الفرق بين المدارات والمستويات الفرعية (مع الجدول)

تعتبر ميكانيكا الكم من أهم أقسام الفيزياء والكيمياء. يصف خصائص الجسيمات الذرية ودون الذرية. المدارات والمستويات الفرعية هما جزءان من الإلكترونات يحملان ذرات غالبًا ما يتم الخلط بينهما. على الرغم من أن الاثنين يشتركان في بعض أوجه التشابه ، إلا أنهما يحملان خصائص مختلفة.

المدارات مقابل المستويات الفرعية

الفرق بين المدارات والمستويات الفرعية هو أن المدارات عبارة عن مسافات داخل الذرات لها أعلى احتمال لحمل الإلكترونات بينما تشير المستويات الفرعية إلى تقسيم مستويات الطاقة التي تحملها الإلكترونات. في الذرة ، ينقسم المستوى الفرعي إلى مدارات مختلفة.

المدارات هي وظائف رياضية تصف الموقع الأكثر احتمالًا وسلوك الإلكترونات في الذرة. يتم تصنيف كل مدار من الذرة إلى ثلاثة أرقام كمومية تصف طاقة الإلكترون ، والزخم الزاوي ، والمكون المتجه للذرة.

يتم تعريف المستويات الفرعية على أنها مستويات الطاقة في ميكانيكا الكم. في الكيمياء ، ترتبط مستويات الطاقة هذه بإلكترونات الذرة. ومع ذلك ، في الفيزياء ، ترتبط مستويات الطاقة هذه أيضًا بالنواة. تختلف قدرة الاحتفاظ بالإلكترونات مع كل مستوى فرعي.

جدول المقارنة بين المدارات والمستويات الفرعية

معلمات المقارنة	المدارات	المستويات الفرعية
تعريف	وظائف رياضية تصف موقع الإلكترونات.	مستويات طاقة الإلكترونات الذرية والنواة.
قسم	هم أنواع من المستويات الفرعية.	هم أنواع من المدارات.
سعة الإلكترون	يمكن أن يحتوي المدار الواحد على إلكترونين.	تختلف باختلاف سعة كل مستوى فرعي.
شكل	أشكال متناظرة أو ثقيلة أو معقدة.	لم يتم تعريفها على أنها أشكال.
هدف	تحديد موقع الإلكترونات.	توقع الروابط الكيميائية.

ما هي المدارات؟

المدارات هي وظائف رياضية تصف الموقع الأكثر احتمالًا وسلوك الإلكترونات في الذرة. يُعرف المدار أيضًا بالدالة الموجية للإلكترون. هناك أربعة أنواع أساسية من المدارات بما في ذلك s و p و d و f-orbital. يمكن لكل مدار أن يحتوي على إلكترونين فقط كحد أقصى.

يتم تصنيف كل مدار من الذرة إلى ثلاثة أرقام كمومية تصف طاقة الإلكترون ، والزخم الزاوي ، والمكون المتجه للذرة. الزخم الزاوي هو دوران الإلكترون. يكون دوران الإلكترونات في المدار موجبًا أو سالبًا ، وهو ما يُعرف باسم حالات الدوران للإلكترونات.

مع تحرك المدارات بشكل جذري بعيدًا عن النواة ، تزداد أحجامها تدريجياً مع كل خطوة تؤدي إلى مستويات طاقة أعلى. نظرًا لأن المدار s هو الأصغر والأقرب مداريًا للنواة ، فإن لديه أعلى احتمال لحمل الإلكترونات. من ناحية أخرى ، المدار f كبير وبعيد عن النواة. إنه يحمل مستوى عالٍ جدًا من الطاقة.

تعتمد الخصائص الفيزيائية للمدار بما في ذلك شكله وحجمه على مربع دالة الموجة. المدارات القريبة من النواة أكثر استقرارًا نسبيًا. نتيجة لذلك ، حددوا الأشكال. المدارات S متناظرة كرويًا في الشكل ، وتتشكل المدارات p والمدارات d مثل الدمبل ، والمدارات f لها أشكال منتشرة معقدة لأنها تتمتع بمستويات طاقة عالية.

