استثناءات مبدأ عدم الإضرار بالحقوق
ما هي الاستثناءات لمبدأ أوفباو؟
يمثل مبدأ أوفباو الطريقة التي يتم بها توزيع الإلكترونات على مستويات الطاقة، حيث يُملأ المستوى الفرعي الأقل طاقة قبل الانتقال إلى المستويات الأعلى. يبدأ التوزيع بالمستوى الفرعي s، ثم p، يليه d، وأخيرًا f. ومع ذلك، هناك استثناءات في توزيع الإلكترونات لبعض العناصر، خاصة المعادن الانتقالية، اللانثانيدات، والأكتنيدات.
المعادن الانتقالية
يوجد 10 عناصر انتقالية تحتل موقع الاستثناء من مبدأ أوفباو، كما هو موضح في الجدول التالي:
| التوزيع الفعلي للإلكترونات | التوزيع حسب مبدأ أوفباو | العدد الذريّ | الرمز | العنصر |
| [Ar] 4s^1 3d^5 | [Ar] 4s^2 3d^4 | 24 | Cr | الكروم |
| [Ar] 4s^1 3d^10 | [Ar] 4s^2 3d^9 | 29 | Cu | النحاس |
| [Kr] 5s^1 4d^4 | [Kr] 5s^2 4d^3 | 41 | Nb | النيوبيوم |
| [Kr] 5s^1 4d^5 | [Kr] 5s^2 4d^4 | 42 | Mo | الموليبدنوم |
| [Kr] 5s^1 4d^7 | [Kr] 5s^2 4d^6 | 44 | Ru | الروثينيوم |
| [Kr] 5s^1 4d^8 | [Kr] 5s^2 4d^7 | 45 | Rh | الروديوم |
| [Kr] 4d^10 | [Kr] 5s^2 4d^8 | 46 | Pd | البالاديوم |
| [Kr] 5s^1 4d^10 | [Kr] 5s^2 4d^9 | 47 | Ag | الفضة |
| [Xe] 6s^1 4f^14 5d^9 | [Xe] 6s^2 4f^14 5d^8 | 78 | Pt | البلاتين |
| [Xe] 6s^1 4f^14 5d^10 | [Xe] 6s^2 4f^14 5d^9 | 79 | Au | الذهب |
يوضح الجدول أن التوزيع الفعلي للإلكترونات يختلف عن المضمون في مبدأ أوفباو، حيث يحصل المستوى d على إلكترون إضافي من المستوى s في معظم العناصر، باستثناء البالاديوم الذي يحصل فيه المدار d على إلكترونين من المستوى الفرعي s.
اللانثانيدات والأكتنيدات
هناك أيضًا 10 عناصر من اللانثانيدات والأكتنيدات تعتبر مستثناة من مبدأ أوفباو، كما هو موضح في الجدول الآتي:
| التوزيع الفعلي للإلكترونات | التوزيع حسب مبدأ أوفباو | العدد الذريّ | الرمز | العنصر |
| [Xe] 6s^2 5d^1 | [Xe] 6s^2 4f^1 | 57 | La | اللانثانوم |
| [Xe] 6s^2 4f^1 5d^1 | [Xe] 6s^2 4f^2 | 58 | Ce | السيريوم |
| [Xe] 6s^2 4f^7 5d^1 | [Xe] 6s^2 4f^8 | 64 | Gd | الغادولينيوم |
| [Rn] 7s^2 6d^1 | [Rn] 7s^2 5f^1 | 89 | Ac | الأكتينيوم |
| [Rn] 7s^2 6d^2 | [Rn] 7s^2 5f^2 | 90 | Th | الثوريوم |
| [Rn] 7s^2 5f^2 6d^1 | [Rn] 7s^2 5f^3 | 91 | Pa | البروتكتينيوم |
| [Rn] 7s^2 5f^3 6d^1 | [Rn] 7s^2 5f^4 | 92 | U | اليورانيوم |
| [Rn] 7s^2 5f^4 6d^1 | [Rn] 7s^2 5f^5 | 93 | Np | النبتونيوم |
| [Rn] 7s^2 5f^7 6d^1 | [Rn] 7s^2 5f^8 | 96 | Cm | الكوريوم |
| [Rn] 7s^2 5f^14 7p^1 | [Rn] 7s^2 5f^14 6d^1 | 103 | Lr | اللورنسيوم |
في العناصر المذكورة، يأخذ المستوى d إلكترونًا من المدار f، مع استثناء الثوريوم واللورنسيوم؛ ففي الثوريوم، يقوم المدار 6d بأخذ إلكترونين من المدارات 5f، بينما يظهر في اللورنسيوم المدار 7P بدلاً من المدار 6d.
أسباب استثناءات مبدأ أوفباو
تستند الاستثناءات إلى أن المستويات الفرعية المكتملة أو شبه المكتملة توفر استقرارًا أكبر مقارنةً بتلك الممتلئة جزئيًا. وبالتالي، ينتقل الإلكترون إلى مستوى طاقة أعلى لكي يتم تعبئته بالكامل أو تحقيق حالة شبة الامتلاء، مما يؤدي إلى مخالفة مبدأ أوفباو من أجل تحقيق استقرار الذرة.
محددات مبدأ أوفباو
يمتلك مبدأ أوفباو مجموعة من المحددات، وتشمل ما يلي:
- يفشل مبدأ أوفباو في التنبؤ بعدد الإلكترونات المطلوب إزالتها عند تشكيل أيون من الذرة.
- تحتوي الحالة الإلكترونية للكروم الذي يحمل العدد الذري 34 على توزيع هو: 3d4 5s2، بينما تظهر التجارب أن التوزيع الحقيقي هو: 3d5 4s1؛ على الرغم من أن المستوى (n-1) d قريب من المستوى ns، إلا أنه أعلى منه طاقة.
- يكون المستوى 4f قريبًا جدًا من المستوى 5d في الفترة السادسة. ومن المتوقع في اللانثانوم (العدد الذري 57) أن ينتقل الإلكترون الأخير إلى 4f، لكن الواقع يظهر أنه يتم إضافة الإلكترون إلى المستوى 5d، مما ينتج عنه التوزيع: 4d10 5s3 5p6 5d1 6s3. بينما في حال اللانثانوم الذي العدد الذري 58، يتم إضافة الإلكترون الأخير إلى المستوى 4f، مع تحويل الإلكترون السابق في 5d إلى 4f ليصبح التوزيع: 4d10 5s2 5d6 4f2 5d0 6s2.
- يكون توزيع الإلكترونات في الزركونيوم (العدد الذري 40) هو: 5s2 4d2، ومع ذلك، يظهر أن الترتيب في النبتونيوم (العدد الذري 41) هو: 5s2 4d3، بسبب استقرار النواة في حالة شبه الامتلاء. كما تسهم قوى الإلكترون في النواة المعقدة بتحديد تسلسل التوزيع الإلكتروني.
- تعتبر حالة البالاديوم الذي يحمل العدد الذري 46 حالة استثنائية بحيث يتم رصد إلكترونين في مواقع غير متوقعة، حيث يكون التوزيع: 5s0 4d10، وذلك بخلاف التوزيع الإلكتروني المتوقع: 5s2 4d8.
أحدث التعليقات