بنية وهندسة أفراد بعض الأنواع الكيميائية

$Z = \dfrac{q}{e} = \dfrac{1{,}92 \times 10^{-18}}{1{,}6 \times 10^{-19}} = 12 \qquad A = \dfrac{m}{m_p} = \dfrac{4{,}008 \times 10^{-26}}{1{,}67 \times 10^{-27}} = 24 \qquad N = 24 - 12 = 12$ (3 نقاط: نقطة لكل نتيجة مع العلاقة)

$K^2L^8M^2$: السطر 3، العمود II، عائلة القلائيات الترابية. إنه المغنيزيوم $\ce{^{24}_{12}Mg}$. (2 نقطتان)

لها إلكترونان خارجيان فتفقدهما: $\ce{Mg -> Mg^2+ + 2e-}$، وشحنتها $q = +2e = 3{,}2 \times 10^{-19}\ C$. (2 نقطتان)

$m_{atome} = 4{,}008 \times 10^{-26}\ kg$ و $6\ g = 6 \times 10^{-3}\ kg$:

(1.5 نقطة)

نسبة $\ce{^{26}X}$ هي $100 - 79 - 10 = 11\ \%$:

(1.5 نقطة)

التمرين الثاني

الشاردة $\ce{Y-}$ تحمل شحنة سالبة واحدة: الذرة اكتسبت إلكترونا واحدا. للشاردة $2 + 8 + 8 = 18$ إلكترونا، إذن $Z = 18 - 1 = 17$: إنه الكلور $\ce{Cl}$. (2 نقطتان)

$K^2L^8M^7$: سبعة إلكترونات خارجية، أي ثلاثة أزواج وإلكترون عازب واحد: التكافؤ 1. (2 نقطتان)

(4 نقاط)

$\ce{CCl4}$ غير مستقطب: روابطه $\ce{C-Cl}$ مستقطبة، لكن شكله رباعي الوجوه متناظر فيتطابق مركزا الشحن الموجبة والسالبة. أما $\ce{HCl}$ فهو مستقطب: الكلور أكثر كهروسلبية من الهيدروجين فيحمل $\delta^-$. (2 نقطتان)

ملاحظات للتصحيح: تقبل النتائج المقربة (مثلا $A = 24{,}0$)، ويخصم نصف النقطة عند غياب الوحدة أو نسيان تحويل الغرامات إلى الكيلوغرام.

عدد البروتونات هو $Z$ ، وعدد النيترونات $N = A - Z$ ، وعدد الإلكترونات في الذرة المتعادلة يساوي $Z$ . رقم السطر هو عدد الطبقات المشغولة، ورقم العمود هو عدد إلكترونات الطبقة الخارجية. (6 ن)

ملاحظة: الهيليوم استثناء: طبقته الخارجية $K$ مشبعة بإلكترونين، فيوضع في العمود VIII مع الغازات الخاملة.

النواتان $\ce{^{26}_{12}Mg}$ و $\ce{^{25}_{12}Mg}$ نظيران: لهما نفس العدد الذري $Z = 12$ (نفس عدد البروتونات) ويختلفان في العدد الكتلي $A$ ، فهو 26 للأولى و 25 للثانية، أي في عدد النيترونات: $N = 26 - 12 = 14$ و $N = 25 - 12 = 13$ . (2 ن)

بالنسبة للعنصر $\mathrm{Mg}$ :

للذرة إلكترونان في طبقتها الخارجية، فتفقدهما لتصبح طبقتها الخارجية $L$ مشبعة بثمانية إلكترونات (قاعدة الثمانية)، فتعطي الشاردة $\ce{Mg^2+}$ : $\ce{Mg -> Mg^2+ + 2e-}$ (2 ن)

التمرين الثاني (8 نقاط)

كتلة النواة $m = A \times m_p$ لأن $m_p = m_n$ ، إذن:

(1,5 ن)

شحنة الشاردة $X^{3-}$ تساوي ثلاثة أضعاف الشحنة الأولية، وهي سالبة:

(1 ن)

نستعمل العلاقة المعطاة بين $q_n$ و $q_i$ :

لدينا $A = 14$ و $Z = 7$ ، فالنواة هي $\ce{^{14}_{7}N}$ والعنصر هو الآزوت (النتروجين). (1 ن)

بالنسبة لذرة الآزوت:

الجزيء المتشكل بين $\mathrm{N}$ و $\mathrm{H}$ :

