קונפיגורציה אלקטרונית

בפיזיקה אטומית, וכן בכימיה קוונטית, קונפיגורציה אלקטרונית (נקרא גם תצורה אלקטרונית) הוא השם למיקום התלת-ממדי של האלקטרונים המרכיבים מולקולה, אטום או מבנה כימי אחר. המושג נוגע לאופן שבו מסודרים האלקטרונים באורביטלים של מערכת נתונה (למשל, אטומית או מולקולרית). מבנה אלקטרוני נמנה עם קבוצת המבנים הכימיים, יחד עם מבנה מולקולרי ומבנה גבישי.

כשאר חלקיקי היסוד, גם האלקטרון מציית לחוקי מכניקת הקוונטים, ומתנהג הן כחלקיק והן כגל. מצבו הקוונטי של אלקטרון נתון מתואר על ידי פונקציית הגל שלו; זו פונקציה מרוכבת התלויה במרחב ובזמן. על פי אסכולת קופנהגן של תורת הקוונטים מקומו של אלקטרון אינו מוגדר היטב כל עוד לא נערכת מדידה המביאה לגילויו. ההסתברות לגילויו של אלקטרון בנקודה מסוימת במרחב בשעת המדידה מתכונתית לריבוע ערכה המוחלט של פונקציית הגל באותה נקודה.

תצורת האלקטרונים במצב קוונטי נתון מתאפיינת באנרגיה מוגדרת, ובתנאים מסוימים אלקטרונים עשויים לעבור מאורביטל אחד למשנהו עקב בליעה של מנת אנרגיה או פליטתה כפוטון.

בקיאות בתצורות האלקטרונים באטומים השונים מסייעת להבנתה של הטבלה המחזורית של היסודות, כמו גם לאפיון הקשרים הכימיים המחברים בין האטומים. תצורות האלקטרונים באטומים השונים מסבירות גם את תכונותיהם הייחודיות של לייזרים ומוליכים למחצה.

רמות ותת־רמות

מבנה האלקטרונים באטום תואר לראשונה במודל האטום של בוהר, וגם בימינו נהוגים המונחים רמות ותת־רמות, חרף ההתפתחות בהבנת טבעם הקוונטי של האלקטרונים.

רמת אלקטרונים היא מרחב המצבים המותרים שאלקטרון יכול לאכלס, החולקים את המספר הקוונטי הראשי, שסימנו n. רמה מסדר n יכולה להכיל 2n2 אלקטרונים: עד 2 אלקטרונים ברמה הראשונה, עד 8 ברמה השנייה, עד 8 ברמה השלישית, ועד 18 ברמה הרביעית (עד לאלמנט מספר 20). ממספר אטומי 21, הקונפיגורציה משתנה, וברמה השלישית יכולים להיות עד לכ18 אלקטרונים. הגורם הכפלי 2 נובע מכך שכל רמה מותרת יכולה להכיל שני אלקטרונים זהים מבחינת מספרים כקוונטים אחרים, אך הפוכים בערך הספין שלהם: האחד בעל ספין 1/2+ (המסומן על פי רוב בחץ הפונה מעלה) ושני בעל ספין 1/2- (מסומן בחץ הפונה מטה). 

תת־רמה אטומית היא מרחב המצבים החולקים את המספר הקוונטי הזוויתי l, כאשר הערכים l=0,1,2,3 מתייחסים בהתאמה לסימולים s, p, d, f של תתי־הרמות. מספר האלקטרונים המרבי היכול לאכלס תת-רמה נתון בביטוי 2(1 + 2n) . כך ייתכנו 2 אלקטרונים בתת-הרמה s,  6 אלקטרונים בתת-הרמה p,  עשרה אלקטרונים בתת-הרמה d,  ו־14 אלקטרונים בתת-הרמה f.

מספר האלקטרונים היכולים לאכלס את הרמות ותת־הרמות האטומיות השונות נובע ממשוואות מכניקת הקוונטים, ובפרט מעיקרון האיסור של פאולי, שלפיו לא ייתכנו באטום שני אלקטרונים החולקים את ארבעת המספרים הקוונטיים  שהם בהתאמה: מספר קוונטי יסודי, מספר קוונטי זוויתי, מספר קוונטי מגנטי, מספר קוונטי ספיני שניוני.

ראו גם

מבנה מולקולרי
מבנה גבישי
אורביטל אטומי
רמת אנרגיה
מבנה כימי

קישורים חיצוניים
איך נראה האטום? (תצורה תלת-ממדית אטומית)

הערות שוליים

סטריאוכימיה
פיזיקה אטומית
כימיה קוונטית
תורת האלקטרונים
תכונות כימיות
כימיה תאורטית
מבנה כימי