چگونه آرایش الکترونی بنویسیم

سازمان علمی و آموزشی «فرادرس» (Faradars) از قدیمی‌ترین وب‌سایت‌های یادگیری آنلاین است که توانسته طی بیش از ده سال فعالیت خود بالغ بر ۱۲۰۰۰ ساعت آموزش ویدیویی در قالب فراتر از ۲۰۰۰ عنوان علمی، مهارتی و کاربردی را منتشر کند و به بزرگترین پلتفرم آموزشی ایران مبدل شود.

فرادرس با پایبندی به شعار «دانش در دسترس همه، همیشه و همه جا» با همکاری بیش از ۱۸۰۰ مدرس برجسته در زمینه‌های علمی گوناگون از جمله آمار و داده‌کاوی، هوش مصنوعی، برنامه‌نویسی، طراحی و گرافیک کامپیوتری، آموزش‌های دانشگاهی و تخصصی، آموزش نرم‌افزارهای گوناگون، دروس رسمی دبیرستان و پیش دانشگاهی، آموزش‌های دانش‌آموزی و نوجوانان، آموزش زبان‌های خارجی، مهندسی برق، الکترونیک و رباتیک، مهندسی کنترل، مهندسی مکانیک، مهندسی شیمی، مهندسی صنایع، مهندسی معماری و مهندسی عمران توانسته بستری را فراهم کند تا افراد با شرایط مختلف زمانی، مکانی و جسمانی بتوانند با بهره‌گیری از آموزش‌های با کیفیت، به روز و مهارت‌محور همواره به یادگیری بپردازند. شما هم با پیوستن به جمع بزرگ و بالغ بر ۶۰۰ هزار نفری دانشجویان و دانش‌آموزان فرادرس و با بهره‌گیری از آموزش‌های آن، می‌توانید تجربه‌ای متفاوت از علم و مهارت‌آموزی داشته باشید.
مشاهده بیشتر

هر گونه بهره‌گیری از مطالب مجله فرادرس به معنی پذیرش شرایط استفاده از آن بوده و کپی بخش یا کل هر کدام از مطالب، تنها با کسب مجوز مکتوب امکان پذیر است.

© فرادرس ۱۳۹۹

Oxford University

پیش‌تر در وبلاگ فرادرس مدل اتمی بور را توضیح دادیم. مدل اتمی بور مدلی یک‌بعدی است که تنها از یک عدد جهت توصیف الکترون‌های یک اتم استفاده می‌کند. این عدد همان n است که نشان دهنده لایه‌ای است که الکترون در آن می‌چرخد. هم‌چنین مدل مذکور تنها می‌تواند ویژگی‌های اتم هیدروژن را توجیه کند.

محتوای این مطلب جهت یادگیری بهتر و سریع‌تر آن، در انتهای متن به صورت ویدیویی نیز ارائه شده است.

«اروین شرودینگر» (Erwin Schrödinger)، در سال ۱۹۲۶ با استفاده از محاسبات پیچیده ریاضی نشان داد که الکترون‌های یک اتم در مسیر‌هایی سه‌بعدی حرکت می‌کنند؛‌ از این رو به سه عدد جهت توصیف الکترون‌ها نیازمندیم. البته به عدد چهارمی نیز به‌منظور نشان دادن نحوه حرکت الکترون به دور خودش نیازمند هستیم. هر الکترون در فضایی ابری تحت عنوان اوربیتال در حال حرکت است. نحوه این حرکت و آرایش الکترون‌ها‌ در شکل‌گیری پیوند‌های شیمیایی بسیار تاثیر‌گذار هستند. با استفاده از اعداد کوانتومی که در ادامه به آن‌ها خواهیم پرداخت، می‌توان اوربیتال‌ها را به شکلی دقیق‌تر توصیف کرد.

شرودینگر با حل معادلاتش سه عدد را جهت توصیف الکترون‌های یک اتم ارائه داد. این اعداد عبارتند از:

عدد کوانتومی اصلی یا n، نشان دهنده اندازه و انرژی اوربیتال است. منظور از اندازه اوربیتال، فاصله الکترون‌ها از هسته اتم است. هر‌چه اندازه این عدد بیشتر باشد، اندازه و انرژی اوربیتال نیز بزرگ‌تر خواهد بود. تمامی الکترون‌هایی که n آن‌ها با هم برابر است،‌ در فاصله‌ای یکسان از هسته اتم قرار می‌گیرند.

چگونه آرایش الکترونی بنویسیم

L یا عدد کوانتومی فرعی، نشان‌دهنده شکل اوربیتال است. یک لایه با عدد کوانتومی n می‌تواند از n-1 اوربیتال مختلف تشکیل شده باشد. شکل‌های یک اوربیتال را با نماد‌های $$s,p,d,f,…$$ نشان می‌دهند. برای نمونه L=۰ نشان دهنده اوربیتال s یا L=۱ اوربیتال p را نشان می‌دهد. تصویر ارائه شده، شکل‌ اوربیتال‌های مختلف را نمایش می‌دهد.

با توجه به شکل فوق، اوربیتال s کروی بوده و تنها به یک صورت می‌تواند در فضا قرار گیرد. اما مثلا اوربیتال p می‌تواند هم در راستای محور z و هم در راستای محور x جهت‌گیری کند. از این رو به عدد سومی تحت عنوان m یا عدد کوانتومی مغناطیسی نیازمندیم تا این جهت‌گیری اوربیتال‌ها را نشان دهیم. بنابراین عدد m جهت‌گیری اوربیتال را در فضا نشان می‌دهد. عدد کوانتومی مغناطیسیِ یک اوربیتال، بین L- و L+ قرار دارد. برای نمونه اعداد کوانتومی مغناطیسی برای اوربیتال p که L مربوط با آن ۱ است، برابر با 1+,1,0- در نظر گرفته می‌شوند.

اگر الکترون را به صورت‌ یک کره در نظر بگیریم،‌ با استفاده از ۳ عدد معرفی شده در بالا می‌تواند جهت حرکت آن را در فضا مشخص کرد. اما این الکترون، به دور خودش نیز در حال چرخش است. این چرخش را با عدد کوانتومی اسپینی یا ms نشان می‌دهند. بنابراین یک الکترون می‌تواند تنها ساعتگرد (s=-1/2) و یا پادساعتگرد (s=+1/2) چرخش کند. در شکل زیر چرخش الکترون در این دو حالت نشان داده شده است.

همان‌طور که بیان شد هر اوربیتال دارای شکل مشخصی است که با توجه به اعداد کوانتومی معلوم می‌شوند. در ادامه اعداد کوانتومی مرتبط با هر اوبیتال و نحوه قرار گرفتن الکترون‌ها در اوربیتال‌ها را بیان خواهیم کرد.

در هر لایه یا به عبارتی در هر n، تعداد n-1 اوربیتال متفاوت می‌تواند قرار گیرد. برای نمونه در لایه اول تنها اوربیتال l=0 یا همان اوربیتال کروی وجود دارد. در n=2 دو اوربیتالِ کرویِ (l=0) و دمبلی (l=1) می‌توانند قرار گیرند. از طرفی اوربیتال کروی تنها به یک شکل می‌تواند در فضا قرار گیرد،‌ از این رو m آن تنها برابر با ۰ می‌تواند باشد. این در حالی است که اوربیتال دمبلی به ۳ شکل می‌تواند در فضا قرار گیرد، در نتیجه m=-1,0,+1 است. شکل زیر دو اوربیتال s و p را نشان می‌دهد.

به همین صورت اعداد هر اوربیتال معلوم می‌شوند. برای نمونه اوربیتال p (یا همان دمبلی) را در نظر بگیرید که در لایه سوم قرار گرفته است. برای این اوربیتال اعداد کوانتومی به‌صورت زیر هستند.

توجه داشته باشید که عدد کوانتومی اسپینی برای یک الکترون تعریف می‌شود، به همین دلیل این عدد در بالا ارائه نشده. اوربیتال‌های با l=1 (اوربیتال p) به بالا دارای شکل‌هایی بسیار پیچیده هستند که به‌صورت‌ گوناگونی می‌توانند در فضا قرار گیرند. در جدول زیر ترتیب لایه‌ها و زیرلایه‌ها (اوربیتال‌ها) برای چهار لایه اول ارائه شده است.

در جدول بالا ستونی تحت عنوان تعداد الکترون‌ها وجود دارد. این ستون ظرفیت تعداد الکترون‌های قرار گرفته در هر اوربیتال را نشان می‌دهد. برای نمونه اوربیتال p در سه‌ جهت می‌تواند در فضا قرار گیرد. از طرفی در هرکدام از این حالات ۲ الکترون می‌تواند در اوربیتال مذکور وجود داشته باشد؛ بنابراین ظرفیت این اوربیتال برابر با ۶=۳×۲ است. البته ظرفیت هر اوربیتال با عدد L را می‌توان با استفاده از فرمولِ  $$2(2L+1)$$ نیز بدست آورد.