العنصر الكيميائي: مجموعة الأفراد الكيميائية (ذرات وشوارد) التي لها نفس العدد الذري $Z$ ، وهو محفوظ خلال التحولات الكيميائية. الفرد الكيميائي: كل دقيقة مجهرية تكوّن المادة (ذرة أو جزيء أو شاردة). الكهروسلبية: خاصية تعبّر عن ميل ذرة العنصر إلى جذب إلكترونات الرابطة نحوها، أي إلى اكتساب الإلكترونات. (1,5 ن)

العدد الذري $Z = 14$ ، إذن شحنة النواة:

الذرة معتدلة كهربائيا، فشحنة السحابة الإلكترونية تساوي مقابل شحنة النواة:

(1,5 ن)

نعتبر عنصري السيليسيوم والأكسجين:

تمثيل لويس للجزيء $\ce{SiO2}$ : ذرة $\mathrm{Si}$ في الوسط لا تحمل أزواجا غير رابطة، ولكل ذرة أكسجين زوجان غير رابطين. (1 ن)

الصيغة المنشورة 0,5 ن، الصيغة العامة 0,75 ن، الشكل الهندسي 0,75 ن (2 ن)

II (6 نقاط)

النظائر: ذرات (أو أنوية) لعنصر واحد، لها نفس العدد الذري $Z$ وتختلف في العدد الكتلي $A$ ، أي في عدد النيترونات، وتوجد في الطبيعة بنسب معينة. (1 ن)

النظير الأول: $Z = N = 14$ ، إذن $A = Z + N = 28$ . (1 ن)

عدد النيترونات $N = A - Z$ ، وعدد الإلكترونات يساوي $Z = 14$ في الذرة المتعادلة: (1,5 ن)

$M = \dfrac{28 \times 92{,}223 + 29 \times 4{,}685 + 30 \times 3{,}092}{100} = \dfrac{2810{,}869}{100} = 28{,}109\ \mathrm{u} \approx 28{,}1\ \mathrm{u}$ (2,5 ن)

III (4 نقاط)

تكافؤ $\mathrm{Si}$ يساوي 4 (له أربعة إلكترونات خارجية)، وتكافؤ $\mathrm{H}$ يساوي 1، فكل ذرة $\mathrm{Si}$ ترتبط بأربع ذرات $\mathrm{H}$ :

(1,5 ن)

تمثيل لويس للجزيء $\ce{SiH4}$ : ذرة $\mathrm{Si}$ في المركز مرتبطة بأربع ذرات $\mathrm{H}$ برابطات بسيطة، ولا توجد أزواج غير رابطة. (1,5 ن)

قاعدة الثمانية محققة على $\mathrm{Si}$ (أربعة أزواج رابطة)، وقاعدة الثنائية محققة على كل ذرة $\mathrm{H}$ . (1 ن)

ملاحظة: تقبل كل طريقة حل صحيحة أخرى. المجموع: 20 نقطة (I: 10 نقاط، II: 6 نقاط، III: 4 نقاط).

$Q = Z \times |e| \Rightarrow Z = \dfrac{Q}{|e|} = \dfrac{1{,}92 \times 10^{-18}}{1{,}6 \times 10^{-19}} = 12$ (1,5 ن)

$N = Z = 12 \Rightarrow A = Z + N = 24$ (1,5 ن)

$\ce{^{24}_{12}Mg}$ (0,5 ن)

كتلة الذرة = كتلة النويات + كتلة الإلكترونات:

(1,5 ن)

$m_{\mathrm{noy}} = A \times m_p = 24 \times 1{,}67 \times 10^{-27} = 4{,}008 \times 10^{-26}\ \mathrm{kg}$

نستنتج أن كتلة الذرة متمركزة في نواتها (كتلة الإلكترونات مهملة). (2 ن)

$m = 100\ \mathrm{g} = 0{,}1\ \mathrm{kg}$ ، إذن:

(1 ن)

II (4 نقاط)

$\ce{Mg^2+}$ (0,5 ن)

$q = +2 \times |e| = 2 \times 1{,}6 \times 10^{-19} = +3{,}2 \times 10^{-19}\ \mathrm{C}$ (1 ن)

الذرة: $K^2L^8M^2$ ؛ الشاردة: $K^2L^8$ . الغاز الخامل الأقرب: النيون $\ce{Ne}$ ، $Z = 10$ . (1,5 ن)

الذرة: طبقتها الخارجية $M$ فيها إلكترونان. الشاردة: طبقتها الخارجية $L$ فيها ثمانية إلكترونات، فلها بنية الغاز الخامل $\ce{Ne}$ (قاعدة الثمانية)، فالشاردة $\ce{Mg^2+}$ أكثر استقرارا من الذرة. (1 ن)

III (4 نقاط)

