فصل اول شیمی پایه دهم

این تصویر مربوط به فصل اول است که به آرایش الکترونی اتم‌ها می‌پردازد. در این فصل، نحوه قرار گرفتن الکترون‌ها در لایه‌های مختلف اتم و اصول اساسی آرایش الکترونی بررسی می‌شود.

هر لایه از تعدادی زیرلایه تشکیل شده است. در واقع، در هر لایه به اندازه شمارهٔ لایه زیرلایه داریم (مثلاً در لایه سوم سه زیرلایه وجود دارد). در جدول زیر، نماد هر زیرلایه و ظرفیت الکترونی آن‌ها نشان داده شده است.

ترتیب پرشدن زیرلایه‌های یک اتم با «قاعدهٔ آفبا» بیان می‌شود. آفبا واژه‌ای آلمانی به‌معنای ساختن یا افزایش گام‌به‌گام است. برطبق این قاعده، الکترون‌ها تمایل دارند ابتدا زیرلایه‌هایی را پر کنند که انرژی کم‌تری دارند.

مطابق این قاعده، آرایش الکترونی اتم‌های زیر به شکل زیر است:

O = 1s² 2s² 2p⁴
Al = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹
Cl = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵
Fe = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶

∞ شیمی در زندگی

این قسمت: آرایش الکترونی اتم‌ها – یک مثال ساده و روزمره می‌تواند کمک کند تا آرایش الکترونی اتم را بهتر درک کنیم. بیایید آشپزخانه را به‌عنوان یک اتم در نظر بگیریم.

هستهٔ اتم، مرکز فرماندهی آشپزخانه یعنی گاز یا اجاق است و همه چیز حول آن می‌چرخد. الکترون‌ها شما (آشپز) هستید؛ شما انرژی دارید و در اطراف اجاق حرکت می‌کنید تا غذا بپزید. حالا چیدمان آشپزخانه (آرایش الکترونی) چگونه است؟

قانون اول: الکترون‌ها دوست دارند نزدیک اجاق (هسته) باشند، اما شما برای پختن غذا باید به اجاق نزدیک شوید؛ ولی نمی‌توانید خیلی نزدیک شوید چون می‌سوزید. بنابراین یک فاصلهٔ ایمن و مشخص را رعایت می‌کنید.

در اتم، الکترون‌ها در لایه‌ها (سطوح انرژی) مشخصی در اطراف هسته قرار می‌گیرند. به این لایه‌ها s، p، d و f می‌گویند. لایهٔ s که نزدیک‌ترین به هسته است، فقط جای ۲ الکترون را دارد.

قانون دوم: ابتدا صندلی‌های نزدیک را پر کنید! فرض کنید در آشپزخانه شما چند ایستگاه کاری وجود دارد:

• ایستگاه نزدیک اجاق یعنی لایهٔ s – فقط دو نفر می‌توانند اینجا بایستند و مستقیم روی اجاق کار کنند (ظرفیت: ۲ الکترون).
• پیشخوان (p) – اینجا جای بیشتری دارد، مثلاً برای ۸ نفر (ظرفیت: ۸ الکترون).
• میز آشپزخانه یعنی لایهٔ بعدی – اینجا حتی جای بیشتری دارد، مثلاً برای ۱۸ نفر (ظرفیت: ۱۸ الکترون).

شما به‌عنوان یک آشپز منطقی، ابتدا از ایستگاه نزدیک اجاق استفاده می‌کنید. اگر تنها باشید، همان‌جا می‌ایستید. اگر یک دستیار (الکترون دوم) داشته باشید، او هم در همان ایستگاه نزدیک می‌ایستد.

حالا یک مثال واقعی: اتم کربن (که در بدن ما، غذا، سوخت و ... وجود دارد) – اتم کربن ۶ الکترون دارد. این الکترون‌ها چگونه در آشپزخانهٔ کربن چیده می‌شوند؟

• لایهٔ اول: دو الکترون اول اینجا می‌روند و این ایستگاه کاملاً پر می‌شود.
• لایهٔ دوم: چهار الکترون باقی‌مانده به پیشخوان (لایهٔ p) می‌روند. پیشخوان جای ۸ الکترون را دارد، اما ما فقط ۴ الکترون داریم؛ پس ۴ صندلی خالی باقی می‌ماند.

آرایش الکترونی کربن به این شکل است: ۲ الکترون در لایهٔ اول و ۴ الکترون در لایهٔ دوم. این ۴ الکترون در لایهٔ بیرونی (لایهٔ ظرفیت) هستند و تعیین می‌کنند کربن با چه اتم‌هایی و چگونه رابطه برقرار کند. کربن می‌تواند این ۴ صندلی خالی را با الکترون‌های اتم‌های دیگر (مانند اکسیژن یا هیدروژن) پر کند تا یک مولکول جدید بسازد. به این لایهٔ بیرونی، لایهٔ ظرفیت می‌گویند.

بنابراین آرایش الکترونی مانند چیدمان صندلی‌ها در اطراف یک صحنهٔ اصلی (هسته) است. الکترون‌ها به ترتیب و با قاعدهٔ مشخص این صندلی‌ها را پر می‌کنند. تعداد صندلی‌های خالی در آخرین ردیف (لایهٔ ظرفیت) مشخص می‌کند این اتم چقدر اجتماعی است و با دیگر اتم‌ها چه ارتباطی برقرار می‌کند؛ دقیقاً مانند اینکه تعداد دستیاران در آشپزخانه تعیین می‌کند چه غذایی و با چه کیفیتی می‌توانید بپزید!