منصّة الأستاذ تبيب حكيم للفيزياءwww.tebibphysique.com

السنة الأولى ثانوي · بنية وهندسة أفراد بعض الأنواع الكيميائية

بنية وهندسة أفراد بعض الأنواع الكيميائية

120 دقيقةمتوسط

درس كامل للوحدة الأولى في الكيمياء: من الكشف عن الأنواع الكيميائية في برتقالة إلى هندسة الجزيئات في الفضاء. نبدأ بالتمييز بين الفرد والنوع الكيميائي، ثم ندخل إلى الذرة: مكوناتها، أبعادها، توزيع إلكتروناتها وموقعها في الجدول الدوري. وننتهي ببناء الجزيئات بنموذج لويس وتوقع أشكالها بنموذج جيلسبي. مع أربعة تطبيقات محلولة، وعشرين تمرينا محلولا مع توجيهات منهجية، ونموذجي اختبار مصححين، واختبار تفاعلي من ثلاثين سؤالا.

تحميل كتيّب الوحدة كاملا (PDF)تحميل ملخّص الدرس (PDF)

الهدف:

التمييز بين الفرد الكيميائي والنوع الكيميائي والكشف عن بعض الأنواع والشوارد
معرفة مكونات الذرة ومقارنة الذرة بنواتها من حيث الحجم والشحنة والكتلة
حساب $Z$ و $A$ و $N$ انطلاقا من شحنة النواة وكتلتها
كتابة التوزيع الإلكتروني لذرة وتحديد موقعها في الجدول الدوري المبسط
التمييز بين العنصر الكيميائي ونظائره وحساب الكتلة الذرية المتوسطة
تطبيق قاعدتي الثنائية والثمانية لتوقع الشاردة التي تعطيها ذرة
تمثيل جزيء بنموذج لويس، وتوقع شكله بنموذج جيلسبي وتمثيله بنموذج كرام

1. الفرد الكيميائي والنوع الكيميائي

المادة	الحبيبات المكونة لها
الماء	جزيئات الماء $\ce{H2O}$
مسمار حديدي	ذرات حديد $\ce{Fe}$
ملح الطعام	شوارد صوديوم $\ce{Na+}$ وشوارد كلور $\ce{Cl-}$

الفرد الكيميائي

كل دقيقة مجهرية مكونة للمادة، سواء كانت ذرة أو جزيئا أو شاردة. لا نتعامل معه بحواسنا.

النوع الكيميائي

مجموعة كبيرة من الأفراد الكيميائية المتماثلة، نتعامل معها عيانيا: الماء، مسمار الحديد، ملح الطعام.

لكل نوع كيميائي خصائص فيزيائية تميزه (درجة الغليان، درجة الانصهار، الكتلة الحجمية $\rho$ ، الكثافة، اللون، الرائحة...) وخصائص كيميائية تتمثل في نشاطه مع الأنواع الأخرى.

الكشف عن بعض الأنواع والأفراد الكيميائية

الحواس الخمس لا تكفي: لا يمكنها أن تؤكد مثلا أن عصير البرتقال يحتوي على الماء. لذلك نستعمل كواشف كيميائية:

ما نكشف عنه	الكاشف	النتيجة المميزة
الماء	كبريتات النحاس اللامائية $\ce{CuSO4}$	يتحول لونها من الأبيض إلى الأزرق
الغلوكوز	محلول فهلنغ مع التسخين	راسب أحمر آجوري
النشاء	ماء اليود	لون أزرق بنفسجي
غاز $\ce{CO2}$	رائق الكلس	يتعكر رائق الكلس
شوارد $\ce{Cl-}$	نترات الفضة $\ce{AgNO3}$	راسب أبيض $\ce{AgCl}$ يسود في الضوء
شوارد $\ce{SO4^2-}$	كلور الباريوم $\ce{BaCl2}$	راسب أبيض $\ce{BaSO4}$
شوارد $\ce{Fe^2+}$	محلول الصودا $\ce{NaOH}$	راسب أخضر هلامي $\ce{Fe(OH)2}$
شوارد $\ce{Fe^3+}$	محلول الصودا $\ce{NaOH}$	راسب بني محمر (لون الصدأ) $\ce{Fe(OH)3}$
شوارد $\ce{Cu^2+}$	محلول الصودا $\ce{NaOH}$	راسب أزرق $\ce{Cu(OH)2}$
شوارد $\ce{Zn^2+}$	محلول الصودا $\ce{NaOH}$	راسب أبيض هلامي $\ce{Zn(OH)2}$

طبيعة المحلول: نستعمل ورق $pH$ أو جهاز $pH$ -متر أو كاشفا ملونا مثل أزرق البروموتيمول (BBT):

