پرسش

برای چه در عناصر واسطه تراز فرعی s بعد از تراز فرعی d قرار می گیرد
16 ساله
دوم دبیرستان

پاسخ

برای ترتیب پر شدن اوربیتالها توسط الكترونها، اولین و بهترین روش ارائه شده، روشی موسوم به آفبا است كه توسط ولفانگ پائولی پیشنهاد شده است. (آفبا در بیان آلمانی به معنای بنا كردن می‌باشد.)
كلیه‌ی اوربیتالهای یك لایه‌ی فرعی، انرژی یكسانی دارند. به عنوان مثال، انرژی هر سه اوربیتال 3p یكسان است. كلیه‌ی 5 اوربیتال 3d نیز دارای انرژی یكسانی می‌باشند. اما اوربیتالهایی كه متعلق به لایه‌های فرعی گوناگونِ یك لایه اصلی هستند، انرژی متفاوتی دارند. به عنوان مثال انرژی اوربیتالهای 3s و 3p با هم متفاوت می‌باشد. در مورد اوربیتالهای لایه‌های فرعی موجود در یك لایه اصلی، افزایش انرژی به ترتیب s < p < d < f می‌باشد. به عنوان مثال، در لایه‌ی n=3، اوربیتال 3s دارای پایین‌ترین انرژی است، اوربیتال 3p انرژی متوسطی دارد و اوربیتال 3d دارای بالاترین مقدار انرژی است. به نظر می‌آید كه ترتیب انرژی و درنتیجه ترتیب پر شدن اوربیتالها به صورت
1s , 2s , 2p , 3s , 3p , 3d , 4s , 4p , 4d , 4f ,…
باشد، اما در عمل و شواهد موجود نشان می‌دهد كه مسئله پیچیده‌تر از این است. بر طبق قانون آفبا، ترتیب پر شدن اوربیتالها به طور معمول به صورت زیر می‌باشد:
1s , 2s , 2p , 3s , 3p , 4s , 3d , 4p , 5s , 4d , 5p , 6s , 4f , 5d
یعنی اینكه گاهی اوقات، انرژی اوربیتالهای حاصل از لایه‌های متفاوت با یكدیگر هم‌پوشانی می‌كنند، به عنوان مثال، اوربیتال 4s از نظر انرژی پایین تر از اوربیتال 3d می‌آید، درنتیجه در عمل نیز اوربیتال 4s قبل از اوربیتال 3d پر می‌شود. به این دلیل در فلزات واسطه كه اوربیتالهای d آنها در حال پر شدن است، ما می‌بینیم كه قبل از اینكه اوربیتالهای d آنها پر شود، ابتدا اوربیتال s لایه بعدی آنها كه دارای n بیشتری است پر می‌شود.
به عنوان مثال، آرایش الكترونی فلز اسكاندیم دارای عدد اتمی 21 به صورت زیر می‌باشد:
Sc: 1s2 , 2s2 , 2p6 , 3s2 , 3p6 , 4s2 , 3d2