در تصویر زیر، شکل اوربیتال‌های s,p,d,f نشان داده شده.

الکترون‌های یک اتم با نظم مشخصی در اوربیتال‌ها قرار می‌گیرند. در ابتدا لایه‌های با انرژی کم‌تر توسط الکترون‌ها پر شده و پس از آن لایه‌های دورتر توسط آن‌ها اشغال می‌شوند. با استفاده از «اصل آفبا» (Aufbau Principle) می‌توان ترتیب الکترون‌ها را در پر کردن اوربیتال‌ها معلوم کرد.

در این اصل در ابتدا لایه با n کمتر توسط الکترون‌ها اشغال می‌شوند. هم‌چنین در یک لایه، ابتدا اوربیتال با انرژی کمتر پر می‌شود. برای نمونه در لایه دوم هر دو اوربیتالِ p و s وجود دارند. اما با توجه به انرژی کم‌تر اوربیتال s، در ابتدا این اوربیتال پر می‌شود. اما گاهی اوربیتال p در لایه‌ای پایین‌تر به نسبت اوربیتال s قرار دارد. به نظر شما در این حالت اولویت با شماره لایه یا شکل اوربیتال است؟ در این حالت لایه‌ای زود‌تر پر می‌شود که:

بر اساس دو الگوی بالا، الکترون‌ها به‌ترتیب در اوربیتال‌های زیر قرار می‌گیرند:

همان‌طور که در فرمول بالا می‌بینید در ابتدا شماره لایه و پس از آن حرف مربوط به زیرلایه (یا همان اوربیتال) نوشته می‌شود. البته به‌منظور به خاطر سپردنِ عبارت فوق می‌توانید از تصویر زیر نیز استفاده کنید.

همان‌طور که در بالا نیز بیان شد، هر اوربیتال می‌تواند $$2(2L+1)$$ الکترون را در خود نگه دارد. برای نوشتن آرایش الکترونی یک اتم می‌توان به‌ترتیب پر شدن، اوربیتال‌ها را نوشت. در بالای هر اوربیتال ظرفیت مربوط به آن نوشته می‌شود. در ادامه آرایش الکترونی چندین اتم برای نمونه ارائه شده‌اند. البته بعضی مواقع اوربیتال‌ها را به‌صورت مربع نشان می‌دهند. هم‌چنین الکترون‌ها را با فلش‌هایی نمایش می‌دهند که جهت آن، اسپین الکترون را نشان می‌دهد. جهت درک بهتر به مثال‌های زیر توجه فرمایید. نماد‌های استفاده شده در نوشتن آرایش الکترونی مطابق با الگوی زیر تعریف می‌شوند.

آرایش الکترونی اتم لیتیوم به چه صورت است؟

همان‌طور که احتمالا می‌دانید عدد اتمی لیتیوم، ۳ در نتیجه مجموع الکترون‌های اشغال شده در اوربیتال‌هایش نیز برابر با ۳ است؛ مطابق با اصل آفبا، آرایش الکترونی اتم لیتیوم به‌صورت زیر خواهد بود.

همان‌طور که می‌بینید در لایه اول اوربیتال s پر شده، اما در لایه دوم تنها یک الکترون در اوربیتال s قرار گرفته است. توجه داشته باشید که جهت بالا و پایین، جهت چرخش الکترون دور خودش -یا همان اسپین- را نشان می‌دهد.

آرایش الکترونی اتم کربن به چه شکل است؟

عدد اتمی کربن برابر با ۶ است. در نتیجه مجموع الکترون‌های موجود در اوربیتال‌ها بایستی برابر با ۶ باشد. توجه داشته باشید که در ابتدا یک اوربیتال بایستی پر شده و سپس اوربیتال بعدی را پر کنید. در زیر آرایش الکترونی اتم کربن رسم شده.

در آرایش بالا هر خانه نشان دهنده یک جهت از اوربیتال است. با توجه به این‌که اوربیتال p به ۳ شکل در فضا قرار می‌گیرد، بنابراین از سه خانه برای نشان دادن آن استفاده شده است. به‌منظور رسم فلش‌ها، از چپ به راست در هر خانه یک فلش رو به بالا قرار داده و به همین شکل اوربیتال را پر کنید. مجموعِ کل فلش‌ها بایستی برابر با عدد اتمی اتمِ مذکور باشد. پیشنهاد می‌کنیم چندین آرایش الکترونی را برای اتم‌های مختلف نوشته و صحت آن با توجه به جدول زیر مورد بررسی قرار دهید.

البته با توجه به پایدار بودن عناصر نجیب، می‌توان با استفاده از آن‌ها نیز آرایش الکترونی را بیان کرد. برای نمونه در زیر آرایش الکترونی اتم کربن بر اساس آرایش هلیوم ارائه شده است.

توجه داشته باشید که به‌ منظور نوشتن آرایش الکترونی یون‌ها، عدد اتمی برابر با تعداد الکترون‌ها نیست. برای نمونه در زیر آرایش الکترونی اتم آهن (Fe) و در نتیجه یونِ‌ آهن (2+Fe) ارائه شده است.

در صورت علاقه‌مندی به مباحث مرتبط در زمینه فیزیک و شیمی، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

چگونه آرایش الکترونی بنویسیم

^^

مجید عوض زاده (+)

«مجید عوض‌زاده»، فارغ‌ التحصیل مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک از دانشگاه تهران است. فیزیک، ریاضیات و مهندسی مکانیک از جمله مباحث مورد علاقه او هستند که در رابطه با آن‌ها تولید محتوا می‌کند.

بر اساس رای 195 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

واقن فوق العاده درس دادین این مطلبو و کامل یادگرفتم
دستتون درد نکنه واقن مرسی بابت زحماتی ک میکشید .

دمتون گرم
سر کلاس استاد که چیزی نفهمیدم. اما اینجا همه چیز رو متوجه شدم عالی.
لینک مطلب رو برای دوستام هم فرستادم
دستتون درد نکنه

به نام خدا
با سلام و عرض ادب و احترام
برای شما از خداوند متعال آرزوی موفقیت روزافزون دارم. بسیار ممنون، زحمت کشیدید و مطالب مفیدی ارائه دادید.

واقعا درسی ک اقای بهنام محمدیان میدن بهترین و عالیترینه و کاملا بی نقصه و من کلا درسو یاد میگیرم
ب امید موفقیت های بیشتررررررر …ممنونم ازتون

خیلی عالی بود.
ممنونم

بعد از سال ها فاصله گرفتن از شیمی دبیرستان، این مطلب به خوبی، خیلی عالی، مطالب رو یادآوری کرد.
ممنون. خیلی خوب بود

خیلی عالی بود بعد از مدت ها یه تدریس خوب واسه این مبحث دیدم🌹

عالی ممنون واقعا خیلی خوب توضیح دادید. فقط اگه میشه توی اموزشاتتون ، انتهای هر اموزش فرمول ها و رابطه ها و مطالب خیلی مهم رو که توضیح داده شده رو یه جا مثلا توی جدول جمع کنین تا دسترسی بهش سریع تر و راحت تر بشه. مثل همون تقلب نامه هایی که منتشر میکنید. بازم ممنون با تشکر از سایت خوبتون.

با سلام. الان برای اوربیتال ۲p طبق شکل هسته در کجای شکل قرار میگیره؟ چون از اونجایی که الکترون به دور هسته می چرخه باید یه شکل کروی داشته باشه و یه مقدار شکل ها غیر عادیه.

مرسی خیلی به من کمک کرد.

خوب ولی کاش با فیلم توضیح میدادید .

بسیار عالی ممنونم

خیلی عالی کامل و بی نقص

تشکرمیکنم ازمجله فرادرس

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سازمان علمی و آموزشی «فرادرس» (Faradars) از قدیمی‌ترین وب‌سایت‌های یادگیری آنلاین است که توانسته طی بیش از ده سال فعالیت خود بالغ بر ۱۲۰۰۰ ساعت آموزش ویدیویی در قالب فراتر از ۲۰۰۰ عنوان علمی، مهارتی و کاربردی را منتشر کند و به بزرگترین پلتفرم آموزشی ایران مبدل شود.