قيمة $pH$	$pH < 7$	$pH = 7$	$pH > 7$
طبيعة المحلول	حمضي	معتدل	أساسي
لون BBT	أصفر	أخضر	أزرق

2. بنية الذرة

2-1. تطور النموذج الذري

العالم	السنة	النموذج
الإغريق (ديموقريطس)	قديما	المادة من دقائق «لا تنقسم»: Atomos
دالتون	1808	الذرات كريات صغيرة مصمتة لا تنقسم أثناء التفاعلات الكيميائية
طومسون	1904	كرة موجبة الشحنة مرصعة بإلكترونات سالبة
رذرفورد	1911	نواة مركزية موجبة صغيرة جدا تتركز فيها الكتلة، تدور حولها إلكترونات، وبينهما فراغ كبير
بوهر	1913	الإلكترونات تدور حول النواة في مدارات محددة (طبقات)

2-2. تجربة رذرفورد

نشاط: تجربة رذرفورد

نقذف رقاقة ذهب رقيقة جدا بجسيمات ألفا $(\alpha)$ الموجبة الشحنة، ونسجل مواضع وصولها على شاشة متألقة.

الشكل 1: تجربة رذرفورد وتفسيرها على المستوى المجهري

معظم الجسيمات تعبر الرقاقة دون انحراف: الذرة فراغ في معظمها.
قليل منها ينحرف أو يرتد: يوجد في مركز الذرة جزء صغير جدا، موجب الشحنة وثقيل، هو النواة.

2-3. مكونات الذرة

نرمز لنواة ذرة العنصر $X$ بالرمز $\ce{^{A}_{Z}X}$ حيث:

$Z$ العدد الذري (أو العدد الشحني): عدد البروتونات في النواة، ويساوي عدد الإلكترونات في الذرة المتعادلة.
$A$ العدد الكتلي: عدد النوكليونات (بروتونات + نيترونات).
$N$ عدد النيترونات:

A = Z + N \quad \Rightarrow \quad N = A - Z

مثال: نواة الكلور $\ce{^{35}_{17}Cl}$ فيها $17$ بروتونا و $35 - 17 = 18$ نيترونا، وذرتها فيها $17$ إلكترونا.

الجسيم	الكتلة $(kg)$	الشحنة $(C)$
البروتون	$1{,}673 \times 10^{-27}$	$+e = +1{,}6 \times 10^{-19}$
النيترون	$1{,}675 \times 10^{-27}$	$0$
الإلكترون	$9{,}11 \times 10^{-31}$	$-e = -1{,}6 \times 10^{-19}$

كتلة البروتون أكبر بحوالي $1836$ مرة من كتلة الإلكترون، لذلك كتلة الذرة تساوي تقريبا كتلة نواتها:

m_{atome} \approx A \cdot m_p

وتحمل النواة الشحنة $q_{noyau} = Z \cdot e$ ، والسحابة الإلكترونية الشحنة $q_{nuage} = -Z \cdot e$ . الذرة إذن متعادلة كهربائيا.

وحدة الكتل الذرية: $1\ u = 1{,}66 \times 10^{-27}\ kg$ ، وهي تقريبا كتلة نوكليون واحد.

الأبعاد: نصف قطر الذرة من رتبة $10^{-10}\ m$ ونصف قطر النواة من رتبة $10^{-15}\ m$ ، أي أن $\dfrac{R_{atome}}{R_{noyau}} \approx 10^{5}$ : معظم حجم الذرة فراغ.

الأسئلة

نواة ذرة الألمنيوم $\ce{^{27}_{13}Al}$ ( $m_p \approx 1{,}67 \times 10^{-27}\ kg$ ).

أكمل جدول مكونات الذرة.

المكون	البروتونات	النيترونات	الإلكترونات
العدد

عرض الحل

$Z = 13$ بروتونا، و $N = A - Z = 27 - 13 = 14$ نيترونا، والذرة متعادلة ففيها $13$ إلكترونا.

احسب كتلة الذرة بالتقريب.

$m \approx$ $\times 10^{-26}\ kg$

عرض الحل

$m_{atome} \approx A \cdot m_p = 27 \times 1{,}67 \times 10^{-27} \approx 4{,}5 \times 10^{-26}\ kg$ .

2-4. التوزيع الإلكتروني

تتوزع الإلكترونات على طبقات، والطبقة رقم $n$ تتسع لـ $2n^2$ إلكترونا على الأكثر:

رقم الطبقة $n$	1	2	3
اسمها	$K$	$L$	$M$
أقصى عدد من الإلكترونات	2	8	18 (نكتفي بـ 8 في برنامجنا: $Z \le 18$ )

تملأ الإلكترونات الطبقات بالترتيب $K$ ثم $L$ ثم $M$ ، ولا نبدأ طبقة إلا بعد تشبع التي قبلها. أمثلة: $\ce{H}: K^1$ ، $\ce{C}: K^2L^4$ ، $\ce{Na}: K^2L^8M^1$ ، $\ce{Cl}: K^2L^8M^7$ .

