چیدن الکترون ها در اوربیتال ها

شاید فکر کنید اتم مانند یک هرم معکوس، عجیب و غریب است و هسته آن در پایین ترین طبقه هرم قرار دارد و اتاق های مختلفی (اوربیتال ها) در بالاترین طبقه های هرم با الکترون ها اشغال شده اند.

در طبقه اول تنها یک اتاق وجود دارد (اوربیتال 1s)، در طبقه دوم، 4 اتاق وجود دارد (اوربیتال های 2s، 2p_x، 2p_y و 2p_z)؛ در طبقه سوم، 9 اتاق (یک اوربیتال 3s، سه اوربیتال 3p و پنج اوربیتال 3d) و ... .

اما این اتاق ها خیلی بزرگ نیستند..... هر اوربیتال تنها می تواند دو الکترون را در خود جای دهد.

یک روش مناسب نشان دادن اوربیتال این است که الکترون ها را در جعبه ای تصور کنیم!

الکترون ها در جعبه:

می توان اوربیتال ها را به صورت جعبه هایی نشان داد و الکترون های درون آن ها را با فلش هایی نشان داد. معمولا از فلش رو به بالا و رو به پایین برای نشان دادن جهت مختلف الکترون ها استفاده می شود.

یک اوربیتال 1s، دو الکترون را به صورت شکل مقابل در خود جا می دهد؛ که می توان آن را به صورت 1s² نیز نوشت که نباید به صورت 1s به توان 2 بخوانید!

 

ترتیب پر شدن اوربیتال ها:

قبل از این که الکترون ها اوربیتال های پر انرژی را پر کنند، اوربیتال های کم انرژی (نزدیک تر به هسته) را پر می کنند؛ اگر دو اوربیتال، انرژی یکسانی داشته باشند، تا حد ممکن به صورت جدا جدا اوربیتال ها را پر می کنند.

الکترون ها در اوربیتال های اتم کربن

پر شدن تک تک اوربیتال ها تا آخرین ظرفیتشان، قاعده هوند نام دارد و در مورد اوربیتال هایی که انرژی دقیقا یکسانی دارند (مثلا سه اوربیتال p) به کار می رود و کمک می کند که دافعه بین الکترون ها به کم ترین میزان خود برسد؛ برای همین اتم را پایدار می سازد.

شکل زیر انرژی اوربیتال ها تا تراز 4 انرژی (البته نه با مقیاس درست) را نشان می دهد: 

 

 

توجه کنید که اوربیتال s همیشه کمی از اوربیتال p در همان تراز انرژی، پایین تر است؛ برای همین اوربیتال s همیشه قبل از اوربیتال p پر می شود.

اما مکان اوربیتال های 3d عجیب است. این اوربیتال ها کمی بالاتر از تراز 4s هستند اما اوربیتال 4s قبل از آن ها پر می شود و بعد اوربیتال های 3d و 4p پر می شوند. چنین اتفاقی در ترازهای بالاتر انرژی هم تکرار می شود؛ زیرا تراز های انرژی با هم هم پوشانی می کنند و به عنوان مثال، اوربیتال 4f بعد از پر شدن 6s پر می شود.