آرایش الکترونی چیست؟

می دانیم که الکترون ها در اتم به دور هسته در گردش اند. «نیلز بور» دانشمند و فیزیکدان دانمارکی ثابت کرد که الکترون ها در مدار های مشخصی قرار دارند. امروزه مشخص شده است که اتم یک تا هفت مدار دارد که هر مدار مقدار خاصی اتم می گیرد. هر مدار یک تا چهار اوربیتال (ابر الکترونی) را شامل می شود. مدار اول ظرفیت 2 الکترون، مدار دوم ظرفیت 8 الکترون، مدار سوم ظرفیت 18 الکترون و مدارهای چهارم، پنجم، ششم و هفتم هم ظرفیت قرارگیری 32 الکترون را دارند.

اوربیتال S ظرفیت 2 الکترون، اوربیتال P ظرفیت 6 الکترون، اوربیتال D ظرفیت 10 الکترون و اوربیتالF ظرفیت 14 الکترون را دارند، بنابراین مدار اول فقط از اوربیتال S، مدار دوم از اوربیتال های S و P، مدار سوم از اوربیتال های S،P و D و مدارهای چهارم، پنجم، ششم، هفتم از اوربیتال های S،P،D و F ساخته شده اند. آرایش الکترونی منظور از عبارتی است که نشان می دهد الکترون های یک اتم چگونه قرار گرفته اند. مثلا:

1Sn 2Sn 2Pn 3Sn 3Pn 3Dn 4Sn 4Pn 4Dn 4Fn این آرایش نشان می دهد که در این اتم، تعداد n الکترون در اوربیتال S مدار اول، n الکترون در اوربیتال S مدار دوم، n الکترون در اوربیتال P مدار دوم و ... قرار گرفته اند. در قرار گرفتن الکترون ها قاعده ای وجود دارد، در این قاعده پس از این که در مداری 8 الکترون جا گرفت، الکترون ها به مدار بعدی می روند و پس از پر کردن اوربیتال S مدار بعدی، پر کردن مدار قبلی را ادامه می دهند. پس، همیشه تعداد الکترون مدار آخر اتم 8 یا کمتر است. مثلا:

1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 این آرایش الکترونی فلز روی است، همان طور که مشاهده کردید پس از آنکه 8 الکترون در مدار سوم جای گرفتند، با آنکه ظرفیت بیشتری دارد اما الکترون ها به سراغ اوربیتال S مدار بعدی رفته و سپس به مدار سوم بازگشتند. البته در این مورد استثنائاتی وجود دارند که در آن ها اوربیتال S کاملا پر نشده و فقط یک الکترون می گیرد.

پاد ماده

بر پایه ی باور بسیاری از فیزیکدانان و شیمی دانان، جهان در ابتدا متشکل از ماده و پاد ماده بوده اما به طرز عجیبی پاد ماده ها از بین رفتند و ماده بر پاد ماده ظفر یافت. می دانیم که اتم ماده از پروتون (+)، نوترون (خنثی) و الکترون (-) تشکیل شده اما اتم پاد ماده از پاد پروتون (-)، پاد نوترون (خنثی) و پوزیترون یا پاد الکترون (+) ساخته شده است.  

اتم های ماده و پاد ماده همدیگر را جذب کرده و هردو نابود می شوند و مقدار زیادی اشعه ی خطرناک گاما منتشر می کنند. علت تفاوت بار پروتون و پاد پروتون، کوارک های متفاوت است، کوارک ها اجزای تشکیل دهنده ی پروتون و نوترون هستند. پروتون از دو کوارک بالا و یک کوارک پایین و نوترون از دو کوارک پایین و یک کوارک بالا ساخته شده اند. هر کوارک بالا دارای بار نسبی 2/3+ و هر کوارک پایین دارای بار نسبی 1/3- است. 

پس هر نوترون بار خنثی و هر پروتون بار 1+ دارد. نوترون: 0 = 2/3 + 2/3- و پروتون: 1+ = 4/3 + 1/3- 

اما پاد نوترون و پاد پروتون از پاد کوارک ساخته شده اند. هر پاد کوارک بالا دارای بار نسبی 2/3- و هر پاد کوارک پایین دارای بار نسبی 1/3+ هستند. پس پاد نوترون خنثی و پاد پروتون منفی هستند. پاد نوترون: 0 = 2/3 + 2/3- و  پاد پروتون: 1- = 1/3 + 4/3-.  

هیچ کس نمی داند چرا امروز در جهان پاد ماده یافت نمی شود در حالی که در ابتدا تعداد اتم های ماده و پاد ماده یکسان بوده است. دانشمندان به این پرسش دو پاسخ داده اند: 

1- ممکن است پاد ماده ها و ماده ها اصلا با هم برخوردی نکرده اند و پاده ماده ها در جهانی دیگر جدا از جهان ماده وجود دارند. 

2- شاید در ابتدا تعداد ماده ها اندکی بیشتر بوده و ماده ها پیروز شده اند. 

اما چیزی که مشخص است، اگر تعداد ماده ها و پاد ماده ها کاملا برابر بود و با هم برخورد می کردند، ما امروز وجود نداشتیم.

آزمایش رادرفورد

ارنست رادرفورد فیزیکدان هسته ای نیوزیلندی - انگلیسی بود که در سال 1909 با طراحی و انجام آزمایشی مشهور شد. وی ورقه ای بسیار بسیار نازک (به قطر چند اتم) از طلا را در معرض اشعه ی آلفا قرار داد. اشعه ی آلفا موجی الکترومغناطیس و بسیار خطرناک است که از دو پروتون و دو نوترون تشکیل شده و بار خالص آن مثبت است. 

وقتی ذرات اشعه ی آلفا به ورقه طلا برخورد کردند به سه دسته تقسیم شدند: 

1- بیشتر از آنها در همان مسیر مستقیم به حرکت ادامه می دادند که نشان دهنده ی این بود که بیشتر اتم فضای خالی است. 

2- برخی از آنها در مسیرشان منحرف و کج می شدند که نشان می داد اتم دارای ذرات منفی (الکترون) است که ذرات مثبت آلفا را جذب کرده اند. 

3- بقیه ی پروتون ها پس از برخورد به اتم طلا باز می گشتند که نشان می داد اتم علاوه بر ذرات منفی، ذرات مثبت (پروتون) هم دارد که ذرات مثبت آلفا را دفع می کنند. 

رادرفورد در مدلی که ارائه کرد گفت که بیشتر اتم فضای خالی است و دارای ذرات مثبت در هسته ای کوچک و ذرات منفی در اطراف هسته هم می باشد.