فرادرس با پایبندی به شعار «دانش در دسترس همه، همیشه و همه جا» با همکاری بیش از ۱۸۰۰ مدرس برجسته در زمینه‌های علمی گوناگون از جمله آمار و داده‌کاوی، هوش مصنوعی، برنامه‌نویسی، طراحی و گرافیک کامپیوتری، آموزش‌های دانشگاهی و تخصصی، آموزش نرم‌افزارهای گوناگون، دروس رسمی دبیرستان و پیش دانشگاهی، آموزش‌های دانش‌آموزی و نوجوانان، آموزش زبان‌های خارجی، مهندسی برق، الکترونیک و رباتیک، مهندسی کنترل، مهندسی مکانیک، مهندسی شیمی، مهندسی صنایع، مهندسی معماری و مهندسی عمران توانسته بستری را فراهم کند تا افراد با شرایط مختلف زمانی، مکانی و جسمانی بتوانند با بهره‌گیری از آموزش‌های با کیفیت، به روز و مهارت‌محور همواره به یادگیری بپردازند. شما هم با پیوستن به جمع بزرگ و بالغ بر ۶۰۰ هزار نفری دانشجویان و دانش‌آموزان فرادرس و با بهره‌گیری از آموزش‌های آن، می‌توانید تجربه‌ای متفاوت از علم و مهارت‌آموزی داشته باشید.
مشاهده بیشتر

هر گونه بهره‌گیری از مطالب مجله فرادرس به معنی پذیرش شرایط استفاده از آن بوده و کپی بخش یا کل هر کدام از مطالب، تنها با کسب مجوز مکتوب امکان پذیر است.

© فرادرس ۱۳۹۹

---

Oxford University

پیش‌تر در وبلاگ فرادرس مدل اتمی بور را توضیح دادیم. مدل اتمی بور مدلی یک‌بعدی است که تنها از یک عدد جهت توصیف الکترون‌های یک اتم استفاده می‌کند. این عدد همان n است که نشان دهنده لایه‌ای است که الکترون در آن می‌چرخد. هم‌چنین مدل مذکور تنها می‌تواند ویژگی‌های اتم هیدروژن را توجیه کند.

محتوای این مطلب جهت یادگیری بهتر و سریع‌تر آن، در انتهای متن به صورت ویدیویی نیز ارائه شده است.

«اروین شرودینگر» (Erwin Schrödinger)، در سال ۱۹۲۶ با استفاده از محاسبات پیچیده ریاضی نشان داد که الکترون‌های یک اتم در مسیر‌هایی سه‌بعدی حرکت می‌کنند؛‌ از این رو به سه عدد جهت توصیف الکترون‌ها نیازمندیم. البته به عدد چهارمی نیز به‌منظور نشان دادن نحوه حرکت الکترون به دور خودش نیازمند هستیم. هر الکترون در فضایی ابری تحت عنوان اوربیتال در حال حرکت است. نحوه این حرکت و آرایش الکترون‌ها‌ در شکل‌گیری پیوند‌های شیمیایی بسیار تاثیر‌گذار هستند. با استفاده از اعداد کوانتومی که در ادامه به آن‌ها خواهیم پرداخت، می‌توان اوربیتال‌ها را به شکلی دقیق‌تر توصیف کرد.

شرودینگر با حل معادلاتش سه عدد را جهت توصیف الکترون‌های یک اتم ارائه داد. این اعداد عبارتند از:

عدد کوانتومی اصلی یا n، نشان دهنده اندازه و انرژی اوربیتال است. منظور از اندازه اوربیتال، فاصله الکترون‌ها از هسته اتم است. هر‌چه اندازه این عدد بیشتر باشد، اندازه و انرژی اوربیتال نیز بزرگ‌تر خواهد بود. تمامی الکترون‌هایی که n آن‌ها با هم برابر است،‌ در فاصله‌ای یکسان از هسته اتم قرار می‌گیرند.

چگونه آرایش الکترونی بنویسیم

L یا عدد کوانتومی فرعی، نشان‌دهنده شکل اوربیتال است. یک لایه با عدد کوانتومی n می‌تواند از n-1 اوربیتال مختلف تشکیل شده باشد. شکل‌های یک اوربیتال را با نماد‌های $$s,p,d,f,…$$ نشان می‌دهند. برای نمونه L=۰ نشان دهنده اوربیتال s یا L=۱ اوربیتال p را نشان می‌دهد. تصویر ارائه شده، شکل‌ اوربیتال‌های مختلف را نمایش می‌دهد.

با توجه به شکل فوق، اوربیتال s کروی بوده و تنها به یک صورت می‌تواند در فضا قرار گیرد. اما مثلا اوربیتال p می‌تواند هم در راستای محور z و هم در راستای محور x جهت‌گیری کند. از این رو به عدد سومی تحت عنوان m یا عدد کوانتومی مغناطیسی نیازمندیم تا این جهت‌گیری اوربیتال‌ها را نشان دهیم. بنابراین عدد m جهت‌گیری اوربیتال را در فضا نشان می‌دهد. عدد کوانتومی مغناطیسیِ یک اوربیتال، بین L- و L+ قرار دارد. برای نمونه اعداد کوانتومی مغناطیسی برای اوربیتال p که L مربوط با آن ۱ است، برابر با 1+,1,0- در نظر گرفته می‌شوند.

اگر الکترون را به صورت‌ یک کره در نظر بگیریم،‌ با استفاده از ۳ عدد معرفی شده در بالا می‌تواند جهت حرکت آن را در فضا مشخص کرد. اما این الکترون، به دور خودش نیز در حال چرخش است. این چرخش را با عدد کوانتومی اسپینی یا ms نشان می‌دهند. بنابراین یک الکترون می‌تواند تنها ساعتگرد (s=-1/2) و یا پادساعتگرد (s=+1/2) چرخش کند. در شکل زیر چرخش الکترون در این دو حالت نشان داده شده است.

همان‌طور که بیان شد هر اوربیتال دارای شکل مشخصی است که با توجه به اعداد کوانتومی معلوم می‌شوند. در ادامه اعداد کوانتومی مرتبط با هر اوبیتال و نحوه قرار گرفتن الکترون‌ها در اوربیتال‌ها را بیان خواهیم کرد.

در هر لایه یا به عبارتی در هر n، تعداد n-1 اوربیتال متفاوت می‌تواند قرار گیرد. برای نمونه در لایه اول تنها اوربیتال l=0 یا همان اوربیتال کروی وجود دارد. در n=2 دو اوربیتالِ کرویِ (l=0) و دمبلی (l=1) می‌توانند قرار گیرند. از طرفی اوربیتال کروی تنها به یک شکل می‌تواند در فضا قرار گیرد،‌ از این رو m آن تنها برابر با ۰ می‌تواند باشد. این در حالی است که اوربیتال دمبلی به ۳ شکل می‌تواند در فضا قرار گیرد، در نتیجه m=-1,0,+1 است. شکل زیر دو اوربیتال s و p را نشان می‌دهد.

به همین صورت اعداد هر اوربیتال معلوم می‌شوند. برای نمونه اوربیتال p (یا همان دمبلی) را در نظر بگیرید که در لایه سوم قرار گرفته است. برای این اوربیتال اعداد کوانتومی به‌صورت زیر هستند.

توجه داشته باشید که عدد کوانتومی اسپینی برای یک الکترون تعریف می‌شود، به همین دلیل این عدد در بالا ارائه نشده. اوربیتال‌های با l=1 (اوربیتال p) به بالا دارای شکل‌هایی بسیار پیچیده هستند که به‌صورت‌ گوناگونی می‌توانند در فضا قرار گیرند. در جدول زیر ترتیب لایه‌ها و زیرلایه‌ها (اوربیتال‌ها) برای چهار لایه اول ارائه شده است.

در جدول بالا ستونی تحت عنوان تعداد الکترون‌ها وجود دارد. این ستون ظرفیت تعداد الکترون‌های قرار گرفته در هر اوربیتال را نشان می‌دهد. برای نمونه اوربیتال p در سه‌ جهت می‌تواند در فضا قرار گیرد. از طرفی در هرکدام از این حالات ۲ الکترون می‌تواند در اوربیتال مذکور وجود داشته باشد؛ بنابراین ظرفیت این اوربیتال برابر با ۶=۳×۲ است. البته ظرفیت هر اوربیتال با عدد L را می‌توان با استفاده از فرمولِ  $$2(2L+1)$$ نیز بدست آورد.

در تصویر زیر، شکل اوربیتال‌های s,p,d,f نشان داده شده.

الکترون‌های یک اتم با نظم مشخصی در اوربیتال‌ها قرار می‌گیرند. در ابتدا لایه‌های با انرژی کم‌تر توسط الکترون‌ها پر شده و پس از آن لایه‌های دورتر توسط آن‌ها اشغال می‌شوند. با استفاده از «اصل آفبا» (Aufbau Principle) می‌توان ترتیب الکترون‌ها را در پر کردن اوربیتال‌ها معلوم کرد.

