منصّة الأستاذ تبيب حكيم للفيزياءwww.tebibphysique.com

السنة الأولى ثانوي

بنية وهندسة أفراد بعض الأنواع الكيميائية

اقرأ نص التمرين وحاول حله بنفسك، ثم اعرض الحل المفصل لتتحقق من إجابتك.

15 تمرينا متدرجا : لويس، الصيغ وكرام

سلسلة متدرجة في ثلاثة مستويات حول تمثيل لويس للذرات والجزيئات، الصيغ المجملة والمفصلة ونصف المفصلة، المتماكبات، نموذج جيلسبي وتمثيل كرام: تطبيقات مباشرة في التمارين الخمسة الأولى، ثم تمارين للتعمق، ثم تمارين تركيبية في التمارين الخمسة الأخيرة. كل حل يبدأ بتوجيه منهجي، مع التنبيه إلى الأخطاء الشائعة.

تحميل التمارين دون حلول (Word)

التمرين 1 - تمثيل لويس للذرّات

سهل

أكمل الجدول التالي :

الذرّة	$\ce{H}$	$\ce{C}$	$\ce{N}$	$\ce{O}$	$\ce{F}$	$\ce{Si}$	$\ce{P}$	$\ce{S}$	$\ce{Cl}$
التوزيع الإلكتروني
عدد إلكترونات الطبقة الخارجية
تمثيل لويس للذرّة
عدد الإلكترونات العازبة
التكافؤ

ما العلاقة بين عدد الإلكترونات العازبة والتكافؤ ؟

لماذا للكربون والسيليسيوم نفس التكافؤ ؟

عرض الحل

توجيه منهجي: نكتب التوزيع الإلكتروني ونعدّ إلكترونات الطبقة الخارجية فقط. نوزّعها حول الرمز : نضع أوّلا إلكترونا واحدا في كلّ جهة من الجهات الأربع، ثمّ نكمل بأزواج. التكافؤ = عدد الإلكترونات العازبة = عدد الإلكترونات الناقصة لبلوغ الثمانية (أو الثنائية لـ $\ce{H}$ ).

الذرّة	$\ce{H}$	$\ce{C}$	$\ce{N}$	$\ce{O}$	$\ce{F}$	$\ce{Si}$	$\ce{P}$	$\ce{S}$	$\ce{Cl}$
التوزيع الإلكتروني	$K^{1}$	$K^{2}L^{4}$	$K^{2}L^{5}$	$K^{2}L^{6}$	$K^{2}L^{7}$	$K^{2}L^{8}M^{4}$	$K^{2}L^{8}M^{5}$	$K^{2}L^{8}M^{6}$	$K^{2}L^{8}M^{7}$
إلكترونات الطبقة الخارجية	$1$	$4$	$5$	$6$	$7$	$4$	$5$	$6$	$7$
تمثيل لويس
الإلكترونات العازبة	$1$	$4$	$3$	$2$	$1$	$4$	$3$	$2$	$1$
التكافؤ	$1$	$4$	$3$	$2$	$1$	$4$	$3$	$2$	$1$

التكافؤ يساوي عدد الإلكترونات العازبة : كلّ إلكترون عازب يشارك في رابطة تساهمية واحدة.

لهما نفس عدد إلكترونات الطبقة الخارجية ( $4$ ) لأنّهما في نفس العمود ( $IV$ ) : $\ce{C}$ في السطر الثاني و $\ce{Si}$ في السطر الثالث.

انتبه، خطأ شائع: لا نحسب كلّ الإلكترونات في تمثيل لويس، بل إلكترونات الطبقة الخارجية فقط : للكلور $7$ نقاط حول الرمز وليس $17$ .

التمرين 2 - جزيئات بسيطة

سهل

نعتبر الجزيئات : $\ce{H2}$ ؛ $\ce{Cl2}$ ؛ $\ce{O2}$ ؛ $\ce{N2}$ ؛ $\ce{HF}$ ؛ $\ce{H2O}$ ؛ $\ce{NH3}$ ؛ $\ce{CH4}$ .

