انت هنا الان : شبكة جامعة بابل > موقع الكلية > نظام التعليم الالكتروني > مشاهدة المحاضرة

اللاعضوية 5

الكلية كلية العلوم للبنات     القسم قسم الكيمياء     المرحلة 1
أستاذ المادة محمد حامد سعيد الدهيمي       04/01/2018 19:10:07
الكيمياء اللاعضوية
المرحلة الاولى 2017
المحاضرة الخامسة أ.م.د محمد حامد سعيد
الخواص الدورية للعناصر :-
توجد علاقة بين دورية الخواص للعناصر وبين دورية الترتيب الالكتروني لذراتها ونذكر من هذه الخواص على سبيل المثال : انصاف الأقطار الذرية والايونية والتساهمية , طاقة التاين , الالفة الالكترونية , السالبية الكهربائية , التكافؤ , جهد الاختزال القياسي , طاقة الاصرة . ولما كان إحساس الالكترون بشحنة النواة الموجبة يتاثر بمدى الحجب الالكترونات الأخرى له لذلك لابد لنا من مناقشة موضوع الحجب

الحجب : Shielding
من المتوقع ان تزداد الطاقة اللازمة لانتزاع الالكترون من الذرة ( طاقة التاين ) بازدياد العدد الذري وذلك نظرا للإشارة السالبة للطرف الأيمن في معادلة بور لحساب طاقة الالكترون
E =- 2?2Z2e4m / n2 h2
ان طاقة الالكترون تعتمد على قيمة Z2 / n2
ولما كان معدل الزيادة في شحنة النواة (Z) اكبر من الزيادة في عدد الكم الرئيسي (n) فمن المتوقع ان تزداد الطاقة اللازمة لفصل الكترون من ذرة باستمرار بزيادة العدد الذري . ولكن الواقع غير ذلك كما يتضح من مقارنة طاقة التاين للهيدروجين (Z=1) والتي تساوي (13,6الكترون فولت )مع طاقة تاين الليثيوم (Z=3) والتي تساوي (5,4الكترون فولت ) هذا يعني ان الالكترون الخارجي لذرة الليثيوم لايقع تحت التاثير المباشر والكامل لشحنة نواة الليثيوم والتي تساوي (+3) بل ان هذا الالكترون يحس Feels بشحنة نووية بين (+1,+2) .
وذلك يفسر بان الكتروني الغلاف الأول في ذرة الليثيوم يحجبان شحنة النواة عن الكترون الغلاف الثاني , فاذا كان الامر كذلك فمن المفروض ان تكون الشحنة الموجبة المؤثرة على الكترون المدار الثانوي هي (3-2=1) ولكن حيث ان هذا الالكترون ينتمي الى اوربتال من نوع (s) ولما كانت اوربتالات (s) ذات نفاذية penetrating اكثر من نفاذية الاوربتالات من نوع (d,p) فان يجعل الكترونات (s)
ا- تحس بشحنة نووية اكبر من تلك التي تحس بها الكترونات اوربتالات (d,p) والتي تنتمي الى نفس طبقة الكم
ب- تحجب شحنة النواة الموجبة عن الالكترونات الأخرى بدرجة اكبر .
يمكن حساب الشحنة المؤثرة للنواة (effective nuclear charge )( Z*) والتي يحس بها الكترون ما من المعادلة

Z* = Z- S

حيث (S) هو ثابت الحجب
ولغرض ان نفهم موضوعات عديدة لها علاقة بثابت الحجب مثل الحجم الذري , السالبية الكهربائية , طاقة التاين قام العالم سلتير (Slater ) بوضع مجموعة من القواعد الأولية لتقدير مدى الحجب التقريبي للالكترونات .

يمكن تلخيص هذه القواعد كما يلي :-
ا- لحساب ثابت الحجب (S) لالكترون ما في المستوى الثانوي (ns,np) نتبع الخطوات التالية
1- يكتب الترتيب الالكتروني للعنصر من اليسار الى اليمين حسب الترتيب التالي
(1s) (2s 2p ) (3s 3p ) (3d) (4s 4p ) (4d) (4f) (5s 5p ) …….etal
2- ان الالكترونات التي تنتمي الى اية مجموعة تقع على يمين المجموعة (ns np ) ( أي تقع في غلافn+1 ) او اكثر لاتساهم في قيمة ثابت الحجب
3- ان كل الكترون ينتمي الى نفس الغلاف الرئيسي (ns , np) يحجب الالكترون المراد حساب ثابت الحجب له بمقدار ( ( 0,35
4- كل الكترون ينتمي الى غلاف رئيسي (n-1) يحجب الالكترون المراد حساب ثابت الحجب له بمقدار (0,85 (
5- كل الكترون ينتمي الى غلاف رئيسي (n-2) او اقل يحجب الالكترون المراد حساب ثابت الحجب له حجبا كاملا أي الى مدى ( ( 1
ب- لحساب ثابت الحجب لالكترون ما يقع في المستوي الثانوي ( nd او nf) نستخدم القواعد السابقة فيما عدا القاعدتين ( 4 و 5 ) حيث تصبحان كما يأتي
4- جميع الالكترونات في المجموعات الواقعة يسار المجموعة ( nd او nf ) تحجب الالكترون المراد حساب ثابت الحجب له بمقدار يساوي (1)
مثال 1:-
احسب الشحنة المؤثرة للنواة التي يحس بها الكترون التكافؤ في ذرة الاوكسجين
8O 1s2 2s2 2p4
(1s)2 (2s 2p )6
S= (5×0.35)+ (2x0.85) =3.45
Z* = Z – S
Z* =8 – 3.45 = 4.55
مثال 2:-
احسب الشحنة المؤثرة للنواة التي يحس بها الكترون التكافؤ في ذرة النتروجين
7N 1s2 2s2 2p3
(1s)2 (2s 2p )5
S= (4×0.35)+ (2x0.85) =3.1
Z* = Z – S
Z* =7– 3.1 = 3.9