در این اصل در ابتدا لایه با n کمتر توسط الکترون‌ها اشغال می‌شوند. هم‌چنین در یک لایه، ابتدا اوربیتال با انرژی کمتر پر می‌شود. برای نمونه در لایه دوم هر دو اوربیتالِ p و s وجود دارند. اما با توجه به انرژی کم‌تر اوربیتال s، در ابتدا این اوربیتال پر می‌شود. اما گاهی اوربیتال p در لایه‌ای پایین‌تر به نسبت اوربیتال s قرار دارد. به نظر شما در این حالت اولویت با شماره لایه یا شکل اوربیتال است؟ در این حالت لایه‌ای زود‌تر پر می‌شود که:

بر اساس دو الگوی بالا، الکترون‌ها به‌ترتیب در اوربیتال‌های زیر قرار می‌گیرند:

همان‌طور که در فرمول بالا می‌بینید در ابتدا شماره لایه و پس از آن حرف مربوط به زیرلایه (یا همان اوربیتال) نوشته می‌شود. البته به‌منظور به خاطر سپردنِ عبارت فوق می‌توانید از تصویر زیر نیز استفاده کنید.

همان‌طور که در بالا نیز بیان شد، هر اوربیتال می‌تواند $$2(2L+1)$$ الکترون را در خود نگه دارد. برای نوشتن آرایش الکترونی یک اتم می‌توان به‌ترتیب پر شدن، اوربیتال‌ها را نوشت. در بالای هر اوربیتال ظرفیت مربوط به آن نوشته می‌شود. در ادامه آرایش الکترونی چندین اتم برای نمونه ارائه شده‌اند. البته بعضی مواقع اوربیتال‌ها را به‌صورت مربع نشان می‌دهند. هم‌چنین الکترون‌ها را با فلش‌هایی نمایش می‌دهند که جهت آن، اسپین الکترون را نشان می‌دهد. جهت درک بهتر به مثال‌های زیر توجه فرمایید. نماد‌های استفاده شده در نوشتن آرایش الکترونی مطابق با الگوی زیر تعریف می‌شوند.

آرایش الکترونی اتم لیتیوم به چه صورت است؟

همان‌طور که احتمالا می‌دانید عدد اتمی لیتیوم، ۳ در نتیجه مجموع الکترون‌های اشغال شده در اوربیتال‌هایش نیز برابر با ۳ است؛ مطابق با اصل آفبا، آرایش الکترونی اتم لیتیوم به‌صورت زیر خواهد بود.

همان‌طور که می‌بینید در لایه اول اوربیتال s پر شده، اما در لایه دوم تنها یک الکترون در اوربیتال s قرار گرفته است. توجه داشته باشید که جهت بالا و پایین، جهت چرخش الکترون دور خودش -یا همان اسپین- را نشان می‌دهد.

آرایش الکترونی اتم کربن به چه شکل است؟

عدد اتمی کربن برابر با ۶ است. در نتیجه مجموع الکترون‌های موجود در اوربیتال‌ها بایستی برابر با ۶ باشد. توجه داشته باشید که در ابتدا یک اوربیتال بایستی پر شده و سپس اوربیتال بعدی را پر کنید. در زیر آرایش الکترونی اتم کربن رسم شده.

در آرایش بالا هر خانه نشان دهنده یک جهت از اوربیتال است. با توجه به این‌که اوربیتال p به ۳ شکل در فضا قرار می‌گیرد، بنابراین از سه خانه برای نشان دادن آن استفاده شده است. به‌منظور رسم فلش‌ها، از چپ به راست در هر خانه یک فلش رو به بالا قرار داده و به همین شکل اوربیتال را پر کنید. مجموعِ کل فلش‌ها بایستی برابر با عدد اتمی اتمِ مذکور باشد. پیشنهاد می‌کنیم چندین آرایش الکترونی را برای اتم‌های مختلف نوشته و صحت آن با توجه به جدول زیر مورد بررسی قرار دهید.

البته با توجه به پایدار بودن عناصر نجیب، می‌توان با استفاده از آن‌ها نیز آرایش الکترونی را بیان کرد. برای نمونه در زیر آرایش الکترونی اتم کربن بر اساس آرایش هلیوم ارائه شده است.

توجه داشته باشید که به‌ منظور نوشتن آرایش الکترونی یون‌ها، عدد اتمی برابر با تعداد الکترون‌ها نیست. برای نمونه در زیر آرایش الکترونی اتم آهن (Fe) و در نتیجه یونِ‌ آهن (2+Fe) ارائه شده است.

در صورت علاقه‌مندی به مباحث مرتبط در زمینه فیزیک و شیمی، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

چگونه آرایش الکترونی بنویسیم

^^

مجید عوض زاده (+)

«مجید عوض‌زاده»، فارغ‌ التحصیل مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک از دانشگاه تهران است. فیزیک، ریاضیات و مهندسی مکانیک از جمله مباحث مورد علاقه او هستند که در رابطه با آن‌ها تولید محتوا می‌کند.

بر اساس رای 195 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

واقن فوق العاده درس دادین این مطلبو و کامل یادگرفتم
دستتون درد نکنه واقن مرسی بابت زحماتی ک میکشید .

دمتون گرم
سر کلاس استاد که چیزی نفهمیدم. اما اینجا همه چیز رو متوجه شدم عالی.
لینک مطلب رو برای دوستام هم فرستادم
دستتون درد نکنه

به نام خدا
با سلام و عرض ادب و احترام
برای شما از خداوند متعال آرزوی موفقیت روزافزون دارم. بسیار ممنون، زحمت کشیدید و مطالب مفیدی ارائه دادید.

واقعا درسی ک اقای بهنام محمدیان میدن بهترین و عالیترینه و کاملا بی نقصه و من کلا درسو یاد میگیرم
ب امید موفقیت های بیشتررررررر …ممنونم ازتون

خیلی عالی بود.
ممنونم

بعد از سال ها فاصله گرفتن از شیمی دبیرستان، این مطلب به خوبی، خیلی عالی، مطالب رو یادآوری کرد.
ممنون. خیلی خوب بود

خیلی عالی بود بعد از مدت ها یه تدریس خوب واسه این مبحث دیدم🌹

عالی ممنون واقعا خیلی خوب توضیح دادید. فقط اگه میشه توی اموزشاتتون ، انتهای هر اموزش فرمول ها و رابطه ها و مطالب خیلی مهم رو که توضیح داده شده رو یه جا مثلا توی جدول جمع کنین تا دسترسی بهش سریع تر و راحت تر بشه. مثل همون تقلب نامه هایی که منتشر میکنید. بازم ممنون با تشکر از سایت خوبتون.

با سلام. الان برای اوربیتال ۲p طبق شکل هسته در کجای شکل قرار میگیره؟ چون از اونجایی که الکترون به دور هسته می چرخه باید یه شکل کروی داشته باشه و یه مقدار شکل ها غیر عادیه.

مرسی خیلی به من کمک کرد.

خوب ولی کاش با فیلم توضیح میدادید .

بسیار عالی ممنونم

خیلی عالی کامل و بی نقص

تشکرمیکنم ازمجله فرادرس

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سازمان علمی و آموزشی «فرادرس» (Faradars) از قدیمی‌ترین وب‌سایت‌های یادگیری آنلاین است که توانسته طی بیش از ده سال فعالیت خود بالغ بر ۱۲۰۰۰ ساعت آموزش ویدیویی در قالب فراتر از ۲۰۰۰ عنوان علمی، مهارتی و کاربردی را منتشر کند و به بزرگترین پلتفرم آموزشی ایران مبدل شود.

فرادرس با پایبندی به شعار «دانش در دسترس همه، همیشه و همه جا» با همکاری بیش از ۱۸۰۰ مدرس برجسته در زمینه‌های علمی گوناگون از جمله آمار و داده‌کاوی، هوش مصنوعی، برنامه‌نویسی، طراحی و گرافیک کامپیوتری، آموزش‌های دانشگاهی و تخصصی، آموزش نرم‌افزارهای گوناگون، دروس رسمی دبیرستان و پیش دانشگاهی، آموزش‌های دانش‌آموزی و نوجوانان، آموزش زبان‌های خارجی، مهندسی برق، الکترونیک و رباتیک، مهندسی کنترل، مهندسی مکانیک، مهندسی شیمی، مهندسی صنایع، مهندسی معماری و مهندسی عمران توانسته بستری را فراهم کند تا افراد با شرایط مختلف زمانی، مکانی و جسمانی بتوانند با بهره‌گیری از آموزش‌های با کیفیت، به روز و مهارت‌محور همواره به یادگیری بپردازند. شما هم با پیوستن به جمع بزرگ و بالغ بر ۶۰۰ هزار نفری دانشجویان و دانش‌آموزان فرادرس و با بهره‌گیری از آموزش‌های آن، می‌توانید تجربه‌ای متفاوت از علم و مهارت‌آموزی داشته باشید.
مشاهده بیشتر

هر گونه بهره‌گیری از مطالب مجله فرادرس به معنی پذیرش شرایط استفاده از آن بوده و کپی بخش یا کل هر کدام از مطالب، تنها با کسب مجوز مکتوب امکان پذیر است.

