የኤሌክትሮን አቀማመጦች፦ የአውፍባው ቅደም ተከተል፣ የሁንድ ደንብና አዮኖች

ቅርፊቶች፣ ንዑስ ቅርፊቶችና የምህዋር አቅም

በአቶም ውስጥ ያለ እያንዳንዱ ኤሌክትሮን በአራት ኳንተም ቁጥሮች ይገለጻል። ዋናው ኳንተም ቁጥር n (1፣ 2፣ 3፣ …) ቅርፊቱን ይወስናል። የማዕዘን ጉልበት ኳንተም ቁጥር l ከ0 እስከ n − 1 ይሄዳል፤ ንዑስ ቅርፊቱን ይወስናል፦ l = 0፣ 1፣ 2 እና 3 s፣ p፣ d እና f ተብለው ይሰየማሉ። መግነጢሳዊ ኳንተም ቁጥር mₗ ከ−l እስከ +l ይሄዳል፤ ስለዚህ ንዑስ ቅርፊት 2l + 1 ምህዋሮችን ይይዛል። የሽክርክሪት ኳንተም ቁጥር mₛ +½ ወይም −½ ነው።

እያንዳንዱ ምህዋር ቢበዛ ሁለት ኤሌክትሮኖችን ስለሚይዝ የs ንዑስ ቅርፊት 2፣ p 6፣ d 10፣ f ደግሞ 14 ይይዛል። ሙሉ ቅርፊት 2n² ኤሌክትሮኖችን ይይዛል፦ ለn = 1 2፣ ለn = 2 8፣ ለn = 3 ደግሞ 18። የወቅታዊ ሰንጠረዡ ብሎኮች 2፣ 6፣ 10 እና 14 ዓምዶች ስፋት ያላቸው በእነዚህ አቅሞች ምክንያት ነው።

የአውፍባው አሞላል ቅደም ተከተልና ወቅታዊ ሰንጠረዥ

በመሠረታዊ ሁኔታ ኤሌክትሮኖች ዝቅተኛ ኃይል ያላቸውን ንዑስ ቅርፊቶች ይይዛሉ፤ ይህ የአውፍባው መርህ ነው። በብዙ ኤሌክትሮን አቶም ውስጥ የንዑስ ቅርፊት ኃይል ከn በተጨማሪ በl ላይም የተመሠረተ ነው፤ ምክንያቱም የs ኤሌክትሮን ተመሳሳይ n ካለው የp ወይም d ኤሌክትሮን ይልቅ ወደ ኒውክሊየስ ይበልጥ ይቀርባል፤ በውስጣዊ ኤሌክትሮኖችም ያነሰ ይጋረዳል። ለገለልተኛ አቶሞች የሚመጣው ቅደም ተከተል 1s፣ 2s፣ 2p፣ 3s፣ 3p፣ 4s፣ 3d፣ 4p፣ 5s፣ 4d፣ 5p፣ 6s፣ 4f፣ 5d፣ 6p፣ 7s፣ 5f፣ 6d፣ 7p ነው።

የn + l ደንብ ይህንን ቅደም ተከተል ያባዛል፦ ንዑስ ቅርፊቶችን በሚጨምር n + l ቅደም ተከተል ይሙሉ፤ ሁለት ንዑስ ቅርፊቶች እኩል ሲሆኑም ዝቅተኛ n ያለውን መጀመሪያ ይሙሉ። ስለዚህ 4s (4 + 0 = 4) ከ3d (3 + 2 = 5) በፊት ይሞላል። ቅደም ተከተሉን ከወቅታዊ ሰንጠረዡም ማንበብ ይችላሉ። በአንድ ወቅት ላይ ሲሄዱ በs ብሎክ፣ ከዚያ ካለ f ብሎክ፣ ከዚያ d ብሎክ፣ ከዚያ p ብሎክ ያልፋሉ፤ d ንዑስ ቅርፊት ከወቅት ቁጥሩ አንድ ቅርፊት ወደ ኋላ፣ f ደግሞ ሁለት ወደ ኋላ ነው።

