الذرات متعددة الإلكترونات والجدول الدوري
تُوصَف الذرات متعددة الإلكترونات بمعاملة كل إلكترون على أنه يتحرك في مجال متوسط للنواة والإلكترونات الأخرى، ويؤدي ملء المدارات الناتجة وفقًا لمبدأ باولي إلى إعادة إنتاج الجدول الدوري.
Definition
الذرة متعددة الإلكترونات هي ذرة تحتوي على إلكترونين أو أكثر يمنع تنافرهما المتبادل الحصول على حل دقيق؛ ويتم نمذجتها عن طريق تخصيص مدار لكل إلكترون في جهد متوسط متسق ذاتيًا، مع تقييد الحالة الكلية بعدم تماثل الدالة الموجية للعديد من الإلكترونات.
Scope
يغطي هذا الموضوع المعالجة التقريبية للذرات التي تحتوي على أكثر من إلكترون واحد: تقريب المجال المركزي، والحجب والشحنة النووية الفعالة، وطرق هارتري وهارتري-فوك المتسقة ذاتيًا، والتوزيعات الإلكترونية، ومخططات اقتران الزخم الزاوي (LS و jj) التي تؤدي إلى المصطلحات الذرية. ويوضح كيف يبني مبدأ باولي للاستبعاد وترتيب طاقات المدارات الفرعية بنية الجدول الدوري.
Core questions
- كيف يمكن وصف ذرة تحتوي على العديد من الإلكترونات المتفاعلة بشكل تقريبي؟
- ما هو تقريب المجال المركزي وكيف يغير الحجب الشحنة النووية؟
- كيف ينتج مبدأ باولي وطاقات المدارات الفرعية تخطيط الجدول الدوري؟
- كيف تقترن الزخوم الزاوية الفردية للإلكترونات لتكوين مصطلحات ذرية كلية؟
Key concepts
- تقريب المجال المركزي
- الحجب والشحنة النووية الفعالة
- محددات سلاتر والتبادل
- طريقة هارتري-فوك
- اقتران LS و jj
- التوزيعات الإلكترونية والمدارات الفرعية
Key theories
- تقريب المجال المركزي
- يُعامل كل إلكترون على أنه يتحرك بشكل مستقل في جهد متوسط متماثل كرويًا ناتج عن النواة والإلكترونات الأخرى، مما يقلل مشكلة الأجسام المتعددة إلى مجموعة من المدارات أحادية الإلكترون الموصوفة بـ n و l.
- مجال هارتري-فوك المتسق ذاتيًا
- يُحدد الجهد المتوسط بشكل متسق ذاتيًا من الدوال الموجية غير المتماثلة (محددات سلاتر)، مع التكرار حتى تعيد المدارات إنتاج المجال الذي يولدها وتحترم تبادل الإلكترونات.
- مبدأ باولي وبناء الجدول الدوري
- لا يمكن لإلكترونين أن يتشاركا جميع الأعداد الكمومية الأربعة، لذا تمتلئ المدارات الفرعية بترتيب زيادة الطاقة، ويفسر التكرار الدوري لتوزيعات الأغلفة الخارجية الدورية الكيميائية للعناصر.
Clinical relevance
تحدد البنية الإلكترونية للذرات متعددة الإلكترونات الترابط الكيميائي والتفاعلية عبر الكيمياء وعلوم المواد، وتُعد طرق المجال المتسق ذاتيًا التي طُورت للذرات الأسلاف المفاهيمية لطرق البنية الإلكترونية الحسابية المستخدمة لتصميم الجزيئات والمواد.
History
نظم جدول مندليف الدوري عام 1869 العناصر تجريبيًا بناءً على سلوكها الكيميائي. وجاء أساسه الفيزيائي مع أفكار بور عن الأغلفة، وبشكل حاسم، مبدأ باولي للاستبعاد عام 1925، الذي أوضح سبب إغلاق الأغلفة. ثم طور هارتري (1928) وفوك (1930) طرق المجال المتسق ذاتيًا التي أتاحت الحساب الكمي للذرات متعددة الإلكترونات.
Key figures
- Wolfgang Pauli
- Douglas Hartree
- Vladimir Fock
- Dmitri Mendeleev
Related topics
Seminal works
- pauli1925
- bransden2003
- cowan1981
Frequently asked questions
- لماذا يمتلئ المدار الفرعي 4s قبل 3d في العديد من الذرات؟
- بسبب الحجب واختراق المدارات، يمكن أن يكون مدار 4s أقل طاقة من 3d في الذرات المتعادلة، لذلك يمتلئ أولاً؛ هذا الترتيب تقريبي وينعكس للعديد من الأيونات، وهذا هو سبب وجود استثناءات معروفة للقاعدة.
- ما الفرق بين اقتران LS واقتران jj؟
- اقتران LS (راسل-ساوندرز)، وهو صالح للذرات الأخف، يقرن جميع الزخوم المدارية معًا وجميع اللف المغزلي معًا قبل دمجها؛ اقتران jj، وهو أكثر دقة للذرات الثقيلة ذات التفاعل القوي بين اللف المغزلي والمداري، يقرن اللف المغزلي والزخم المداري لكل إلكترون أولاً.