© فرادرس ۱۳۹۹

---

Oxford University

پیش‌تر در وبلاگ فرادرس مدل اتمی بور را توضیح دادیم. مدل اتمی بور مدلی یک‌بعدی است که تنها از یک عدد جهت توصیف الکترون‌های یک اتم استفاده می‌کند. این عدد همان n است که نشان دهنده لایه‌ای است که الکترون در آن می‌چرخد. هم‌چنین مدل مذکور تنها می‌تواند ویژگی‌های اتم هیدروژن را توجیه کند.

محتوای این مطلب جهت یادگیری بهتر و سریع‌تر آن، در انتهای متن به صورت ویدیویی نیز ارائه شده است.

«اروین شرودینگر» (Erwin Schrödinger)، در سال ۱۹۲۶ با استفاده از محاسبات پیچیده ریاضی نشان داد که الکترون‌های یک اتم در مسیر‌هایی سه‌بعدی حرکت می‌کنند؛‌ از این رو به سه عدد جهت توصیف الکترون‌ها نیازمندیم. البته به عدد چهارمی نیز به‌منظور نشان دادن نحوه حرکت الکترون به دور خودش نیازمند هستیم. هر الکترون در فضایی ابری تحت عنوان اوربیتال در حال حرکت است. نحوه این حرکت و آرایش الکترون‌ها‌ در شکل‌گیری پیوند‌های شیمیایی بسیار تاثیر‌گذار هستند. با استفاده از اعداد کوانتومی که در ادامه به آن‌ها خواهیم پرداخت، می‌توان اوربیتال‌ها را به شکلی دقیق‌تر توصیف کرد.

شرودینگر با حل معادلاتش سه عدد را جهت توصیف الکترون‌های یک اتم ارائه داد. این اعداد عبارتند از:

عدد کوانتومی اصلی یا n، نشان دهنده اندازه و انرژی اوربیتال است. منظور از اندازه اوربیتال، فاصله الکترون‌ها از هسته اتم است. هر‌چه اندازه این عدد بیشتر باشد، اندازه و انرژی اوربیتال نیز بزرگ‌تر خواهد بود. تمامی الکترون‌هایی که n آن‌ها با هم برابر است،‌ در فاصله‌ای یکسان از هسته اتم قرار می‌گیرند.

چگونه آرایش الکترونی بنویسیم

L یا عدد کوانتومی فرعی، نشان‌دهنده شکل اوربیتال است. یک لایه با عدد کوانتومی n می‌تواند از n-1 اوربیتال مختلف تشکیل شده باشد. شکل‌های یک اوربیتال را با نماد‌های $$s,p,d,f,…$$ نشان می‌دهند. برای نمونه L=۰ نشان دهنده اوربیتال s یا L=۱ اوربیتال p را نشان می‌دهد. تصویر ارائه شده، شکل‌ اوربیتال‌های مختلف را نمایش می‌دهد.

با توجه به شکل فوق، اوربیتال s کروی بوده و تنها به یک صورت می‌تواند در فضا قرار گیرد. اما مثلا اوربیتال p می‌تواند هم در راستای محور z و هم در راستای محور x جهت‌گیری کند. از این رو به عدد سومی تحت عنوان m یا عدد کوانتومی مغناطیسی نیازمندیم تا این جهت‌گیری اوربیتال‌ها را نشان دهیم. بنابراین عدد m جهت‌گیری اوربیتال را در فضا نشان می‌دهد. عدد کوانتومی مغناطیسیِ یک اوربیتال، بین L- و L+ قرار دارد. برای نمونه اعداد کوانتومی مغناطیسی برای اوربیتال p که L مربوط با آن ۱ است، برابر با 1+,1,0- در نظر گرفته می‌شوند.

اگر الکترون را به صورت‌ یک کره در نظر بگیریم،‌ با استفاده از ۳ عدد معرفی شده در بالا می‌تواند جهت حرکت آن را در فضا مشخص کرد. اما این الکترون، به دور خودش نیز در حال چرخش است. این چرخش را با عدد کوانتومی اسپینی یا ms نشان می‌دهند. بنابراین یک الکترون می‌تواند تنها ساعتگرد (s=-1/2) و یا پادساعتگرد (s=+1/2) چرخش کند. در شکل زیر چرخش الکترون در این دو حالت نشان داده شده است.

همان‌طور که بیان شد هر اوربیتال دارای شکل مشخصی است که با توجه به اعداد کوانتومی معلوم می‌شوند. در ادامه اعداد کوانتومی مرتبط با هر اوبیتال و نحوه قرار گرفتن الکترون‌ها در اوربیتال‌ها را بیان خواهیم کرد.

در هر لایه یا به عبارتی در هر n، تعداد n-1 اوربیتال متفاوت می‌تواند قرار گیرد. برای نمونه در لایه اول تنها اوربیتال l=0 یا همان اوربیتال کروی وجود دارد. در n=2 دو اوربیتالِ کرویِ (l=0) و دمبلی (l=1) می‌توانند قرار گیرند. از طرفی اوربیتال کروی تنها به یک شکل می‌تواند در فضا قرار گیرد،‌ از این رو m آن تنها برابر با ۰ می‌تواند باشد. این در حالی است که اوربیتال دمبلی به ۳ شکل می‌تواند در فضا قرار گیرد، در نتیجه m=-1,0,+1 است. شکل زیر دو اوربیتال s و p را نشان می‌دهد.

به همین صورت اعداد هر اوربیتال معلوم می‌شوند. برای نمونه اوربیتال p (یا همان دمبلی) را در نظر بگیرید که در لایه سوم قرار گرفته است. برای این اوربیتال اعداد کوانتومی به‌صورت زیر هستند.

توجه داشته باشید که عدد کوانتومی اسپینی برای یک الکترون تعریف می‌شود، به همین دلیل این عدد در بالا ارائه نشده. اوربیتال‌های با l=1 (اوربیتال p) به بالا دارای شکل‌هایی بسیار پیچیده هستند که به‌صورت‌ گوناگونی می‌توانند در فضا قرار گیرند. در جدول زیر ترتیب لایه‌ها و زیرلایه‌ها (اوربیتال‌ها) برای چهار لایه اول ارائه شده است.

در جدول بالا ستونی تحت عنوان تعداد الکترون‌ها وجود دارد. این ستون ظرفیت تعداد الکترون‌های قرار گرفته در هر اوربیتال را نشان می‌دهد. برای نمونه اوربیتال p در سه‌ جهت می‌تواند در فضا قرار گیرد. از طرفی در هرکدام از این حالات ۲ الکترون می‌تواند در اوربیتال مذکور وجود داشته باشد؛ بنابراین ظرفیت این اوربیتال برابر با ۶=۳×۲ است. البته ظرفیت هر اوربیتال با عدد L را می‌توان با استفاده از فرمولِ  $$2(2L+1)$$ نیز بدست آورد.

در تصویر زیر، شکل اوربیتال‌های s,p,d,f نشان داده شده.

الکترون‌های یک اتم با نظم مشخصی در اوربیتال‌ها قرار می‌گیرند. در ابتدا لایه‌های با انرژی کم‌تر توسط الکترون‌ها پر شده و پس از آن لایه‌های دورتر توسط آن‌ها اشغال می‌شوند. با استفاده از «اصل آفبا» (Aufbau Principle) می‌توان ترتیب الکترون‌ها را در پر کردن اوربیتال‌ها معلوم کرد.

در این اصل در ابتدا لایه با n کمتر توسط الکترون‌ها اشغال می‌شوند. هم‌چنین در یک لایه، ابتدا اوربیتال با انرژی کمتر پر می‌شود. برای نمونه در لایه دوم هر دو اوربیتالِ p و s وجود دارند. اما با توجه به انرژی کم‌تر اوربیتال s، در ابتدا این اوربیتال پر می‌شود. اما گاهی اوربیتال p در لایه‌ای پایین‌تر به نسبت اوربیتال s قرار دارد. به نظر شما در این حالت اولویت با شماره لایه یا شکل اوربیتال است؟ در این حالت لایه‌ای زود‌تر پر می‌شود که:

بر اساس دو الگوی بالا، الکترون‌ها به‌ترتیب در اوربیتال‌های زیر قرار می‌گیرند:

همان‌طور که در فرمول بالا می‌بینید در ابتدا شماره لایه و پس از آن حرف مربوط به زیرلایه (یا همان اوربیتال) نوشته می‌شود. البته به‌منظور به خاطر سپردنِ عبارت فوق می‌توانید از تصویر زیر نیز استفاده کنید.