ቅደም ተከተሉ ከአንድ ንጥረ ነገር ወደ ቀጣዩ የሚቀጥለውን ኤሌክትሮን የሚቀበለው ንዑስ ቅርፊት የትኛው እንደሆነ ይነግርዎታል። 4s ሁልጊዜ ከ3d ዝቅተኛ ኃይል አለው ማለት አይደለም። 3d አንዴ ከተያዘ ኃይሉ ከ4s ይወድቃል፤ የሽግግር ብረት ካቲዮኖች 4s ኤሌክትሮኖቻቸውን መጀመሪያ የሚያጡት ለዚህ ነው።

የፓውሊ ማግለያ፣ የሁንድ ደንብና የምህዋር ሥዕሎች

የፓውሊ ማግለያ መርህ በአቶም ውስጥ ሁለት ኤሌክትሮኖች ተመሳሳይ አራት ኳንተም ቁጥሮችን አይጋሩም ይላል። በአንድ ምህዋር ውስጥ ያሉ ሁለት ኤሌክትሮኖች n፣ l እና mₗን ቀድሞ ይጋራሉ፤ ስለዚህ ተቃራኒ ሽክርክሪት ሊኖራቸው ይገባል፤ ማንኛውም ምህዋር ሦስተኛ መያዝ አይችልም።

የሁንድ ደንብ በእኩል ኃይል ባሉ ምህዋሮች ላይ ይተገበራል፤ ማለትም በአንድ ንዑስ ቅርፊት ውስጥ እኩል ኃይል ያላቸው። ማንኛውም መጣመር ከመጀመሩ በፊት ኤሌክትሮኖች ተመሳሳይ ሽክርክሪት ሆነው አንድ በአንድ ይይዟቸዋል። መጣመር ኃይልን ይጨምራል፤ ምክንያቱም በአንድ ምህዋር ውስጥ ያሉ ሁለት ኤሌክትሮኖች በጠንካራ ሁኔታ ይገፋፋሉ፤ በተለያዩ ምህዋሮች ውስጥ ያሉ ተመሳሳይ ሽክርክሪቶች ደግሞ የልውውጥ መረጋጋት ያገኛሉ። ስለዚህ የናይትሮጂን 2p³ ሦስት ያልተጣመሩ ኤሌክትሮኖች አሉት፤ የኦክስጅን 2p⁴ ደግሞ አንድ ጥንድና ሁለት ያልተጣመሩ ኤሌክትሮኖች አሉት።

በምህዋር ሥዕል ውስጥ ለእያንዳንዱ ምህዋር አንድ ሳጥን ይሳሉ፣ ንዑስ ቅርፊቶችን በአውፍባው ቅደም ተከተል ይሙሉ፤ በአንድ ንዑስ ቅርፊት ውስጥም ሁለተኛ ከመጨመርዎ በፊት በእያንዳንዱ ሳጥን አንድ ቀስት ያስቀምጡ። ያልተጣመሩ ኤሌክትሮኖች ያሏቸው አቶሞች ፓራማግኔቲክ ናቸው፤ ወደ መግነጢሳዊ መስክ ይሳባሉ፤ ሁሉም ኤሌክትሮኖች የተጣመሩባቸው አቶሞች ዲያማግኔቲክ ናቸው።

የተሠሩ ምሳሌዎች፦ ሴሌኒየም እና ዚርኮኒየም

ምሳሌ 1፦ ሴሌኒየም፣ Z = 34። 34 ኤሌክትሮኖች እስኪቀመጡ ድረስ በአውፍባው ቅደም ተከተል ይሙሉ፦ 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁴። ጠቅላላውን ይፈትሹ፦ 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 4 = 34። ለክቡር ጋዝ ምልክት አጻጻፍ የመጀመሪያዎቹን 18 ኤሌክትሮኖች የቀደመውን ወቅት በሚያበቃው ክቡር ጋዝ [Ar] ይተኩ፦ [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴። ንዑስ ቅርፊቶችን እዚህ እንዳለው በቅርፊት ቁጥር መዘርዘር የተለመደ ልማድ ነው፤ [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁴ ተመሳሳዩን አቀማመጥ በአሞላል ቅደም ተከተል ይገልጻል።