احسب لكلّ جزيء العدد الكلّي $n_{e}$ لإلكترونات الطبقات الخارجية، واستنتج العدد الكلّي للأزواج $n_{d}=n_{e}/2$ .

أعط تمثيل لويس لكلّ جزيء.

حدّد في كلّ جزيء عدد الأزواج الرابطة وعدد الأزواج غير الرابطة، وتحقّق أنّ مجموعهما يساوي $n_{d}$ .

ما نوع الرابطة (أحادية، ثنائية، ثلاثية) في كلّ من $\ce{Cl2}$ و $\ce{O2}$ و $\ce{N2}$ ؟

عرض الحل

توجيه منهجي: طريقة الأزواج : $n_{e}$ = مجموع إلكترونات الطبقات الخارجية لكلّ الذرّات، ثمّ $n_{d}=n_{e}/2$ . نربط الذرّات حسب تكافؤها (الأزواج الرابطة)، والأزواج الباقية نضعها غير رابطة بحيث تحقّق كلّ ذرّة الثمانية.

الجزيء	$n_{e}$	$n_{d}$	أزواج رابطة	أزواج غير رابطة
$\ce{H2}$	$2$	$1$	$1$	$0$
$\ce{Cl2}$	$14$	$7$	$1$	$6$
$\ce{O2}$	$12$	$6$	$2$	$4$
$\ce{N2}$	$10$	$5$	$3$	$2$
$\ce{HF}$	$8$	$4$	$1$	$3$
$\ce{H2O}$	$8$	$4$	$2$	$2$
$\ce{NH3}$	$8$	$4$	$3$	$1$
$\ce{CH4}$	$8$	$4$	$4$	$0$

في كلّ سطر : أزواج رابطة + أزواج غير رابطة = $n_{d}$ (مثلا $\ce{NH3}$ : $3+1=4$ ).

$\ce{Cl2}$ : رابطة أحادية، لأنّ تكافؤ $\ce{Cl}$ يساوي $1$ ؛ $\ce{O2}$ : رابطة ثنائية، لأنّ تكافؤ $\ce{O}$ يساوي $2$ ؛ $\ce{N2}$ : رابطة ثلاثية، لأنّ تكافؤ $\ce{N}$ يساوي $3$ .

التمرين 3 - جزيئات بروابط متعدّدة

سهل

نريد إيجاد تمثيل لويس لجزيئات تحتوي على روابط متعدّدة : $\ce{CO2}$ ؛ $\ce{HCN}$ ؛ $\ce{CH2O}$ ؛ $\ce{C2H4}$ ؛ $\ce{C2H2}$ ؛ $\ce{H2O2}$ .

احسب لكلّ جزيء العدد الكلّي للأزواج $n_{d}$ .

حدّد الذرّة (أو الذرّات) المركزية في كلّ جزيء. علّل.

أعط تمثيل لويس لكلّ جزيء، ثمّ تحقّق من قاعدتي الثنائية والثمانية لكلّ ذرّة.

أكمل الجدول :

الجزيء	$\ce{CO2}$	$\ce{HCN}$	$\ce{CH2O}$	$\ce{C2H4}$	$\ce{C2H2}$	$\ce{H2O2}$
عدد الأزواج الرابطة
عدد الأزواج غير الرابطة
عدد الروابط الثنائية والثلاثية

عرض الحل

توجيه منهجي: الذرّة المركزية هي ذات أكبر تكافؤ : $\ce{C}$ تكافؤه $4$ ، ثمّ $\ce{N}$ تكافؤه $3$ ، ثمّ $\ce{O}$ تكافؤه $2$ . ذرّة $\ce{H}$ لا تكون مركزية أبدا لأنّ تكافؤها $1$ . إذا لم تكفِ الروابط الأحادية لتحقيق التكافؤ، نستعمل روابط ثنائية أو ثلاثية.