همان‌طور که در بالا نیز بیان شد، هر اوربیتال می‌تواند $$2(2L+1)$$ الکترون را در خود نگه دارد. برای نوشتن آرایش الکترونی یک اتم می‌توان به‌ترتیب پر شدن، اوربیتال‌ها را نوشت. در بالای هر اوربیتال ظرفیت مربوط به آن نوشته می‌شود. در ادامه آرایش الکترونی چندین اتم برای نمونه ارائه شده‌اند. البته بعضی مواقع اوربیتال‌ها را به‌صورت مربع نشان می‌دهند. هم‌چنین الکترون‌ها را با فلش‌هایی نمایش می‌دهند که جهت آن، اسپین الکترون را نشان می‌دهد. جهت درک بهتر به مثال‌های زیر توجه فرمایید. نماد‌های استفاده شده در نوشتن آرایش الکترونی مطابق با الگوی زیر تعریف می‌شوند.

آرایش الکترونی اتم لیتیوم به چه صورت است؟

همان‌طور که احتمالا می‌دانید عدد اتمی لیتیوم، ۳ در نتیجه مجموع الکترون‌های اشغال شده در اوربیتال‌هایش نیز برابر با ۳ است؛ مطابق با اصل آفبا، آرایش الکترونی اتم لیتیوم به‌صورت زیر خواهد بود.

همان‌طور که می‌بینید در لایه اول اوربیتال s پر شده، اما در لایه دوم تنها یک الکترون در اوربیتال s قرار گرفته است. توجه داشته باشید که جهت بالا و پایین، جهت چرخش الکترون دور خودش -یا همان اسپین- را نشان می‌دهد.

آرایش الکترونی اتم کربن به چه شکل است؟

عدد اتمی کربن برابر با ۶ است. در نتیجه مجموع الکترون‌های موجود در اوربیتال‌ها بایستی برابر با ۶ باشد. توجه داشته باشید که در ابتدا یک اوربیتال بایستی پر شده و سپس اوربیتال بعدی را پر کنید. در زیر آرایش الکترونی اتم کربن رسم شده.

در آرایش بالا هر خانه نشان دهنده یک جهت از اوربیتال است. با توجه به این‌که اوربیتال p به ۳ شکل در فضا قرار می‌گیرد، بنابراین از سه خانه برای نشان دادن آن استفاده شده است. به‌منظور رسم فلش‌ها، از چپ به راست در هر خانه یک فلش رو به بالا قرار داده و به همین شکل اوربیتال را پر کنید. مجموعِ کل فلش‌ها بایستی برابر با عدد اتمی اتمِ مذکور باشد. پیشنهاد می‌کنیم چندین آرایش الکترونی را برای اتم‌های مختلف نوشته و صحت آن با توجه به جدول زیر مورد بررسی قرار دهید.

البته با توجه به پایدار بودن عناصر نجیب، می‌توان با استفاده از آن‌ها نیز آرایش الکترونی را بیان کرد. برای نمونه در زیر آرایش الکترونی اتم کربن بر اساس آرایش هلیوم ارائه شده است.

توجه داشته باشید که به‌ منظور نوشتن آرایش الکترونی یون‌ها، عدد اتمی برابر با تعداد الکترون‌ها نیست. برای نمونه در زیر آرایش الکترونی اتم آهن (Fe) و در نتیجه یونِ‌ آهن (2+Fe) ارائه شده است.

در صورت علاقه‌مندی به مباحث مرتبط در زمینه فیزیک و شیمی، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

چگونه آرایش الکترونی بنویسیم

^^

مجید عوض زاده (+)

«مجید عوض‌زاده»، فارغ‌ التحصیل مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک از دانشگاه تهران است. فیزیک، ریاضیات و مهندسی مکانیک از جمله مباحث مورد علاقه او هستند که در رابطه با آن‌ها تولید محتوا می‌کند.

بر اساس رای 195 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

واقن فوق العاده درس دادین این مطلبو و کامل یادگرفتم
دستتون درد نکنه واقن مرسی بابت زحماتی ک میکشید .

دمتون گرم
سر کلاس استاد که چیزی نفهمیدم. اما اینجا همه چیز رو متوجه شدم عالی.
لینک مطلب رو برای دوستام هم فرستادم
دستتون درد نکنه

به نام خدا
با سلام و عرض ادب و احترام
برای شما از خداوند متعال آرزوی موفقیت روزافزون دارم. بسیار ممنون، زحمت کشیدید و مطالب مفیدی ارائه دادید.

واقعا درسی ک اقای بهنام محمدیان میدن بهترین و عالیترینه و کاملا بی نقصه و من کلا درسو یاد میگیرم
ب امید موفقیت های بیشتررررررر …ممنونم ازتون

خیلی عالی بود.
ممنونم

بعد از سال ها فاصله گرفتن از شیمی دبیرستان، این مطلب به خوبی، خیلی عالی، مطالب رو یادآوری کرد.
ممنون. خیلی خوب بود

خیلی عالی بود بعد از مدت ها یه تدریس خوب واسه این مبحث دیدم🌹

عالی ممنون واقعا خیلی خوب توضیح دادید. فقط اگه میشه توی اموزشاتتون ، انتهای هر اموزش فرمول ها و رابطه ها و مطالب خیلی مهم رو که توضیح داده شده رو یه جا مثلا توی جدول جمع کنین تا دسترسی بهش سریع تر و راحت تر بشه. مثل همون تقلب نامه هایی که منتشر میکنید. بازم ممنون با تشکر از سایت خوبتون.

با سلام. الان برای اوربیتال ۲p طبق شکل هسته در کجای شکل قرار میگیره؟ چون از اونجایی که الکترون به دور هسته می چرخه باید یه شکل کروی داشته باشه و یه مقدار شکل ها غیر عادیه.

مرسی خیلی به من کمک کرد.

خوب ولی کاش با فیلم توضیح میدادید .

بسیار عالی ممنونم

خیلی عالی کامل و بی نقص

تشکرمیکنم ازمجله فرادرس

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سازمان علمی و آموزشی «فرادرس» (Faradars) از قدیمی‌ترین وب‌سایت‌های یادگیری آنلاین است که توانسته طی بیش از ده سال فعالیت خود بالغ بر ۱۲۰۰۰ ساعت آموزش ویدیویی در قالب فراتر از ۲۰۰۰ عنوان علمی، مهارتی و کاربردی را منتشر کند و به بزرگترین پلتفرم آموزشی ایران مبدل شود.

فرادرس با پایبندی به شعار «دانش در دسترس همه، همیشه و همه جا» با همکاری بیش از ۱۸۰۰ مدرس برجسته در زمینه‌های علمی گوناگون از جمله آمار و داده‌کاوی، هوش مصنوعی، برنامه‌نویسی، طراحی و گرافیک کامپیوتری، آموزش‌های دانشگاهی و تخصصی، آموزش نرم‌افزارهای گوناگون، دروس رسمی دبیرستان و پیش دانشگاهی، آموزش‌های دانش‌آموزی و نوجوانان، آموزش زبان‌های خارجی، مهندسی برق، الکترونیک و رباتیک، مهندسی کنترل، مهندسی مکانیک، مهندسی شیمی، مهندسی صنایع، مهندسی معماری و مهندسی عمران توانسته بستری را فراهم کند تا افراد با شرایط مختلف زمانی، مکانی و جسمانی بتوانند با بهره‌گیری از آموزش‌های با کیفیت، به روز و مهارت‌محور همواره به یادگیری بپردازند. شما هم با پیوستن به جمع بزرگ و بالغ بر ۶۰۰ هزار نفری دانشجویان و دانش‌آموزان فرادرس و با بهره‌گیری از آموزش‌های آن، می‌توانید تجربه‌ای متفاوت از علم و مهارت‌آموزی داشته باشید.
مشاهده بیشتر

هر گونه بهره‌گیری از مطالب مجله فرادرس به معنی پذیرش شرایط استفاده از آن بوده و کپی بخش یا کل هر کدام از مطالب، تنها با کسب مجوز مکتوب امکان پذیر است.

© فرادرس ۱۳۹۹

---

Oxford University

پیش‌تر در وبلاگ فرادرس مدل اتمی بور را توضیح دادیم. مدل اتمی بور مدلی یک‌بعدی است که تنها از یک عدد جهت توصیف الکترون‌های یک اتم استفاده می‌کند. این عدد همان n است که نشان دهنده لایه‌ای است که الکترون در آن می‌چرخد. هم‌چنین مدل مذکور تنها می‌تواند ویژگی‌های اتم هیدروژن را توجیه کند.

