التراكيب الإلكترونية وحالات التأكسد ومن يُعدّ عنصرًا انتقاليًّا
الأسبوع 2 · الباب الأول (٢): التركيب الإلكتروني لعناصر السلسلة الأولى واستثناءا الكروم والنحاس وحالات التأكسد وتفسير سهولة أكسدة أيون الحديد (II) وصعوبة أكسدة أيون المنجنيز (II) وتعريف العنصر الانتقالي · 3 دروس
1
التركيب الإلكتروني للسلسلة الأولى والاستثناءان
Chemistry Sec 3 Term 1, Chapter 1: pp. 8–11
الهدفاكتب التركيب الإلكتروني لكل ذرة في السلسلة الأولى مع استثناءي الكروم والنحاس، وارسم صناديق 3d لها، وعُدّ الإلكترونات d المفردة.
كلمات جديدة
قاعدة هوند · تتوزع الإلكترونات على أوربيتالات المستوى الفرعي الفارغة إلكترونًا في كل أوربيتال قبل أن يأخذ أي أوربيتال إلكترونًا ثانيًاإلكترون مفرد · إلكترون وحيد في أوربيتاله (الصندوق)مستوى فرعي نصف ممتلئ · مستوى فيه إلكترون واحد في كل أوربيتال مثل 3d⁵؛ والممتلئ تمامًا 3d¹⁰
الشرح
بعد الأرجون [Ar] تدخل الإلكترونات التالية المستوى 4s، فالكالسيوم [Ar] 4s². ومن الاسكانديوم فصاعدًا تأخذ صناديق 3d الخمسة الإلكترونات: واحدًا في كل صندوق حتى المنجنيز (3d⁵، قاعدة هوند)، ثم يبدأ الازدواج من الحديد: Fe 3d⁶ وCo 3d⁷ وNi 3d⁸، ثم الخارصين 3d¹⁰. فالنمط المنتظم هو [Ar] 3dⁿ 4s² حيث n يزداد من 1 عند Sc إلى 10 عند Zn. وتخرج عن النمط ذرتان: الكروم [Ar] 3d⁵ 4s¹ والنحاس [Ar] 3d¹⁰ 4s¹؛ إذ ينتقل إلكترون من 4s إلى 3d فيصبح المستوى 3d نصف ممتلئ أو ممتلئًا تمامًا، فتنخفض الطاقة قليلًا. وهذه قاعدة مفيدة لكنها ليست القصة كلها لأن 4s و3d متقاربان في الطاقة، فاحفظ الاستثناءين حقيقتين. ولعدّ الإلكترونات d المفردة ارسم خمسة صناديق واملأها بقاعدة هوند: إذا كان عدد الإلكترونات n فالمفرد n حتى 5، ثم 10 − n بعد ذلك.
أمثلة محلولة
الكوبلت Z = 27. يستوعب الأرجون 18 إلكترونًا، فيبقى 27 − 18 = 9. يذهب اثنان إلى 4s وسبعة إلى 3d: [Ar] 3d⁷ 4s². في صناديق 3d الخمسة تذهب الإلكترونات الخمسة الأولى واحدًا في كل صندوق، ويزدوج الاثنان الأخيران مع صندوقين، فيبقى 3 إلكترونات d مفردة.
الكروم Z = 24. يعطي النمط [Ar] 3d⁴ 4s² لكن الذرة الحقيقية [Ar] 3d⁵ 4s¹ بمستوى 3d نصف ممتلئ. وإلكتروناتها المفردة: خمسة في 3d وواحد في 4s، أي ستة في المجموع.
الذرة
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
إلكترونات d
1
2
3
5
5
6
7
8
10
10
إلكترونات d المفردة
1
2
3
5
5
4
3
2
0
0
الإلكترونات d المفردة على امتداد السلسلة. يتبع عدد إلكترونات d النمط، ويرتفع عدد المفردة إلى 5 عند Cr وMn ثم ينخفض إلى 0 عند Cu وZn.
نشاط الفصل
صناديق وعملات على الورق. ارسم خمسة صناديق في صف للمستوى 3d وصندوقًا للمستوى 4s. استعمل العملات إلكترونات: ضع 6 عملات في صناديق 3d للحديد، واحدة في كل صندوق أولًا ثم السادسة فوق الأولى، وعملتين في صندوق 4s. عُدّ الصناديق التي فيها عملة واحدة. ثم أعد بناء الكروم: 5 عملات في 3d وواحدة في 4s. أي الترتيبين فيه عملات مفردة أكثر، الحديد أم الكروم؟ اكتب ما لاحظته في صناديق 3d للكروم.