مثال 3:-
احسب الشحنة المؤثرة للنواة التي يحس بها الكترون التكافؤ(4s) في ذرة الخارصين
30Zn 1s2 2s2 2p6 3s23p6 3d104s24p0
(1s)2 (2s 2p )8 (3s 3p)8 (3d)10 (4s 4p)2
S= (1×0.35)+ (18x0.85) + (10 x 1) =25.65
Z* = Z – S
Z* =30 – 25.65 = 4.35

طاقة التاين او جهد التاين :-Ionization energy or Ionization potential ان طاقة التأين ( IP) هي مقياس مباشر لسهولة إزاحة الكترون في ذرة او ايون وتعرف عادة على انها الطاقة اللازمة للإزاحة واحد إزاحة كلية في ذرة غازية متعادلة وهي في ادنى حالات الطاقة لتكوين ايون غازي احادي الشحنة موجب وتسمى بطاقة التأين الأولى (IP1) (First ionization potential ) ولها يعود فقدان الالكترون الخارجي الأول في الذرة .
M(g) ? M+(g) + e

تكون طاقة التأين عادة موجبة الإشارة لانها من نوع الماص للحرارة (endothermic) يمكن التعبير عنها بوحدات (KJ .mol-1) او ( Kcal. Mol-1) او بالالكترون فولت (ev)
يمكن إزالة اكثر من الكترون من الذرة عند ذلك تسمى طاقة التاين (IP2) ويمكن (IP3) وكذلك (IP4) ..... الخ
وهذا يوضح ان لكل عنصر عدد من جهود التاين يساوي عدد الكترونات ذلك العنصر ولعل ابسط مثال على ذلك هو التاينات الثلاثة التالية لذرة الليثيوم التي تمتلك الترتيب الالكتروني 1s2

Li(g) ? Li+(g) + e IP1 =5.392 ev
Li+(g) ? Li2+(g) + e IP2 =75.626 ev
Li2+(g) ? Li3+(g) + e IP3 =122.45 ev

نلاحظ صعوبة إزالة الكترون من الايون الموجب مقارنة بإزالة من الذرة المتعادلة حيث يتضح من المثال ان هناك زيادة كبيرة في طاقات التاين على الترتيب التالي
IP1? IP2 ? IP3 ? IP4 ? ……….? IPn
ان الزيادة في طاقات التاين هذه يعود الى عوامل عديدة تتاثر بها قيم جهد التاين لالكترون معين وهذه العوامل هي :-