የሴሌኒየም አራቱ 4p ኤሌክትሮኖች በሦስት ምህዋሮች ላይ ይሰራጫሉ። የሁንድ ደንብ በእያንዳንዱ አንድ ያስቀምጣል፤ አራተኛውን ያጣምራል፤ ሁለት ያልተጣመሩ ኤሌክትሮኖችም ይቀራሉ። ስድስቱ የቫለንስ ኤሌክትሮኖቹ 4s² 4p⁴ በቡድን 16 ከኦክስጅንና ከሰልፈር ውጫዊ ንድፍ ጋር ይመሳሰላሉ፤ ሴሌኒየም ከክሪፕተን ጋር ተመሳሳይ ኤሌክትሮን ያለውን ሴሌናይድ አዮን Se²⁻ የሚፈጥረው ለዚህ ነው።

ምሳሌ 2፦ ዚርኮኒየም፣ Z = 40። 36 ኤሌክትሮኖችን ከሚይዘው [Kr] በኋላ አራት ይቀራሉ። ቀጣዮቹ ንዑስ ቅርፊቶች 5s እና ከዚያ 4d ናቸው፤ ይህም [Kr] 4d² 5s² ይሰጣል፤ ከNIST የመሠረታዊ ሁኔታ መረጃ ጋር ይስማማል። ሁለቱ 4d ኤሌክትሮኖች በተለያዩ ምህዋሮች ውስጥ ተመሳሳይ ሽክርክሪት ሆነው ይቀመጣሉ፤ ስለዚህ ዚርኮኒየም ሁለት ያልተጣመሩ ኤሌክትሮኖች አሉት።

ክሮሚየም፣ መዳብ እና ቀላል ደንቦችን የሚቋቋሙ ልዩ ሁኔታዎች

የአውፍባው ቅደም ተከተል ለክሮሚየም [Ar] 3d⁴ 4s² እና ለመዳብ [Ar] 3d⁹ 4s² ይተነብያል። ስፔክትሮስኮፒ [Ar] 3d⁵ 4s¹ እና [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ ያሳያል። በእነዚህ አቶሞች 4s እና 3d በኃይል ተቀራራቢ ስለሆኑ አንድ ኤሌክትሮንን ወደ 3d ማንቀሳቀስ በግማሽ የተሞላ ወይም የተሞላ d ንዑስ ቅርፊት የልውውጥ መረጋጋት እየረዳ ጠቅላላ ኃይልን ይቀንሳል። ሞሊብዲነም [Kr] 4d⁵ 5s¹ እና ብር [Kr] 4d¹⁰ 5s¹ ከላያቸው ያሉትን ንጥረ ነገሮች ተመሳሳይ ንድፍ ይከተላሉ።

በግማሽ የተሞላ ንዑስ ቅርፊት ማብራሪያ አጠቃላይ ደንብ አይደለም። ኒዮቢየም [Kr] 4d⁴ 5s¹ ነው፤ 4d ንዑስ ቅርፊቱ በግማሽም በሙሉም ባይሞላም፤ ፓላዲየም [Kr] 4d¹⁰ ነው፤ ምንም 5s ኤሌክትሮን የለውም፤ ከሞሊብዲነም በቀጥታ በታች ያለው ቱንግስተን [Xe] 4f¹⁴ 5d⁴ 6s² ነው። ኮርስዎ የሚፈልጋቸውን ልዩ ሁኔታዎች አጠቃላይ ሊሆን ከማይችል ደንብ ከማውጣት ይልቅ ከመረጃ ይማሩ።

አንድ አቶም ያላቸው የአዮኖች አቀማመጦች

ለአኒዮን ኤሌክትሮኖችን ወደ ቀጣዩ ነፃ ንዑስ ቅርፊት ይጨምሩ፦ ክሎሪን [Ne] 3s² 3p⁵ ወደ Cl⁻፣ [Ne] 3s² 3p⁶ ይሆናል፤ ከአርጎን ጋር ተመሳሳይ ኤሌክትሮን አለው። ለካቲዮን ከፍተኛ n ካለው ንዑስ ቅርፊት መጀመሪያ ኤሌክትሮኖችን ያስወግዱ፤ በዚያ ቅርፊት ውስጥ ደግሞ ከs በፊት ከp። ለመጀመሪያው ረድፍ የሽግግር ብረት ይህ ከማንኛውም 3d ኤሌክትሮኖች በፊት 4s ኤሌክትሮኖችን ይወስዳል።

