در این ویدئو آموزشی، در مورد ترتیب پر شدن لایه‌ها و زیرلایه‌ها و آرایش الکترونی اتم‌ها مطالبی خواهید آموخت. همچنین برای درک بیشتر موضوع، نمونه سوالات تستی کنکور همراه با پاسخ تشریحی به شما ارائه می‌شود.
ترتیب پر شدن لایه ها و زیرلایه‌ها
عنصرها در جدول دوره‌ای برمبنای عدد اتمی یا تعداد الکترونهای اتم خود، چیده شده‌اند. به طوریكه اتم هیدروژن با یك الكترون و اتم هلیم با دو الكترون به ترتیب اولین و دومین عنصر جدول است. این روند تا عنصر 118 جدول دوره‌ای ادامه می‌یابد و اتم هر عنصر نسبت به اتم عنصر پیش از خود، یك الكترون بیشتر دارد.
از سوی دیگر اتم، ساختار لایه‌ای دارد و الكترونها در لایه‌های پیرامون هسته با نظم ویژه‌ای حضور دارند به گونه‌ای كه در عنصرهای ردیف اول، لایۀ الكترونی اول و در عنصرهای دورۀ دوم، لایۀ دوم از الكترون پر می‌شود.
اتم را می‌توان كره‌ای درنظر گرفت كه هستۀ بسیار كوچك و سنگینی در مركز آن جای دارد و محل تمركز پروتون‌ها و نوترون‌هاست. پیرامون هسته، الكترونها در لایه‌های الكترونی حضور دارند. هر لایه، خود از زیرلایه‌های متفاوتی تشكیل شده است به‌گونه‌ای كه لایۀ اول دارای یک زیرلایه از نوع s با گنجایش 2 الكترون، لایۀ دوم دارای دو زیرلایه از نوع s و p با گنجایش 2 و 6 الكترون ، لایۀ سوم دارای سه زیرلایه از نوع s ، p و d با گنجایش2، 6 و 10 الكترون است
ترتیب پر شدن الکترون‌ها در زیر لایه ها، بر اساس مجموع عدد کوانتومی n و l صورت می گیرد. یعنی هر چقدر n+l کمتر بشود، انرژی زیر لایه برای پر شدن کمتر است. در واقع، زیر لایه مذکور سریع تر پر می شود. در صورتی که در زیر لایه‌ها n+l برابر باشد، مشاهده می کنیم که کدام n کمتری دارد. زیر لایه ای که n کمتری دارد زودتر پر خواهد شد.
به طور مثال در 3d، جمع n+l عدد 5 می شود، و در 4p هم جمع n+l برابر با 5 می شود. در 4s جمع n+l مساوی با چهار می شود. می خواهیم مشاهده کنیم کدام یک زودتر پر می شوند؟ با وجود اینکه زیر لایه s مربوط به لایه چهارم می باشد، زودتر پر می شود چون n+l کمتری دارد. در بین 3d و 4p چون مقدار n+l برابری دارند، زیر لایه ای که n کمتری دارد زودتر پر می شود. بنابراین، 3d از 4p زودتر پر خواهد شد.
آرایش های الکترونی اتم‌ها
رفتار و ویژگیهای هر اتم را می‌توان از روی آرایش الكترونی آن توضیح داد؛ بنابراین یافتن آرایش درست الكترونها در هر اتم از اهمیت بسیاری برخوردار است. مطابق مدل كوانتومی برای به‌دست آوردن آرایش الكترونی اتم‌ها باید الكترونهای اتم هر عنصر در زیرلایه‌ها با نظم
و ترتیب معینی توزیع شود.
هنگام پرشدن اتم از الكترون، نخست زیرلایۀ s1 و سپس زیرلایه‌های 2s و 2p از الكترون پر می‌شود؛ با این توصیف باید در اتم عنصرهای دورۀ سوم زیرلایه‌های 3p، 3s و 3d پر شود.
از این رو انتظار می‌رود كه این دوره شامل 18 عنصر باشد؛ اما دورۀ سوم دارای 8 عنصر است. در واقع در این اتم‌ها تنها دو زیرلایۀ 3s و 3p در حال پرشدن است و زیرلایۀ 3d در دورۀ بعد شروع به پر شدن می‌كند.
این روند نشان میدهد كه پر شدن زیرلایه‌ها تنها به عدد كوانتومی اصلی وابسته نیست بلکه از یک قاعده کلی به نام قاعده آفبا پیروی می‌کند.
آرایش های الکترونی خاص: اگر آرایش الکترونی اتمی به d4s2 یا d9s2 ختم شود، باید به d5s1، و d10s1 تغییر دهیم. به آرایش قبلی (اولیه)، آرایش قابل انتظار( یا مطابق طرح آفبا)، آرایش جدید، آرایش پایدار (بر خلاف طرح آفبا) گفته می شود.
در طرح آفبا، اساس پر شدن لایه های الکترونی بیان می شود.
مثال
تست: تعداد الکترون ها در لایۀ سوم اتمی دو برابر تعداد الکترون ها در لایۀ دوم آن است. کدام توصیف دربارۀ آن نادرست است؟
1) مجموع اعداد کوانتومی فرعی الکترون های لایۀ ظرفیت آن برابر با 18 است.
2) به دورۀ چهارم و گروه دهم تعلق دارد.
3) در لایۀ آخر کاتیون 2+X آن، 16 الکترون وجود دارد.
4) هیچ یک از کاتیون های 2+X و 3+X حاصل از آن، آرایش هشت تایی پایدار ندارند.
گزینه 2 پاسخ صحیح می باشد.به منظور یادگیری علت پاسخ تست می توانید فیلم آموزشی را مشاهده کنید.
به منظور آشنایی بیشتر با موضوع ترتیب پر شدن زیر لایه و طرح آفبا می توانید ویدئو آموزشی را مشاهده کنید.
سوالات متداول
مجموع عدد کوانتومی n و l بدین منظور استفاده خواهد شد و ترتیب پر شدن زیر لایه ها، طبق آن صورت می گیرد.
طرح آفبا، اساس پر شدن لایه های الکترونی را بیان خواهد نمود.
زیر لایه ای که n+l کمتری دارد، زودتر پر خواهد شد، اگر مقدار n+l برابری داشته باشند، زیر لایه ای که n کمتری دارد زودتر شروع به پر شدن می نماید.