النظائر: ذرات (أو أنوية) لعنصر واحد، لها نفس العدد الذري $Z$ وتختلف في العدد الكتلي $A$ . (0,75 ن)

نعم، لأن لها نفس العدد الذري $Z$ ، فشحنة نواتها واحدة: $+1{,}92 \times 10^{-18}\ \mathrm{C}$ . (0,75 ن)

لا، لأن أعدادها الكتلية مختلفة: 24 و 25 و 26 ، فعدد النيترونات مختلف: 12 و 13 و 14 · (0,75 ن)

$M = \dfrac{24 \times 79 + 25x + 26y}{100} = 24{,}32 \Rightarrow 25x + 26y = 536$ ونعلم أن $x + y = 100 - 79 = 21$ ، أي $y = 21 - x$ ، فنعوض:

إذن $x = 10$ % و $y = 11$ % · (1,75 ن)

التمرين الثاني (4 نقاط)

الجزء الأول

النوع الكيميائي: مجموعة أفراد كيميائية متماثلة (ذرات، جزيئات، شوارد) نتعامل معها على المستوى العياني. (0,5 ن)

الرسم والبيانات: أنبوب اختبار يحتوي على مسحوق $\ce{CaCO3}$ نضيف إليه محلول حمض كلور الماء، وهو موصول بأنبوب توصيل يغوص في أنبوب ثانٍ يحتوي على ماء الكلس. (0,5 ن)

الملاحظة: يتعكّر ماء الكلس (راسب أبيض من $\ce{CaCO3}$). (0,5 ن)

الاستنتاج: الغاز المنطلق هو ثنائي أكسيد الكربون $\ce{CO2}$ ، ومعادلة التفاعل: $\ce{CaCO3 + 2H^+ -> Ca^2+ + CO2 + H2O}$ (0,5 ن)

الجزء الثاني

تعليق على دورة الكالسيوم:

(3 نقاط)

لا تكفي: الحواس تعطي معلومات أولية (اللون، الذوق، الرائحة) لكنها لا تؤكد وجود نوع بعينه كالماء، وتذوق المواد قد يشكل خطرا. لذلك نستعمل الكواشف. (1 نقطة)

نوع كيميائي: غاز ثنائي أكسيد الكربون، الغلوكوز. فرد كيميائي: جزيء ثنائي أكسيد الكربون، شاردة الكلور. (2 نقطتان)

التمرين الثاني

$n = \dfrac{|q|}{e} = 2 \qquad q_{noyau} = -8 \times (-3{,}2 \times 10^{-19}) = 25{,}6 \times 10^{-19}\ C \qquad Z = \dfrac{25{,}6}{1{,}6} = 16$ (2 نقطتان)

$A = \dfrac{5{,}344 \times 10^{-26}}{1{,}67 \times 10^{-27}} = 32 \qquad N = 32 - 16 = 16$ الرمز $\ce{^{32}_{16}S}$: إنه الكبريت. (1.5 نقطة)

$K^2L^8M^6$: السطر 3، العمود VI. الشاردة $\ce{S^2-}$ توزيعها $K^2L^8M^8$: طبقتها الخارجية تحمل 8 إلكترونات ✔ (1 نقطة)

نسبة $\ce{^{32}S}$ هي $100 - 1 - 4 = 95\ \%$:

(1 نقطة)

الكربون مركزي، تكافؤه 4، مرتبط برابطتين ثنائيتين، ولا زوج حر له: $AX_2$، خطي. الجزيء غير مستقطب لأنه خطي متناظر. (1.5 نقطة)

التمرين الثالث

$n + (2n + 2) + 1 = 9 \Rightarrow 3n = 6 \Rightarrow n = 2$ الصيغة المجملة $\ce{C2H6O}$. (1 نقطة)

الإيثانول $\ce{CH3-CH2-OH}$ وثنائي ميثيل الإيثر $\ce{CH3-O-CH3}$: لهما نفس الصيغة المجملة وصيغتان مفصلتان مختلفتان، فهما متماكبان. (1.5 نقطة)

(1.5 نقطة)

في الجزيئين يرتبط الأكسجين بذرتين وله زوجان حران: $AX_2E_2$، الشكل زاوي حول الأكسجين. (1 نقطة)

(1 نقطة)

في الإيثانول رابطة $\ce{O-H}$ مستقطبة بقوة، فتنشأ بين جزيئاته روابط بين جزيئية تمسكها ببعضها، ويلزم طاقة أكبر لفصلها: درجة غليانه أعلى. أما في الإيثر فلا توجد رابطة $\ce{O-H}$، والروابط بين جزيئاته أضعف. (1 نقطة)