الطبقة الأخيرة (الخارجية) هي التي تحدد السلوك الكيميائي للذرة.

3. العنصر الكيميائي ونظائره

العنصر الكيميائي

مجموع الأفراد (ذرات أو شوارد) التي لها نفس العدد الذري $Z$ . نرمز له بالحرف الأول من اسمه اللاتيني بخط كبير $(\ce{C})$ ، ونضيف حرفا ثانيا صغيرا عند الالتباس $(\ce{Cl}, \ce{Ca}, \ce{Cu})$ .

انحفاظ العنصر

خلال التحولات الكيميائية لا تتغير النواة، فيبقى العنصر محفوظا. مثال دورة النحاس:

\ce{Cu -> Cu^2+ -> Cu(OH)2 -> CuO -> Cu^2+ -> Cu}

النظائر

ذرات لها نفس $Z$ و $A$ مختلف، أي تختلف في عدد النيترونات فقط، ولها نفس الخصائص الكيميائية. مثال: $\ce{^{12}_{6}C}$ و $\ce{^{13}_{6}C}$ و $\ce{^{14}_{6}C}$ .

الكتلة الذرية المتوسطة لعنصر له نظائر نسبها المئوية $x_1$ و $x_2$ و...:

M = \dfrac{A_1 x_1 + A_2 x_2 + \dots}{100}

وهي بوحدة الكتل الذرية $u$ . مثال: الكلور فيه $75\ \%$ من $\ce{^{35}Cl}$ و $25\ \%$ من $\ce{^{37}Cl}$ :

M = \dfrac{35 \times 75 + 37 \times 25}{100} = 35{,}5\ u

مجموع النسب يساوي $100\ \%$ : إذا أعطيت نسبتا نظيرين من ثلاثة، فنسبة الثالث هي الباقي.

الأسئلة

يحتوي النحاس الطبيعي على $69\ \%$ من $\ce{^{63}Cu}$ و $31\ \%$ من $\ce{^{65}Cu}$ . احسب كتلته الذرية المتوسطة.

$M =$ $u$

عرض الحل

M = \dfrac{63 \times 69 + 65 \times 31}{100} = \dfrac{4347 + 2015}{100} = 63{,}62\ u

للسيليسيوم ثلاثة نظائر: $\ce{^{28}Si}$ بنسبة $92{,}2\ \%$ و $\ce{^{29}Si}$ بنسبة $4{,}7\ \%$ و $\ce{^{30}Si}$ . احسب نسبة النظير الثالث.

عرض الحل

مجموع النسب $100\ \%$ ، إذن: $100 - 92{,}2 - 4{,}7 = 3{,}1\ \%$ .

4. قاعدتا الثنائية والثمانية، والشوارد

قاعدتا الثنائية والثمانية

قاعدة الثنائية (العناصر القريبة من الهيليوم: $\ce{H}$ ، $\ce{Li}$ ، $\ce{Be}$ ، $\ce{B}$ ): تسعى الذرة لأن تكون طبقتها الخارجية $K^2$ مثل الهيليوم. مثال: $\ce{Li}: K^2L^1$ تعطي $\ce{Li+}: K^2$ .
قاعدة الثمانية: تسعى الذرة لأن تحمل طبقتها الخارجية 8 إلكترونات مثل أقرب غاز خامل:
- إذا كان لها 1 أو 2 أو 3 إلكترونات خارجية تفقدها وتعطي شاردة موجبة: $\ce{Mg}: K^2L^8M^2$ تعطي $\ce{Mg^2+}: K^2L^8$ .
- إذا كان لها 5 أو 6 أو 7 إلكترونات خارجية تكتسب 3 أو 2 أو 1 وتعطي شاردة سالبة: $\ce{O}: K^2L^6$ تعطي $\ce{O^2-}: K^2L^8$ .

	الشاردة الموجبة $\ce{X^{n+}}$	الشاردة السالبة $\ce{X^{n-}}$
المعادلة	$\ce{X -> X^{n+} + n e-}$	$\ce{X + n e- -> X^{n-}}$
الشحنة	$q = +n \cdot e$	$q = -n \cdot e$
عدد الإلكترونات	$Z - n$	$Z + n$

الشاردة المركبة

مجموعة ذرات تحمل شحنة، مثل $\ce{NH4+}$ و $\ce{H3O+}$ و $\ce{NO3-}$ و $\ce{SO4^2-}$ .

