المدارات الذرية Atomic orbitals

لا تستطيع المعادلة الموجية أن تعطينا موقع الالكترون بدقة في أي لحظة معينة، كما لا تستطيع أن تحدد السرعة التي يتحرك بها؟ إنها لا تسمح لنا برسم مدار محدد بدقة حول النواة، ولكنها تعطينا احتمال وجود الالكترون في أي مكان محدد.

يدعى المكان من الفراغ الذي يحتمل وجود الالكترون فيه، المدار orbital. وهناك أنواع مختلفة من المدارات؛ مختلفة بمقاساتها وكذلك بأشكالها، وتتوضع حول النواة بطرق محددة. ويتعلق نوع المدار الذي يشغله الكترون بطاقة ذلك الالكترون. إن ما نهتم به هنا هو أشكال هذه المدارات وتوضعاتها بعضها بالنسبة لبعض، لأن هذا الأمر يعين – أو بدقة أبكر يمكن أن نعتقد إنه يعين – ترتيب الذرات في الجزيء فراغياً، وحتى أنه يمكن أن يساعد في تحديد سلوكها الكيميائي. من المناسب أن نصور الالكترون بشكل سحابة. ويمكن التفكير في هذه السحابة على أنها صورة مشوشة لإلكترون يتحرك بسرعة. إن شكل السحابة هو شكل المدار، والسحابة ليست موحدة أو متحانسة فهي كيفية في المواقع التي يكون احتمال وجود الالكترون فيها كبيراً، أي في المواقع التي تكون فيها الشحنة السائبة الوسطية، أو الكثافة الالكترونية، أعظم ما يمكن.

لترى ماهية أشكال بعض المدارات الذرية. يدعى المدار الذري في السوية الطاقية الأخفض؛ المدار 1s. وهو كرة ينطق مركزها على نواة الذرة، كما هو موضح في الشكل 1.1. وليس للمدار حدود محدودة طالما كان هناك احتمال؛ ولو كان ضئيلاً جداً، أن نجد الالكترون منفصلاً عن الذرة – أو حتى أن نجده

الشكل 1.1: المدارات الذرية: المدار s النواة في المركز

عند بعض الذرات الأخرى! مع ذلك فإن هذا الاحتمال يتناقص بسرعة كبيرة بعد مسافة معينة من النواة، وهكذا، فإن توزع الشحنة يمثل جيداً بوساطة السحابة الالكترونية في الشكل (1.1أ). وللتبسيط، يمكن أن نمثل المدار كما في الشكل (1.1ب)، حيث يحدد الخط المستمر المغلق المنطقة التي يقضي فيها الالكترون (لنقل 95%) من وقته.

وفي السوية الطاقية التي تلي ذلك يوجد المدار 2s. وهذا المدار هو أيضاً كرة ينطبق مركزها على النواة الذرية. وهو طبعاً، أكبر من المدار 1s: وتعزى الطاقة الأعلى (الاستقرار الأقل) الى المسافة الوسطية الأكبر بين الالكترون والنواة، وما ينتج عن ذلك من يتناقص في التجاذب الكهرساكن. (فكر بالعمل الواجب بذله – الطاقة التي يجب إعطاؤها للمنظومة – لإزاحة الكترون بعيداً عن النواة ذات الشحنة المعاكسة له).

ويلي ذلك المادر ثلاثة مدارات متساوية الطاقة تدعى المدارات 2p، موضحة في الشكل 2.1. إنه يتألف من انتفاخين تقع بينهما النواة. إن محور كل مدار 2p يتعامد مع محوري المدارين الآخرين، ويفرق بينهما باستخدام الأسماء 2px و 2py و 2pz , حيث تشير x و y و z الى المحاور الموافقة.

الشكل 2.1: المدارات الذرية: مدارات p، تتعامد المحاور مع بعضها. (أ) مقطع عرضي يبين التفاخي مدار مفرد. (ب) شكل تقريبي على هيئة زوجين من القطوع الناقصة المشوهة. (جـ) تمثيل على هيئة كرتين غير متماستين تماماً.