السؤال: مستوى الطاقة الثانوي 4s أقل من طاقة المستوى الثانوي 3d صواب أم خطأ؟
- الجواب: صواب. طاقة المستوى الثانوي 4s أقل من طاقة المستوى الثانوي 3d.
شرح الإجابة:
لفهم هذه الحقيقة يجب أن نُدرك أن توزيع الإلكترونات في الذرة لا يعتمد فقط على رقم المستوى الرئيسي، بل أيضًا على نوع المستوى الفرعي. فعلى الرغم من أن 4s يأتي بعد 3d في الترتيب العددي، فإن الطاقة المرتبطة به تكون أقل، وهذا يجعل الإلكترونات تدخل إلى 4s قبل أن تملأ 3d.
السبب في ذلك يعود إلى العلاقة بين العدد الكمي الرئيسي (n) والعدد الكمي الثانوي (l)، حيث يؤثران معًا على مقدار الطاقة. المستويان 4s و3d يختلفان في قيمة l، فالمستوى s يتميز بقيمة أقل مما يجعل طاقته منخفضة. ومع أن n = 4 في 4s أكبر من n = 3 في 3d، إلا أن تأثير l أقوى في هذه الحالة، مما يجعل 4s أقل طاقة.
هذا الترتيب لا يُعد عشوائيًا، بل هو نتيجة لتفاعلات معقدة بين شحنة النواة الموجبة وجاذبيتها للإلكترونات، وتأثيرات التنافر الإلكتروني بين الإلكترونات داخل الذرة. لهذا، يعتمد الترتيب الحقيقي للطاقة على ما يُعرف بـمبدأ أوفباو، الذي يحدد أن الإلكترونات تشغل أقل مستوى طاقة متاح أولًا.
إقرأ أيضا:لم يعد هناك حاجة لزيارة أقاربنا، بل نستغني عن الزيارة بالتواصل بالهواتف النقالة الحديثة . صواب خطأعندما نُطبق هذا المبدأ عمليًا، نجد أن التوزيع الإلكتروني للعناصر يبدأ بملء 1s, ثم 2s, ثم 2p, ثم 3s, ثم 3p, وبعدها 4s، ثم أخيرًا 3d، بالرغم من أن 3d تابع للمستوى الثالث. هذا يعني أن الإلكترونات تدخل 4s قبل 3d لأنه أكثر استقرارًا من حيث الطاقة الكمومية.
تجدر الإشارة إلى أن هذه القاعدة تُستخدم في تفسير خصائص كثيرة في الجدول الدوري، مثل الخصائص الكيميائية للعناصر، وسلوكها في التفاعلات الكيميائية، وحتى في تفسير أطياف الإنبعاث للعناصر. فالفرق في الطاقة بين هذه المستويات يُحدث انتقالات إلكترونية تؤدي إلى إصدار الفوتونات، ما يُستخدم في التحليل الطيفي.
وأخيرًا، رغم أن ترتيب مستويات الطاقة قد يتغير قليلًا في الذرات ذات العدد الذري العالي بسبب تأثيرات نسبية، إلا أن القاعدة تبقى صحيحة في أغلب الحالات: طاقة 4s أقل من طاقة 3d. وهذا الترتيب يظهر بوضوح عند كتابة التوزيع الإلكتروني لعناصر مثل البوتاسيوم والكالسيوم، حيث نلاحظ أن الإلكترونات تذهب إلى 4s قبل 3d.
إقرأ أيضا:معظم الفلزات الانتقالیة وفلزات المجموعتین 13 و 14 لھا أكثر من حالة تأكسد محتملإذاً، يمكننا أن نُجزم أن العبارة صحيحة لأن ترتيب الطاقة لا يتبع الترقيم الرياضي البسيط، بل يخضع لعوامل فيزيائية وكمومية معقدة تُحدد بدقة كيف تُوزَّع الإلكترونات داخل الذرة.