כימיה לבגרות/סידור האלקטרונים באטום (ע"פ המערכה המחזורית)

כאמור, האלקטרונים מקפים את הגרעין האטום בו נמצאים הפרוטונים והניטרונים. כדי לדעת כמה אלקטרונים יש מסביב לגרעין ובאיזה מעגל (רמה) הם מסודרים, אנו מבצעים את השלבים הבאים :

כיתוב תמונה

1. בדיקה באיזה שורה נמצא היסוד, כאשר השורות מסמנות את הרמות ("המעגלים") שיש לאטום.
2. בדיקה באיזה טור נמצא. הטור הוא מספר האלקטרונים האחרונים ברמה.
3. מילואי השורות החסרות על פי הנוסחא 2n² (כאשר n מייצג את מספר הרמה).
4. שינוי מספר האלקטרונים האחרונים לפי מטען האטום (אם אינו טעון אין מה לשנות). זכור :

כשיש מינוס ( - ) – מוסיפים אלקטרונים (ראה דוגמא).

כשיש פלוס ( + ) – מורידים אלקטרונים.

1. בדיקה – ספרית המספרים ובדיקת התאמתם למספר האטומי של האטום במערכה המחזורית.

דוגמא

נתון : האטום ^2-Cl סדר את האלקטרונים בו.

• האטום נמצא בשורה שלישית ולכן מספר הרמות שלו שוות לשלוש :
  Cl ..., ..., ...

• האטום נמצא בטור 7 ולכן אלקטרו ערכיות (מספר אלקטרונים האחרונים אצלו ברמה האחרונה) הם שבע :

Cl ..., ..., 7

• שימוש בנוסחא 2n² למילואי החסר.

Cl 2, 8, 7

רמה 1 : 2X1²

רמה 2 : 2X2²

רמה 3 : מצאנו בסעיף הקודם

• אטום Cl^-2 קיבל 2 אלקטרונים ולכן אנו נוסיף לרמתו האחרונה שני אלקטרונים.

Cl^-22, 8, 7+2

Cl^-2 2, 8, 9

• בדיקה : בטבלה המחזורית המספר האטומי של היסוד הוא 17 כיוון שהאטום יקבל שני אלקטרונים אז מספר האלקטרונים שלו הוא 19.

עתה נחשב את סכום האטומים שיצא לנו בסעיף 4 (2+8+9 = 19).

כיוון שהמספרים זהים אז התשובה שהתקבלה הגיונית!

יוצאי דופן

כמו בכל נוסחא תמיד ישנם אטומים יוצאים דופן. אטומים אלה הם אטומים שלהם מילאנו את כל המקומות ונשארו שני מקומות פנויים והסכום שעלינו להוסיף הוא 16,26. במקרים כאלו, נשלים את החסר 8,18,18,8...

דוגמא Cs

• נמצא בשורה 6 - יש לו 6 רמות.
• טור 1 - ברמה 6 נמצא המספר 1.

Cs ..., ...,...,...,...,1

• נמלא על פי 2n². כלומר, אנו יודעים את המספרים : 2,8,18,1.

Cs 2, 8,18,...,...,1

• אנחנו לא יכולים במצב כזה להשתמש בנוסחא, ולכן, נממלא את המקום הראשון ב- 18 והשני ב- 8.

Cs 2, 8,18,18,8,1

הערכות האלקטרונים ברמות האנרגיה

לסדר בו נערכים האלקטרונים באטום אנו קוראים כלל האוטובוס. דמיינו את עצמכם עולים על האוטובוס ומחפשים מקום לשבת, אתם רוצים לשבת כמה שיותר קרוב, אבל תעדיפו מושב ריק על מושב מלא.

גם האלקטרונים ממלאים את האורביטלים בעלי האנרגיה הנמוכה ביותר, אלקטרון בכל אורביטל, עד שכל האורביטלים בעלי אותה הרמה מאוכלסים עם אלקטרון אחד ואז האלקטרון הבא נכנס לאורביטל שכבר יש בו אלקטרון נוסף.

נעבור על הערכות האלקטרונים באטום נתרן בעל המספר האטומי 11 ויש לו 11 אלקטרונים (כל אטום בעל מספר אטומי נמוך יותר מתמלא באותה השיטה אך עוצר את איכלוס האלקטרונים כאשר אין לו עוד אלקטרונים לאכלס). האלקטרון הראשון מאכלס את האורביטל 1s. האלקטרון השני שלו מאכלס גם הוא את האורביטל 1s והוא יהיה בעל ספין הפוך לאלקטרון הראשון באורביטל. ומלאנו את רמת האנרגיה הראשונה.

האלקטרון השלישי בנתרן יאכלס את האורביטל 2s, ובכך יעביר את רמת הערכיות לרמת אנרגיה השניה. האלקטרון הרביעי יאכלס גם את 2s ויהיה בעל ספין הפוך. האלקטרונים החמישי, השישי והשביעי וימלאו כל אחד אורביטל 2p שונה, מכיוון ששלושת האורבילים בעלי אנרגיה זהה האלקטרונים לא ימלאו אורביטל אחד וישאירו אורביטל אחר ריק. האלקטרונים השמיני עד העשירי ימלאו את האורביטלי 2p כך שיהיה בכל אחד שני אלקטרונים (מה יהיה היחס בין האלקטרונים?) והרמה השניה תהיה מלאה.

האלקטרון האחרון של הנתרן יאכלס את האורביטל 3s ויקבע את רמת הערכיות של האטום ברמת האנרגיה שלישית. באטום הנתרן יש רק אלקטרון אחד ברמת הערכיות.

סך הכל נסמן את ההערכות האלקטרונית של הנתרן בצורה הבאה: $Na(2,8,1)$

תרגיל 1: מהי היערכות האלקטרונים באטום חמצן $_{8}O$ ואטום זרחן $_{15}P$?
$O(2,6)$ $P(2,8,5)$