ምሳሌ 3፦ የብረት አዮኖች። ብረት [Ar] 3d⁶ 4s² ነው። Fe²⁺ ሁለቱንም 4s ኤሌክትሮኖች አጥቶ [Ar] 3d⁶ ይሰጣል፤ Fe³⁺ ደግሞ ከ3d አንድ ተጨማሪ አጥቶ [Ar] 3d⁵ ይሰጣል። ቆጠራዎቹን ይፈትሹ፦ ብረት 26 ኤሌክትሮኖች አሉት፣ Fe²⁺ 18 + 6 = 24፣ Fe³⁺ ደግሞ 18 + 5 = 23። ነፃው Fe³⁺ አዮን በእያንዳንዱ 3d ምህዋር አንድ፣ አምስት ያልተጣመሩ ኤሌክትሮኖች አሉት።

ተመሳሳይ አመክንዮ በp ብሎክ ውስጥ ይተገበራል። ቲን [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p² ነው፤ Sn²⁺ ሁለቱን 5p ኤሌክትሮኖቹን አጥቶ [Kr] 4d¹⁰ 5s² ይሆናል። መዳብ(I) [Ar] 3d¹⁰ ነው፤ ምክንያቱም የመዳብ ብቸኛው 4s ኤሌክትሮን መጀመሪያ ይወጣል።

አቀማመጦችን ሲጽፉ የሚፈጠሩ የተለመዱ ስህተቶች

አብዛኞቹ የአቀማመጥ ስህተቶች በጥቂት ንድፎች ውስጥ ይወድቃሉ፤ እያንዳንዳቸውም ወደ ቀጣዩ ከመሄድዎ በፊት በፈጣን ፍተሻ ሊያዙ ይችላሉ።

ጥያቄ ያልተጣመሩ ኤሌክትሮኖችን ሲጠይቅ ከአቀማመጥ ሰንሰለቱ ከመገመት ይልቅ ለከፊል የተሞላው ንዑስ ቅርፊት የምህዋር ሥዕል ይሳሉ። ስለ አዮን ሲጠይቅ መጀመሪያ ገለልተኛውን አቶም ይጻፉ፤ ከዚያ ኤሌክትሮኖችን ይጨምሩ ወይም ያስወግዱ።

• 3d ኤሌክትሮኖችን ከ4s በፊት ማስወገድ፦ Fe²⁺ [Ar] 3d⁶ ነው እንጂ [Ar] 3d⁴ 4s² አይደለም። እንደ Fe²⁺፣ Co²⁺ እና Cu⁺ ያሉ የተለመዱ የመጀመሪያ ረድፍ ካቲዮኖች ምንም 4s ኤሌክትሮን የላቸውም።
• የተሳሳተ የክቡር ጋዝ ዋና መጠቀም፦ ዋናው ከቀደመው ወቅት ያለው ክቡር ጋዝ ነው፤ ለንጥረ ነገሮች 19 እስከ 36 [Ar]።
• ኤሌክትሮኖችን በስህተት መቁጠር፦ ልዕለ ጽሑፎቹ ለአቶም ከZ ጋር፣ ለአዮን ደግሞ ከZ ሲቀነስ ክፍያ ጋር መደመር አለባቸው።
• ንዑስ ቅርፊትን ከአቅም በላይ መሙላት፣ ለምሳሌ 2p⁷ ወይም 3d¹¹።
• እያንዳንዱ ምህዋር አንድ ከመያዙ በፊት በp ወይም d ንዑስ ቅርፊት ኤሌክትሮኖችን ማጣመር።
• የd ብሎክን በተሳሳተ ቅርፊት ማስቀመጥ፦ ወቅት 4 3dን ይሞላል እንጂ 4dን አይደለም።
• መረጃን ሳይፈትሹ የCr እና Cu ንድፍን ከታች ላሉት ሁሉም ንጥረ ነገሮች መተግበር።