الجزيء	$n_{e}$	$n_{d}$	رابطة	غير رابطة	روابط متعدّدة
$\ce{CO2}$	$4+2{\times}6=16$	$8$	$4$	$4$	رابطتان ثنائيتان
$\ce{HCN}$	$1+4+5=10$	$5$	$4$	$1$	رابطة ثلاثية
$\ce{CH2O}$	$4+2+6=12$	$6$	$4$	$2$	رابطة ثنائية
$\ce{C2H4}$	$8+4=12$	$6$	$6$	$0$	رابطة ثنائية
$\ce{C2H2}$	$8+2=10$	$5$	$5$	$0$	رابطة ثلاثية
$\ce{H2O2}$	$2+12=14$	$7$	$3$	$4$	لا توجد

الذرّات المركزية : $\ce{C}$ في $\ce{CO2}$ و $\ce{HCN}$ و $\ce{CH2O}$ ؛ ذرّتا الكربون في $\ce{C2H4}$ و $\ce{C2H2}$ ؛ ذرّتا الأكسجين في $\ce{H2O2}$ . كلّ ذرّة $\ce{C}$ أو $\ce{N}$ أو $\ce{O}$ محاطة بـ $4$ أزواج (ثمانية)، وكلّ ذرّة $\ce{H}$ بزوج واحد (ثنائية).

انتبه، خطأ شائع: في $\ce{H2O2}$ الذرّتان المركزيتان هما $\ce{O}$ مرتبطتان ببعضهما : $H-O-O-H$ ، وليس $O-H-H-O$ (الهيدروجين لا يشكّل رابطتين).

التمرين 4 - من صيغة إلى أخرى

سهل

I⁻ إليك الصيغ المفصّلة لثلاثة أنواع كيميائية :

(أ)، (ب)، (جـ)

اكتب الصيغة نصف المفصّلة والصيغة المجملة لكلّ منها.

II⁻ إليك الصيغ نصف المفصّلة : $\ce{CH3-CHO}$ (الإيثانال) ؛ $\ce{CH3-COOH}$ (حمض الإيثانويك) ؛ $\ce{CH3-O-CH3}$ .

اكتب الصيغة المفصّلة والصيغة المجملة لكلّ منها.

من بين الأنواع الستّة، أيّها لها نفس الصيغة المجملة ؟ ماذا نسمّيها ؟

III⁻ انطلاقا من الصيغة المفصّلة، أعط تمثيل لويس للإيثانول والإيثانال. ما الذي أضفته ؟

عرض الحل

توجيه منهجي: المفصّلة : كلّ الروابط. نصف المفصّلة : نجمع ذرّات $\ce{H}$ مع الذرّة التي تحملها ونُبقي الروابط الأخرى. المجملة : نعدّ الذرّات فقط. لويس = المفصّلة + الأزواج غير الرابطة.

I⁻

	نصف المفصّلة	المجملة
(أ) الإيثانول	$\ce{CH3-CH2-OH}$	$\ce{C2H6O}$
(ب) البروبين	$\ce{CH2=CH-CH3}$	$\ce{C3H6}$
(جـ) ميثيل أمين	$\ce{CH3-NH2}$	$\ce{CH5N}$

II⁻ 1.

CH₃−CHO : C₂H₄O، CH₃−COOH : C₂H₄O₂، CH₃−O−CH₃ : C₂H₆O

الإيثانول $\ce{CH3-CH2-OH}$ و $\ce{CH3-O-CH3}$ لهما نفس الصيغة المجملة $\ce{C2H6O}$ وصيغتان مفصّلتان مختلفتان : هما متماكبان.

III⁻ نضيف لكلّ ذرّة أكسجين زوجين غير رابطين :

لويس : الإيثانول، لويس : الإيثانال

انتبه، خطأ شائع: في الصيغة نصف المفصّلة لا نحذف الروابط بين الذرّات غير الهيدروجين : $\ce{CH3-CHO}$ تعني أنّ $\ce{O}$ مرتبط بالكربون الثاني برابطة ثنائية، وليست $C-O-H$ .

