اتجاهات طاقة التأين في الجدول الدوري أنماط عامة تفسرها البنية الإلكترونية، وليست قاعدة تصاعد بلا استثناء. سنفرق بين مقارنة الطاقة الأولى لعناصر مختلفة وبين نزع إلكترونات متتابعة من العنصر نفسه، ثم نقرأ قيمًا مرجعية للبريليوم والبورون والنيتروجين والأكسجين والصوديوم والمغنيسيوم. [1][2][3][4][5][6][7]
ما الطاقة التي نقارنها؟
طاقة التأين الأولى هي الطاقة اللازمة لنزع إلكترون من ذرة منفردة في الحالة الغازية وحالتها الأرضية: X(g)→X⁺(g)+e⁻. الثانية تخص الأيون الناتج: X⁺(g)→X²⁺(g)+e⁻. لا تعني الثانية نزع إلكترون من ذرة متعادلة جديدة. [1]
القيم هنا بوحدة كيلوجول لكل مول. قبل المقارنة تحقق من رقم التأين والحالة؛ مقارنة الأولى لعنصر بالثالثة لعنصر آخر ليست اختبارًا بسيطًا لاتجاه الطاقة الأولى عبر الدورة. [1]
الاتجاه العام ودور الحجب
غالبًا ترتفع الطاقة الأولى عبر الدورة من اليسار إلى اليمين، وتنخفض عند النزول في مجموعة. عبر الدورة يزداد جذب النواة الفعال عادةً، بينما تقترن إضافة مستويات رئيسية عند النزول ببعد الإلكترون الخارجي وزيادة الحجب. المحصلة ليست مجرد عد البروتونات من دون النظر إلى الإلكترونات. [1]
الحجب وصف لتقليل الإلكترونات الأخرى مقدار الجذب النووي الذي يشعر به إلكترون معين. وتؤثر طبيعة المستوى الفرعي وتوزيع الإلكترونات أيضًا؛ لذلك قد ينخفض الرقم بين عنصرين متجاورين رغم زيادة العدد الذري. [1]
لماذا ينخفض البورون بعد البريليوم؟
تورد RSC للطاقة الأولى 899.504 كيلوجول/مول للبريليوم، و 800.637 للبورون. في الرسم نقرب إلى 899.5 و 800.6 على الترتيب. البورون يأتي بعد البريليوم، لكن طاقته الأولى أقل. [2][3]
البنية الخارجية للبريليوم 2s²، وللبورون 2s²2p¹. الإلكترون المنزوع من البورون في المستوى الفرعي 2p، وهو أسهل نزعًا في هذه المقارنة من إلكترون 2s في البريليوم. بدء إشغال مستوى فرعي جديد يفسر الانخفاض؛ ليست القاعدة أن كل عنصر تالٍ أسهل تأينًا. [1]
لماذا ينخفض الأكسجين بعد النيتروجين؟
القيم المرجعية 1402.328 للنيتروجين و 1313.942 للأكسجين بوحدة كيلوجول/مول؛ نقربهما إلى 1402.3 و 1313.9. يحتوي النيتروجين 2p³ والأكسجين 2p⁴. في الأكسجين يوجد ازدواج في أحد المدارات 2p، ونزع الإلكترون يخفف تنافر الزوج. [1][4][5]
هذا تفسير لاستثناء محدد، لا ادعاء أن الأكسجين يملك شحنة نووية أقل. يمكن أن ترتفع الشحنة النووية ويصبح نزع إلكترون معين أسهل بسبب تنظيم المستويات وتنافر الإلكترونات. الرسم يعرض الزوجين فقط؛ غياب الكربون ليس قيمة صفرية لطاقته.
القفزات المتتابعة: الصوديوم والمغنيسيوم
| العنصر | الأولى kJ/mol | الثانية kJ/mol | الثالثة kJ/mol |
|---|---|---|---|
| الصوديوم | 495.8 | 4562.4 | 6910.3 |
| المغنيسيوم | 737.8 | 1450.7 | 7732.7 |
هذه القيم مقربة إلى خانة عشرية واحدة من جداول RSC. للصوديوم إلكترون خارجي 3s واحد؛ بعد نزعه يبدأ النزع من غلاف داخلي، فتظهر القفزة الكبيرة عند الثانية. أما المغنيسيوم فله إلكترونان 3s؛ لذا تكون القفزة الكبيرة إلى الغلاف الداخلي عند الثالثة. [1][6][7]
بالحساب من الأرقام غير المقربة، 4562.444/495.845≈9.20 للصوديوم، و 7732.692/1450.683≈5.33 للمغنيسيوم. النسب تصف هاتين المقارنتين، وليست عاملًا ثابتًا بين طاقات كل العناصر. الفرق الكبير بين طاقتين متتابعتين يعطي قرينة على انتهاء إلكترونات التكافؤ في هذين المثالين. [1][6][7]
وعند العنصر نفسه تزداد طاقات النزع المتتابعة؛ لكن لا نحول عددًا كبيرًا في الجدول إلى قاعدة عامة عن كل الروابط والتفاعلات. الطاقة الأولى مجرد معلومة واحدة، بينما وصف تفاعل كامل يحتاج بقية تغيرات الطاقة والظروف. [1]
المصادر ومتابعة القراءة
- OpenStax Chemistry: الحجب والاتجاهات واستثناءات طاقة التأين (يفتح في نافذة جديدة)openstax.org
- RSC: قيم طاقة التأين للبريليوم (يفتح في نافذة جديدة)periodic-table.rsc.org
- RSC: قيم طاقة التأين للبورون (يفتح في نافذة جديدة)periodic-table.rsc.org
- RSC: قيم طاقة التأين للنيتروجين (يفتح في نافذة جديدة)periodic-table.rsc.org
- RSC: قيم طاقة التأين للأكسجين (يفتح في نافذة جديدة)periodic-table.rsc.org
- RSC: قيم طاقة التأين للصوديوم (يفتح في نافذة جديدة)periodic-table.rsc.org
- RSC: قيم طاقة التأين للمغنيسيوم (يفتح في نافذة جديدة)periodic-table.rsc.org
أُعدّ هذا المقال بصياغة عربية أصلية بالاستناد إلى المصادر أعلاه، وهو مدخل تمهيدي إلى الموضوع. اقرأ منهجية المحتوى وحدوده.