ما هي المستويات الفرعية؟

يتم تعريف المستويات الفرعية على أنها مستويات الطاقة في ميكانيكا الكم. في الكيمياء ، ترتبط مستويات الطاقة هذه بإلكترونات الذرة. ومع ذلك ، في الفيزياء ، ترتبط مستويات الطاقة هذه أيضًا بالنواة. تختلف قدرة الاحتفاظ بالإلكترونات مع كل مستوى فرعي. تنقسم المستويات الفرعية للذرة إلى مدارات مختلفة تحمل الإلكترونات. هناك أربعة مستويات أساسية للطاقة من الذرات. مع زيادة المستوى الفرعي ، تزداد طاقة الإلكترونات الموجودة أيضًا.

يحتوي المستوى الفرعي للطاقة 1 على مدار s واحد فقط ، وبالتالي ، يمكنه حمل إلكترونين فقط. من ناحية أخرى ، يحتوي المستوى الفرعي 2 من الطاقة على مدار s واحد وثلاثة مدارات p. نظرًا لأن المدار الواحد يمكنه حمل إلكترونين فقط ، فإن المستوى الفرعي للطاقة 2 لديه القدرة على حمل 8 إلكترونات. بينما ننتقل إلى المستوى الفرعي 3 ، تزداد مستويات الطاقة وقدرتها بشكل ملحوظ. يحتوي المستوى الفرعي 3 على خمسة مدارات d إضافية من المدارات p. يتضمن المستوى الفرعي 3 ما مجموعه تسعة مدارات يمكنها حمل 18 إلكترونًا. وبالمثل ، يحتوي المستوى الفرعي 4 على 7 مدارات f إضافية من المستوى الفرعي 3. وبالتالي ، يمكنه حمل ما مجموعه 32 إلكترونًا.

يختلف توزيع الإلكترونات في جميع الذرات. تحدد هذه المستويات الفرعية توزيع الإلكترونات حول النواة ، وبالتالي ، فهي تسمح لنا بالتنبؤ بالروابط الكيميائية التي يمكن أن تشكلها الذرة مع العناصر الأخرى.

الاختلافات الرئيسية بين المدارات والمستويات الفرعية

استنتاج

يعتبر توزيع الإلكترونات حول النواة بلا شك أحد أهم المفاهيم في ميكانيكا الكم. إنه يشكل أساس العمق في المجال ويسمح لنا بدراسة كيفية بقاء الإلكترونات مستقرة أثناء الدوران حول نواة الذرة. في حين أن المدارات والمستويات الفرعية هما جزءان أساسيان من التركيب الذري ، فغالبًا ما يتم الخلط بينهما. هذا بسبب العلاقة الوثيقة بين الاثنين.

تمت دراسة التركيب الذري للعناصر على الأساس الذي بناه نموذج بور للذرة ، والذي اقترحه نيل بور في عام 1915. على الرغم من وجود بعض القيود في نموذج بور ، إلا أنه لا يزال يوضح بوضوح نواة الذرة ، ومستويات الطاقة ، ودوران مستقر للإلكترونات حول النواة. تم اشتقاق أربعة افتراضات من نموذج بوهر لدراسة الهياكل الذرية لجميع العناصر.

بينما يتم تعريف المستويات الفرعية بحدود عند أنصاف أقطار ثابتة من النواة ، فإنها لا تحمل الإلكترونات فيها بشكل مباشر. تنقسم المستويات الفرعية أيضًا إلى مدارات تحمل الإلكترونات بداخلها. نظرًا لأن كل مستوى فرعي له عدد مختلف من المدارات ، فإن السعة ومستويات الطاقة والاستقرار يختلف أيضًا باختلاف المستويات الفرعية.