איך להבין את התצורה האלקטרונית של אטומים

הצורה האלקטרונית של אטום היא דרך לתאר איך אלקטרונים שלו מסודרים בדרגות אנרגיה ובתת-דרגות שונות סביב גרעין האטום. הצורה האלקטרונית של אטום קובעת רבות מהתכונות הפיזיות והכימיות שלו, כגון איך הוא מגיב עם אטומים אחרים, איך הוא מוליך חשמל, ואיך הוא מתנהג בשדה מגנטי.

מהו אלקטרון?

אלקטרון הוא חלקיק תת-אטומי טעון שלילית שמסתובב סביב גרעין האטום. הגרעין מורכב מפרוטונים טעונים חיובית ונייטרונים טעונים נייטרלי. מספר הפרוטונים בגרעין מגדיר את המספר האטומי של אלמנט, ומספר האלקטרונים באטום נייטרלי שווה למספר הפרוטונים.

אלקטרונים הם בעלי מסה קטנה מאוד בהשוואה לפרוטונים ונייטרונים, והם נעים במהירות רבה במסלולים שלהם. המסלולים אינם מסלולים מעגליים, אלא אזורי מרחב בהם סביר להימצאות האלקטרונים. האזורים הללו נקראים אורביטלים או תת-קליפות, והם有不同的部分需要翻译，我会继续完成剩余部分的翻译。请稍等。

עוד דוגמה היא נחושת (Cu), שיש לה מספר אטומי של 29 ואלקטרונים 29. לפי עקרון הבנוי, תצורת האלקטרונים שלה צריכה להיות [Ar] 4s^2 3d^9, כאשר [Ar] מייצגת את תצורת הארגון (Ar). אך תצורה זו אינה יציבה במיוחד כי תת-הקליפה 3d מלאה חלקית בתשעה אלקטרונים. תצורה יותר יציבה היא [Ar] 4s^1 3d^10, שבה כל תת-הקליפות 4s ו-3d מלאות לחלוטין באחד ועשר אלקטרונים, בהתאמה.

ישנן חריגות נוספות לעקרון הבנוי בממתנים (בלוק d) ולנתונים (בלוק f). כדי לזהות את החריגות הללו, עלינו להתבונן בתצורות האלקטרונים הנצפות שלהם ולהשוות אותן לתצורות המחזיות שלהם על בסיס דרגות האנרגיה שלהם.

מדוע תצורת האלקטרונים של אטום חשובה?

תצורת האלקטרונים של אטום חשובה מכיוון שהיא קובעת רבות מהתכונות הפיזיות והכימיות שלו. למשל:

• מספר האלקטרונים החיצוניים, שהם האלקטרונים בקליפה החיצונית או תת-הקליפה החיצונית, משפיע על איך האטום יוצר קשרים עם אטומים אחרים. אטומים נוטים להשיג או לאבד אלקטרונים כדי להשיג תצורה יציבה של שמונה אלקטרונים חיצוניים (או שניים עבור מימן והליום), שנקרא "כלל השמונה". כלל זה מסביר מדוע אטומים יוצרים יונים, קשרים קוולנטיים או מתכתיים.

• הצורה והכיוון של האורביטלים משפיעים על איך האטומים יוצרים אורביטלים משולבים, שהם שילובים של אורביטלים המאפשרים לאטומים ליצור קשרים בכיוונים שונים. למשל, פחמן יכול ליצור ארבעה אורביטלים sp^3 המצביעים לעבר פינות של טטרהדרון, שלושה אורביטלים sp^2 המצביעים לעבר פינות של משולש, או שני אורביטלים sp המצביעים בכיוונים מנוגדים.

• סוג ומניין האורביטלים המשולבים תלוי במספר האלקטרונים החיצוניים וגיאומטריית המולקולה. למשל, פחמן יכול ליצור ארבעה אורביטלים sp^3, שלושה אורביטלים sp^2, או שני אורביטלים sp בהתאם לשאלה אם הוא קשור בארבעה, שלושה, או שני אטומים, בהתאמה.

• האורביטלים המשולבים יכולים להתפצל עם אורביטלים אחרים או משולבים באטומים אחרים כדי ליצור קשרי סייגה, שהם קשרים קוולנטיים חזקים שיש להם סימטריה צינורית סביב ציר הקשר. למשל, מתאן יש לו ארבעה קשרי סייגה שנוצרים מההתפצלות של ארבעה אורביטלים sp^3 על הפחמן עם ארבעה אורביטלים s על המימן.

• האורביטלים p שאינם משולבים יכולים להתפצל צדדי עם אורביטלים p אחרים על אטומים סמוכים כדי ליצור קשרי פי, שהם קשרים קוולנטיים חלשים שיש להם מישור נודלי המכיל ציר הקשר. למשל, אתן יש לו קשר סייגה אחד וקשר פי אחד בין שני אטומי הפחמן, שנוצרים מההתפצלות של אורביטל sp^2 אחד ואורביטל p אחד על כל פחמן.

סיכום 

תצורת האלקטרונים של אטום היא כלי רב עוצמה להבנת התכונות הפיזיות והכימיות שלו. על ידיwendung עקרון הבנוי והחריגות שלו, ניתן לכתוב את תצורת האלקטרונים של כל אלמנט באמצעות מספר האטומי שלו ומקומו בטבלה המחזורית. על ידי שימוש באורביטלים משולבים והתפצלויות שלהם, ניתן להסביר את צורותיהם והבניות הקישורים של מולקולות על בסיס האלקטרונים החיצוניים שלהם. תצורת האלקטרונים של אטום היא לא רק תיאור של מבנהו, אלא גם השתקפות התנהגותו.

הצהרה: כבוד למקור, מאמרים טובים ראויים לשיתוף, אם יש פלישה לזכויות אינטלקטואליות נא צרו קשר למחיקה.