1- بعد الالكترون عن النواة ( نصف القطر الفعلي للذرة او الايون ) كلما ابتعد الالكترون عن النواة كلما قلت قوة ارتباطة بها وبتالي قلت قيمة طاقة التاين .
اذا في الدورة تقل طاقة التاين بزيادة حجم الذرة ( العدد الذري )
2- الشحنة المؤثرة للنواة ( Z*) Effective Nuclear Charge والتي بدورها تعتمد على مدى حجب الالكترونات المتبقية للالكترون المراد ازاحتة من ذرة ما . على العموم يؤدي ازدياد مقدار الحجب عند ثبوت العوامل الأخرى الى نقصان التاين والعكس بالعكس
3- نوع الالكترون المزاح ان كان من نوع S او P اوd او f ان الالكترون في المستوى الثانوي s له كثافة الكترونية ملحوظة قرب النواة أي انه يتغلغل قريبا من النواة بدرجة كبيرة . بناء على ذلك نتوقع ان تجري عملية إزالة الالكترون من المستوي الثانوي s بصعوبة كبيرة . ان تغلغل الالكترونات يتناقص تبعا للتسلسل التالي
S ? p ? d ? f
ويمثل هذا الترتيب أيضا تدرج الزيادة في مدى ارتباط الالكترون بالنواة بشرط تساوي العوامل الأخرى
وهذه الاختلافات في مدى تغلغل الالكترونات التي تختلف في قيم العدد ( l ) يمكن ان تكون ذات اعتبارات هامة في تفسير انقطاع التدرج في جهد التاين للعناصر التي تتميز بمستويات ثانوية (p , d) نصف الممتلئة
4- تاثير شحنة الايون( العدد التاكسدي للذرة ) ان زيادة فقدان الالكترونات يتسبب في زيادة الشحن المؤثرة للنواة (Z*) مما يؤدي الى نقص نصف القطر الفعلي للذرة او الايون حيث تكون نتيجتها زيادة حادة في قوة الجذب بين الالكترونات المتبقية والشحنة النووية الفعلية للذرة لذلك فان جهد التأين لذرة معينة يزداد بزيادة عددها التأكسدي . اذا هناك سهولة في تكوين ايون مثل Na+ وصعوبة في تكوين الايونات ذات الشحنة العالية مثل Al3+ .
في ضوء هذه العوامل فان الزيادة الكبيرة في طاقات التاين المتعاقبة لذرة مثل ذرة الليثيوم ( المثال السابق) ولاي ذرة أخرىيجب ان تكون مفهومة لنا على اعتبار ان إزاحة الالكترون الأول تسبب نقصا في مقدار الحجب بالنسبة للالكترون الذي يليه رغم انه لايؤثر على مقدار شحنة النواة بالإضافة الى التجاذب الحاصل بين الالكترون المراد ازاحتة والشحنة الموجبة على الايون .
اذا يكون نمط تغير طاقة التاين في الجدول الدوري على ضوء النقاط السابقة واعتمادا على قيم جهد التاين الأول كما يلي



1- ضمن الدورة الواحدة نجد ان هناك اتجاها هاما لزيادة طاقة التاين مع زيادة العدد الذري وذلك نتيجة للزيادة المستمرة في قيم (Z*) من اليسار الى اليمين يتبعها تقلص في الحجم الذري وانخفاض في قيمة ثابت الحجب ولكن هناك عوامل عديدة تجعل الزيادة المستمرة في طاقة التاين عبر الدورة الواحدة ليس منتظما فمثلا عند الانتقال من الليثيوم الى النيون نلاحظ نقطتي انعطاف في التغير الأول من Be الى B والثاني من N الى O ويعود السبب في ذلك الى ان الالكترون المراد انتزاعة في كل من B و N يحتل احد اوربتالات p بصورة انفرادية وهو من الالكترونات الأقل نفاذية او غورا بتجاة النواة من الكترونات اوربتال s في Li و Be وعلية فهو اسهل انتزاعا من الكتروناتهما .
اما سبب زيادة (IP1) للنايتروجين مقارنة بالاوكسجين فيعود لكون اوربتالات 2p في النيتروجين نصف مملوئة وان إضافة الكترون اخر الى اوربتال نصف ممتلئ كما في الاوكسجين فانة سوف يعاني تنافرا مع الالكترونات الموجودة أصلا في الاوربتالات وعلية يسهل انتزاعة .
2- ضمن المجموعة الواحدة يقل مقدار طاقة التاين بازدياد العدد الذري للعناصر ويعود ذلك الى ازدياد نصف القطر الذري للعنصر بازدياد العدد الذري له على الرغم من ازدياد تاثير شحنة النواة والتي تعمل باتجاة معاكس لهذا الأسلوب في التغير
3- تحتل الغازات النبيلة اعلى مقادير لطاقة التاين نظرا للاستقرار الكبير للبنية الالكترونية المكتملة في حين تحتل الفلزات القلوية ادنى مقادير الطاقة وتتناقص طاقة التاين عبر المجموعة بازدياد العدد الذري
4- عند الذهاب من العنصر الأخير لدورة واحدة الى العنصر الأول من الدورة الأخرى التي تليها مثلا من الهليوم الى الليثيوم او من النيون الى الصوديوم يحصل تبدل كبير في قيم طاقة التاين ويعود ذلك الى الزيادة الحاصلة في حجم الذرات عند الانتقال من دورة الى أخرى تبعا لتغير عدد الكم الرئيسي .
لحساب جهد التاين لذرة الهيدروجين والذرات الشبيهه بالهيدروجين يمكننا الاعتماد على معادلة بور لحساب طاقة الالكترون

E =- 2?2Z2e4m / h2 ( 1/ n12 - 1/ n22 )


المادة المعروضة اعلاه هي مدخل الى المحاضرة المرفوعة بواسطة استاذ(ة) المادة . وقد تبدو لك غير متكاملة . حيث يضع استاذ المادة في بعض الاحيان فقط الجزء الاول من المحاضرة من اجل الاطلاع على ما ستقوم بتحميله لاحقا . في نظام التعليم الالكتروني نوفر هذه الخدمة لكي نبقيك على اطلاع حول محتوى الملف الذي ستقوم بتحميله .