، ويمكن أن يحتوي المستوى الثالث ما يصل إلى 2 *3 ² أو 18 إلكترونًا، ويحتوي مستوى الطاقة الرئيس الأول على مستوى فرعي واحد يحتوي على أوربيتال، ويسمى أوربيتال s، ويمكن لهذا الأوربيتال أن يتحرك فيه إلكترونان فقط كحد أقصى، أما مستوى الطاقة الرئيس الذي يليه فهو يحتوي على أوربيتال s واحد، وثلاث أوربيتالات p يمكنها أن تحمل 6 إلكترونات، لذلك يحمل مستوى الطاقة الرئيس الثاني 8 إلكترونات، إلكترونان في أوربيتال s، و 6 إلكترونات في أوربيتالات p، ويحتوي مستوى الطاقة الرئيس الثالث على مدار s واحد، وثلاث مدارات p، وخمس أوربيتالات d يمكن لكل منها استيعاب ما يصل إلى 10 إلكترونات، وهذا يسمح بحمل 18 إلكترون كحد أقصى، أما المستوى الرابع، فله مستوى فرعي f بالإضافة إلى المدارات s ، p ، d، ويحتوي هذا المستوى على سبعة أوربيتالات f، والتي يمكن لكل منها استيعاب 14 إلكترونًا، لذلك يصبح العدد الإجمالي للإلكترونات في مستوى الطاقة الرئيس الرابع هو 32 إلكترونًا.

ترميز الإلكترون

يحتوي الترميز المستخدم للإشارة إلى نوع مستويات الطاقة في الذرة، وعدد الإلكترونات في تلك المستويات، على معامل لعدد مستويات الطاقة الرئيسة، وحرف للمستويات الفرعية، ولذلك فهو يوضح عدد الإلكترونات الموجودة في هذا المستوى الفرعي، وعلى سبيل المثال، يشير الرمز 4p³ إلى المستوى الرئيس الرابع للطاقة، والمستوى الفرعي p، وثلاثة إلكترونات في المستوى الفرعي p.

المراجع[+]

1. ↑ "What is an Atom?", www.livescience.com, Retrieved 07-08-2019. Edited.
2. ↑ " Atom ", www.britannica.com, Retrieved 07-08-2019. Edited.
3. ↑ " Principal Energy Level Definition ", www.thoughtco.com, Retrieved 07-08-2019. Edited.