التمرين 5 - قراءة تمثيل كرام

سهل

I⁻ إليك تمثيل كرام لجزيء الميثان $\ce{CH4}$ ، حيث رُقّمت ذرّات الهيدروجين بالحروف $a$ و $b$ و $c$ و $d$ :

شكل

ما مدلول كلّ من : الخطّ العادي، المثلّث المملوء، المثلّث المهشّر ؟

ما ذرّات الهيدروجين الموجودة في مستوى الورقة ؟ أمام المستوى ؟ خلفه ؟

ما الشكل الهندسي لجزيء الميثان ؟ ما قيمة الزاوية $HCH$ ؟

II⁻ إليك تمثيل كرام لجزيئي النشادر $\ce{NH3}$ والماء $\ce{H2O}$ :

النشادر، الماء

أعط الصيغة الرمزية $AX_{n}E_{m}$ لكلّ جزيء والشكل الهندسي الموافق.

لماذا نرسم الأزواج غير الرابطة للذرّة المركزية في تمثيل كرام ؟

عرض الحل

توجيه منهجي: في تمثيل كرام : رابطتان في مستوى الورقة (خطّ عادي)، رابطة أمامه (مثلّث مملوء رأسه عند الذرّة المركزية) ورابطة خلفه (مثلّث مهشّر).

I⁻

الخطّ العادي : رابطة في مستوى الورقة ؛ المثلّث المملوء : رابطة نحو الأمام (نحو القارئ) ؛ المثلّث المهشّر : رابطة نحو الخلف.

في المستوى : $a$ و $c$ ؛ أمام المستوى : $b$ ؛ خلف المستوى : $d$ .

$AX_{4}$ : رباعي الوجوه منتظم، $HCH=109{,}5^{\circ}$ .

II⁻

$\ce{NH3}$ : $AX_{3}E_{1}$ ، هرم ثلاثي القاعدة (زاوية حوالي $107^{\circ}$ ). $\ce{H2O}$ : $AX_{2}E_{2}$ ، شكل زاوي (حوالي $104{,}5^{\circ}$ ).

الأزواج غير الرابطة تشغل حيّزا في الفضاء وتتنافر مع الأزواج الرابطة، فهي التي تحدّد الشكل وتُصغّر الزاوية عن $109{,}5^{\circ}$ .

التمرين 6 - اكتشف الخطأ

متوسط

رسم تلميذ تمثيلات لويس التالية :

(1) HCN، (2) NH₃، (3) CO₂

(4) CH₃Cl، (5) C₂H₄، (6) H₂O₂

احسب لكلّ جزيء العدد الكلّي للأزواج $n_{d}$ ، وقارنه بعدد الأزواج المرسومة.

تحقّق في كلّ تمثيل من قاعدتي الثنائية والثمانية.

حدّد التمثيلات الخاطئة، وصحّحها.

عرض الحل

توجيه منهجي: مراقبة تمثيل لويس على مرحلتين : (1) عدد الأزواج المرسومة = $n_{d}$ ؛ (2) كلّ ذرّة تحقّق الثمانية (الثنائية لـ $\ce{H}$ ). الشرط الأوّل ضروري لكنّه غير كافٍ.

التمثيل	$n_{d}$	الأزواج المرسومة	الثمانية	الحكم والتصحيح
(1) $\ce{HCN}$	$5$	$3+2=5$	$\ce{C}$ محاط بـ $6$ إلكترونات	خاطئ
(2) $\ce{NH3}$	$4$	$3+2=5$	$\ce{N}$ محاط بـ $10$ إلكترونات	خاطئ
(3) $\ce{CO2}$	$8$	$2+6=8$	$\ce{C}$ محاط بـ $4$ إلكترونات	خاطئ
(4) $\ce{CH3Cl}$	$7$	$4+3=7$	محقّقة	صحيح
(5) $\ce{C2H4}$	$6$	$5+0=5$	كلّ $\ce{C}$ محاط بـ $6$ إلكترونات	خاطئ
(6) $\ce{H2O2}$	$7$	$3+4=7$	محقّقة	صحيح

انتبه، خطأ شائع: في (1) و(3) عدد الأزواج صحيح ومع ذلك التمثيل خاطئ : يجب دائما التحقّق من الثمانية ذرّة بذرّة.