محتوای این مطلب جهت یادگیری بهتر و سریع‌تر آن، در انتهای متن به صورت ویدیویی نیز ارائه شده است.

«اروین شرودینگر» (Erwin Schrödinger)، در سال ۱۹۲۶ با استفاده از محاسبات پیچیده ریاضی نشان داد که الکترون‌های یک اتم در مسیر‌هایی سه‌بعدی حرکت می‌کنند؛‌ از این رو به سه عدد جهت توصیف الکترون‌ها نیازمندیم. البته به عدد چهارمی نیز به‌منظور نشان دادن نحوه حرکت الکترون به دور خودش نیازمند هستیم. هر الکترون در فضایی ابری تحت عنوان اوربیتال در حال حرکت است. نحوه این حرکت و آرایش الکترون‌ها‌ در شکل‌گیری پیوند‌های شیمیایی بسیار تاثیر‌گذار هستند. با استفاده از اعداد کوانتومی که در ادامه به آن‌ها خواهیم پرداخت، می‌توان اوربیتال‌ها را به شکلی دقیق‌تر توصیف کرد.

شرودینگر با حل معادلاتش سه عدد را جهت توصیف الکترون‌های یک اتم ارائه داد. این اعداد عبارتند از:

عدد کوانتومی اصلی یا n، نشان دهنده اندازه و انرژی اوربیتال است. منظور از اندازه اوربیتال، فاصله الکترون‌ها از هسته اتم است. هر‌چه اندازه این عدد بیشتر باشد، اندازه و انرژی اوربیتال نیز بزرگ‌تر خواهد بود. تمامی الکترون‌هایی که n آن‌ها با هم برابر است،‌ در فاصله‌ای یکسان از هسته اتم قرار می‌گیرند.

چگونه آرایش الکترونی بنویسیم

L یا عدد کوانتومی فرعی، نشان‌دهنده شکل اوربیتال است. یک لایه با عدد کوانتومی n می‌تواند از n-1 اوربیتال مختلف تشکیل شده باشد. شکل‌های یک اوربیتال را با نماد‌های $$s,p,d,f,…$$ نشان می‌دهند. برای نمونه L=۰ نشان دهنده اوربیتال s یا L=۱ اوربیتال p را نشان می‌دهد. تصویر ارائه شده، شکل‌ اوربیتال‌های مختلف را نمایش می‌دهد.

با توجه به شکل فوق، اوربیتال s کروی بوده و تنها به یک صورت می‌تواند در فضا قرار گیرد. اما مثلا اوربیتال p می‌تواند هم در راستای محور z و هم در راستای محور x جهت‌گیری کند. از این رو به عدد سومی تحت عنوان m یا عدد کوانتومی مغناطیسی نیازمندیم تا این جهت‌گیری اوربیتال‌ها را نشان دهیم. بنابراین عدد m جهت‌گیری اوربیتال را در فضا نشان می‌دهد. عدد کوانتومی مغناطیسیِ یک اوربیتال، بین L- و L+ قرار دارد. برای نمونه اعداد کوانتومی مغناطیسی برای اوربیتال p که L مربوط با آن ۱ است، برابر با 1+,1,0- در نظر گرفته می‌شوند.

اگر الکترون را به صورت‌ یک کره در نظر بگیریم،‌ با استفاده از ۳ عدد معرفی شده در بالا می‌تواند جهت حرکت آن را در فضا مشخص کرد. اما این الکترون، به دور خودش نیز در حال چرخش است. این چرخش را با عدد کوانتومی اسپینی یا ms نشان می‌دهند. بنابراین یک الکترون می‌تواند تنها ساعتگرد (s=-1/2) و یا پادساعتگرد (s=+1/2) چرخش کند. در شکل زیر چرخش الکترون در این دو حالت نشان داده شده است.

همان‌طور که بیان شد هر اوربیتال دارای شکل مشخصی است که با توجه به اعداد کوانتومی معلوم می‌شوند. در ادامه اعداد کوانتومی مرتبط با هر اوبیتال و نحوه قرار گرفتن الکترون‌ها در اوربیتال‌ها را بیان خواهیم کرد.

در هر لایه یا به عبارتی در هر n، تعداد n-1 اوربیتال متفاوت می‌تواند قرار گیرد. برای نمونه در لایه اول تنها اوربیتال l=0 یا همان اوربیتال کروی وجود دارد. در n=2 دو اوربیتالِ کرویِ (l=0) و دمبلی (l=1) می‌توانند قرار گیرند. از طرفی اوربیتال کروی تنها به یک شکل می‌تواند در فضا قرار گیرد،‌ از این رو m آن تنها برابر با ۰ می‌تواند باشد. این در حالی است که اوربیتال دمبلی به ۳ شکل می‌تواند در فضا قرار گیرد، در نتیجه m=-1,0,+1 است. شکل زیر دو اوربیتال s و p را نشان می‌دهد.

به همین صورت اعداد هر اوربیتال معلوم می‌شوند. برای نمونه اوربیتال p (یا همان دمبلی) را در نظر بگیرید که در لایه سوم قرار گرفته است. برای این اوربیتال اعداد کوانتومی به‌صورت زیر هستند.

توجه داشته باشید که عدد کوانتومی اسپینی برای یک الکترون تعریف می‌شود، به همین دلیل این عدد در بالا ارائه نشده. اوربیتال‌های با l=1 (اوربیتال p) به بالا دارای شکل‌هایی بسیار پیچیده هستند که به‌صورت‌ گوناگونی می‌توانند در فضا قرار گیرند. در جدول زیر ترتیب لایه‌ها و زیرلایه‌ها (اوربیتال‌ها) برای چهار لایه اول ارائه شده است.

در جدول بالا ستونی تحت عنوان تعداد الکترون‌ها وجود دارد. این ستون ظرفیت تعداد الکترون‌های قرار گرفته در هر اوربیتال را نشان می‌دهد. برای نمونه اوربیتال p در سه‌ جهت می‌تواند در فضا قرار گیرد. از طرفی در هرکدام از این حالات ۲ الکترون می‌تواند در اوربیتال مذکور وجود داشته باشد؛ بنابراین ظرفیت این اوربیتال برابر با ۶=۳×۲ است. البته ظرفیت هر اوربیتال با عدد L را می‌توان با استفاده از فرمولِ  $$2(2L+1)$$ نیز بدست آورد.

در تصویر زیر، شکل اوربیتال‌های s,p,d,f نشان داده شده.

الکترون‌های یک اتم با نظم مشخصی در اوربیتال‌ها قرار می‌گیرند. در ابتدا لایه‌های با انرژی کم‌تر توسط الکترون‌ها پر شده و پس از آن لایه‌های دورتر توسط آن‌ها اشغال می‌شوند. با استفاده از «اصل آفبا» (Aufbau Principle) می‌توان ترتیب الکترون‌ها را در پر کردن اوربیتال‌ها معلوم کرد.

در این اصل در ابتدا لایه با n کمتر توسط الکترون‌ها اشغال می‌شوند. هم‌چنین در یک لایه، ابتدا اوربیتال با انرژی کمتر پر می‌شود. برای نمونه در لایه دوم هر دو اوربیتالِ p و s وجود دارند. اما با توجه به انرژی کم‌تر اوربیتال s، در ابتدا این اوربیتال پر می‌شود. اما گاهی اوربیتال p در لایه‌ای پایین‌تر به نسبت اوربیتال s قرار دارد. به نظر شما در این حالت اولویت با شماره لایه یا شکل اوربیتال است؟ در این حالت لایه‌ای زود‌تر پر می‌شود که:

بر اساس دو الگوی بالا، الکترون‌ها به‌ترتیب در اوربیتال‌های زیر قرار می‌گیرند:

همان‌طور که در فرمول بالا می‌بینید در ابتدا شماره لایه و پس از آن حرف مربوط به زیرلایه (یا همان اوربیتال) نوشته می‌شود. البته به‌منظور به خاطر سپردنِ عبارت فوق می‌توانید از تصویر زیر نیز استفاده کنید.

همان‌طور که در بالا نیز بیان شد، هر اوربیتال می‌تواند $$2(2L+1)$$ الکترون را در خود نگه دارد. برای نوشتن آرایش الکترونی یک اتم می‌توان به‌ترتیب پر شدن، اوربیتال‌ها را نوشت. در بالای هر اوربیتال ظرفیت مربوط به آن نوشته می‌شود. در ادامه آرایش الکترونی چندین اتم برای نمونه ارائه شده‌اند. البته بعضی مواقع اوربیتال‌ها را به‌صورت مربع نشان می‌دهند. هم‌چنین الکترون‌ها را با فلش‌هایی نمایش می‌دهند که جهت آن، اسپین الکترون را نشان می‌دهد. جهت درک بهتر به مثال‌های زیر توجه فرمایید. نماد‌های استفاده شده در نوشتن آرایش الکترونی مطابق با الگوی زیر تعریف می‌شوند.

