آرایش الکترونی و عدد اتمی X3+

راهنمایی کوتاه: ابتدا آرایش الکترونی اتم خنثی X را از روی یون X³⁺ پیدا می‌کنیم.

گام‌به‌گام:

• ۱) یون X³⁺ به این معنی است که اتم خنثی X، سه الکترون از دست داده است. پس آرایش الکترونی X³⁺ با ۳ الکترون کمتر از اتم خنثی X است.
• ۲) گفته شده آرایش الکترونی X³⁺ به $3d^4$ ختم می‌شود. یعنی آخرین زیرلایه‌ی پر شده آن $3d^4$ است.
• ۳) برای نوشتن آرایش کامل X³⁺، باید زیرلایه‌ها را به ترتیب افزایش انرژی پر کنیم: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d. چون به 3d⁴ ختم می‌شود، پس قبل از آن 4s باید کاملاً پر شده باشد (طبق قاعده، ابتدا 4s پر می‌شود و سپس الکترون‌ها وارد 3d می‌شوند، اما در یون‌ها ممکن است ترتیب متفاوت باشد). برای یون X³⁺، آرایش الکترونی کامل این است: $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^4$.
• ۴) حالا تعداد کل الکترون‌های X³⁺ را می‌شماریم: 2+2+6+2+6+4 = 22 الکترون.
• ۵) چون X³⁺ سه بار مثبت است، پس اتم خنثی X باید ۳ الکترون بیشتر داشته باشد. بنابراین تعداد الکترون‌های اتم خنثی X = 22 + 3 = 25 الکترون.
• ۶) در یک اتم خنثی، عدد اتمی (Z) برابر با تعداد الکترون‌هاست. پس عدد اتمی X = 25.
• ۷) آرایش الکترونی اتم خنثی X با Z=25: ابتدا 4s را پر می‌کنیم (چون انرژی کمتری از 3d دارد)، سپس 3d. پس: $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^5$. این آرایش مربوط به عنصر منگنز (Mn) است.

پاسخ نهایی:

• عدد اتمی X = 25
• آرایش الکترونی اتم خنثی X: $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^5$
• عنصر: منگنز (Mn)

مثال مشابه: اگر یون Y²⁺ به 3d³ ختم شود، عدد اتمی Y چقدر است؟ (پاسخ: ابتدا آرایش Y²⁺ را بنویس: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d³ → 21 الکترون. اتم خنثی Y: 21+2=23 الکترون → Z=23 (وانادیم)).

اگر می‌خواهی بیشتر یاد بگیری:

• نکته مهم: در یون‌های فلزات واسطه، الکترون‌ها ابتدا از لایه 4s خارج می‌شوند (نه 3d). به همین دلیل آرایش الکترونی یون X³⁺ فاقد 4s است.
• انواع این سوالات: ممکن است به جای پایان آرایش، آخرین الکترون را در یک زیرلایه مشخص کنند (مثلاً آخرین الکترون در اوربیتال 3d با اسپین بالا).
• همیشه ترتیب پر شدن زیرلایه‌ها (1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, ...) و ترتیب تخلیه الکترون‌ها در یون‌سازی (اول 4s سپس 3d) را به خاطر بسپار.
• برای تمرین بیشتر، سعی کن برای یون‌های مختلف مانند Fe²⁺ یا Cu⁺ آرایش الکترونی بنویسی.