آرایش الکترونی اتم لیتیوم به چه صورت است؟

همان‌طور که احتمالا می‌دانید عدد اتمی لیتیوم، ۳ در نتیجه مجموع الکترون‌های اشغال شده در اوربیتال‌هایش نیز برابر با ۳ است؛ مطابق با اصل آفبا، آرایش الکترونی اتم لیتیوم به‌صورت زیر خواهد بود.

همان‌طور که می‌بینید در لایه اول اوربیتال s پر شده، اما در لایه دوم تنها یک الکترون در اوربیتال s قرار گرفته است. توجه داشته باشید که جهت بالا و پایین، جهت چرخش الکترون دور خودش -یا همان اسپین- را نشان می‌دهد.

آرایش الکترونی اتم کربن به چه شکل است؟

عدد اتمی کربن برابر با ۶ است. در نتیجه مجموع الکترون‌های موجود در اوربیتال‌ها بایستی برابر با ۶ باشد. توجه داشته باشید که در ابتدا یک اوربیتال بایستی پر شده و سپس اوربیتال بعدی را پر کنید. در زیر آرایش الکترونی اتم کربن رسم شده.

در آرایش بالا هر خانه نشان دهنده یک جهت از اوربیتال است. با توجه به این‌که اوربیتال p به ۳ شکل در فضا قرار می‌گیرد، بنابراین از سه خانه برای نشان دادن آن استفاده شده است. به‌منظور رسم فلش‌ها، از چپ به راست در هر خانه یک فلش رو به بالا قرار داده و به همین شکل اوربیتال را پر کنید. مجموعِ کل فلش‌ها بایستی برابر با عدد اتمی اتمِ مذکور باشد. پیشنهاد می‌کنیم چندین آرایش الکترونی را برای اتم‌های مختلف نوشته و صحت آن با توجه به جدول زیر مورد بررسی قرار دهید.

البته با توجه به پایدار بودن عناصر نجیب، می‌توان با استفاده از آن‌ها نیز آرایش الکترونی را بیان کرد. برای نمونه در زیر آرایش الکترونی اتم کربن بر اساس آرایش هلیوم ارائه شده است.

توجه داشته باشید که به‌ منظور نوشتن آرایش الکترونی یون‌ها، عدد اتمی برابر با تعداد الکترون‌ها نیست. برای نمونه در زیر آرایش الکترونی اتم آهن (Fe) و در نتیجه یونِ‌ آهن (2+Fe) ارائه شده است.

در صورت علاقه‌مندی به مباحث مرتبط در زمینه فیزیک و شیمی، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

چگونه آرایش الکترونی بنویسیم

^^

مجید عوض زاده (+)

«مجید عوض‌زاده»، فارغ‌ التحصیل مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک از دانشگاه تهران است. فیزیک، ریاضیات و مهندسی مکانیک از جمله مباحث مورد علاقه او هستند که در رابطه با آن‌ها تولید محتوا می‌کند.

بر اساس رای 195 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

واقن فوق العاده درس دادین این مطلبو و کامل یادگرفتم
دستتون درد نکنه واقن مرسی بابت زحماتی ک میکشید .

دمتون گرم
سر کلاس استاد که چیزی نفهمیدم. اما اینجا همه چیز رو متوجه شدم عالی.
لینک مطلب رو برای دوستام هم فرستادم
دستتون درد نکنه

به نام خدا
با سلام و عرض ادب و احترام
برای شما از خداوند متعال آرزوی موفقیت روزافزون دارم. بسیار ممنون، زحمت کشیدید و مطالب مفیدی ارائه دادید.

واقعا درسی ک اقای بهنام محمدیان میدن بهترین و عالیترینه و کاملا بی نقصه و من کلا درسو یاد میگیرم
ب امید موفقیت های بیشتررررررر …ممنونم ازتون

خیلی عالی بود.
ممنونم

بعد از سال ها فاصله گرفتن از شیمی دبیرستان، این مطلب به خوبی، خیلی عالی، مطالب رو یادآوری کرد.
ممنون. خیلی خوب بود

خیلی عالی بود بعد از مدت ها یه تدریس خوب واسه این مبحث دیدم🌹

عالی ممنون واقعا خیلی خوب توضیح دادید. فقط اگه میشه توی اموزشاتتون ، انتهای هر اموزش فرمول ها و رابطه ها و مطالب خیلی مهم رو که توضیح داده شده رو یه جا مثلا توی جدول جمع کنین تا دسترسی بهش سریع تر و راحت تر بشه. مثل همون تقلب نامه هایی که منتشر میکنید. بازم ممنون با تشکر از سایت خوبتون.

با سلام. الان برای اوربیتال ۲p طبق شکل هسته در کجای شکل قرار میگیره؟ چون از اونجایی که الکترون به دور هسته می چرخه باید یه شکل کروی داشته باشه و یه مقدار شکل ها غیر عادیه.

مرسی خیلی به من کمک کرد.

خوب ولی کاش با فیلم توضیح میدادید .

بسیار عالی ممنونم

خیلی عالی کامل و بی نقص

تشکرمیکنم ازمجله فرادرس

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سازمان علمی و آموزشی «فرادرس» (Faradars) از قدیمی‌ترین وب‌سایت‌های یادگیری آنلاین است که توانسته طی بیش از ده سال فعالیت خود بالغ بر ۱۲۰۰۰ ساعت آموزش ویدیویی در قالب فراتر از ۲۰۰۰ عنوان علمی، مهارتی و کاربردی را منتشر کند و به بزرگترین پلتفرم آموزشی ایران مبدل شود.

فرادرس با پایبندی به شعار «دانش در دسترس همه، همیشه و همه جا» با همکاری بیش از ۱۸۰۰ مدرس برجسته در زمینه‌های علمی گوناگون از جمله آمار و داده‌کاوی، هوش مصنوعی، برنامه‌نویسی، طراحی و گرافیک کامپیوتری، آموزش‌های دانشگاهی و تخصصی، آموزش نرم‌افزارهای گوناگون، دروس رسمی دبیرستان و پیش دانشگاهی، آموزش‌های دانش‌آموزی و نوجوانان، آموزش زبان‌های خارجی، مهندسی برق، الکترونیک و رباتیک، مهندسی کنترل، مهندسی مکانیک، مهندسی شیمی، مهندسی صنایع، مهندسی معماری و مهندسی عمران توانسته بستری را فراهم کند تا افراد با شرایط مختلف زمانی، مکانی و جسمانی بتوانند با بهره‌گیری از آموزش‌های با کیفیت، به روز و مهارت‌محور همواره به یادگیری بپردازند. شما هم با پیوستن به جمع بزرگ و بالغ بر ۶۰۰ هزار نفری دانشجویان و دانش‌آموزان فرادرس و با بهره‌گیری از آموزش‌های آن، می‌توانید تجربه‌ای متفاوت از علم و مهارت‌آموزی داشته باشید.
مشاهده بیشتر

هر گونه بهره‌گیری از مطالب مجله فرادرس به معنی پذیرش شرایط استفاده از آن بوده و کپی بخش یا کل هر کدام از مطالب، تنها با کسب مجوز مکتوب امکان پذیر است.

© فرادرس ۱۳۹۹

---

Oxford University

%PDF-1.5
%
58 0 obj>
endobj

xref
58 33
0000000016 00000 n
0000001458 00000 n
0000000956 00000 n
0000001754 00000 n
0000001797 00000 n
0000001952 00000 n
0000002248 00000 n
0000002297 00000 n
0000002484 00000 n
0000010778 00000 n
0000011504 00000 n
0000012039 00000 n
0000012749 00000 n
0000013389 00000 n
0000014440 00000 n
0000014611 00000 n
0000015258 00000 n
0000015881 00000 n
0000016551 00000 n
0000017570 00000 n
0000018614 00000 n
0000018776 00000 n
0000018930 00000 n
0000019643 00000 n
0000020253 00000 n
0000020570 00000 n
0000021167 00000 n
0000021189 00000 n
0000023837 00000 n
0000023871 00000 n
0000023909 00000 n
0000035913 00000 n
0000035966 00000 n
trailer
]>>
startxref
0
%%EOF

60 0 obj>stream
xb“`b“yAbl,& w6L_Y`ЫaկSQܢ˛Yl{ K|>Ϣc”,4VX(f]cR;Dﵩ_t[%TI,-l(onSBLƂ]m”/w,63Y”=lW!XcxD”|aSP
[D_$lZ”.9M!&@lla

0