المركب الشاردي متعادل كهربائيا: $\ce{Na+ + Cl- -> NaCl}$ و $\ce{Mg^2+ + 2Cl- -> MgCl2}$ .

الأسئلة

أعط عدد إلكترونات كل شاردة.

الشاردة	$\ce{Al^3+}$ $(Z = 13)$	$\ce{S^2-}$ $(Z = 16)$	$\ce{Mg^2+}$ $(Z = 12)$
عدد الإلكترونات

عرض الحل

الشاردة الموجبة $\ce{X^{n+}}$ فيها $Z - n$ إلكترونا، والسالبة $\ce{X^{n-}}$ فيها $Z + n$ : $\ce{Al^3+}$ : $13 - 3 = 10$ ، $\ce{S^2-}$ : $16 + 2 = 18$ ، $\ce{Mg^2+}$ : $12 - 2 = 10$ .

5. الجدول الدوري المبسط

السطر	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
1	$\ce{H}$ $K^1$							$\ce{He}$ $K^2$
2	$\ce{Li}$ $K^2L^1$	$\ce{Be}$ $K^2L^2$	$\ce{B}$ $K^2L^3$	$\ce{C}$ $K^2L^4$	$\ce{N}$ $K^2L^5$	$\ce{O}$ $K^2L^6$	$\ce{F}$ $K^2L^7$	$\ce{Ne}$ $K^2L^8$
3	$\ce{Na}$ $K^2L^8M^1$	$\ce{Mg}$ $K^2L^8M^2$	$\ce{Al}$ $K^2L^8M^3$	$\ce{Si}$ $K^2L^8M^4$	$\ce{P}$ $K^2L^8M^5$	$\ce{S}$ $K^2L^8M^6$	$\ce{Cl}$ $K^2L^8M^7$	$\ce{Ar}$ $K^2L^8M^8$

العناصر مرتبة حسب $Z$ المتزايد.
رقم السطر = عدد الطبقات المشغولة، ورقم العمود = عدد إلكترونات الطبقة الخارجية.
عناصر العمود الواحد تشكل عائلة كيميائية لها خصائص كيميائية متشابهة.

العمود	العائلة	أهم خصائصها
I	القلائيات $(\ce{Li}, \ce{Na})$	معادن نشطة جدا، لا توجد حرة في الطبيعة، تعطي $\ce{X+}$ . الهيدروجين في العمود I لكنه ليس من القلائيات
II	القلائيات الترابية $(\ce{Be}, \ce{Mg})$	تتفاعل مع الأحماض محررة غاز $\ce{H2}$ ، تعطي $\ce{X^2+}$
III	العناصر الترابية $(\ce{B}, \ce{Al})$	توجد في شكل مركبات، تعطي $\ce{X^3+}$
VII	الهالوجينات $(\ce{F}, \ce{Cl})$	سامة ونشطة، جزيئاتها ثنائية الذرة مثل $\ce{Cl2}$ ، تعطي $\ce{X-}$
VIII	الغازات الخاملة $(\ce{He}, \ce{Ne}, \ce{Ar})$	طبقتها الخارجية مشبعة فهي خاملة كيميائيا، وأفرادها ذرات منفردة

الكهروسلبية

قدرة الذرة على جذب إلكترونات الرابطة نحوها. في الجدول الدوري تزداد من اليسار إلى اليمين في السطر، وتزداد من الأسفل إلى الأعلى في العمود (الغازات الخاملة مستثناة). أكثر العناصر كهروسلبية: الفلور $\ce{F}$ ثم الأكسجين $\ce{O}$ .

6. بنية الجزيئات: نموذج لويس

تمثيل لويس للذرة: نكتب رمز العنصر ونحيطه بإلكترونات طبقته الخارجية: النقطة إلكترون عازب (فردي)، والخط زوج إلكتروني (ثنائية).

الشكل 2: تمثيل لويس لذرات H و C و N و O و Cl

التكافؤ

عدد الإلكترونات العازبة = عدد الروابط التي تشكلها الذرة: $\ce{H}$ : 1 ، $\ce{C}$ : 4 ، $\ce{N}$ : 3 ، $\ce{O}$ : 2 ، $\ce{Cl}$ : 1. وللعناصر ذات 5 أو 6 أو 7 إلكترونات خارجية: التكافؤ = 8 ناقص رقم العمود.

الرابطة التكافؤية

مشاركة إلكترونية بين ذرتين، تقدم فيها كل ذرة إلكترونا مقابل كل زوج مشترك. تكون أحادية (زوج مشترك واحد) أو ثنائية (زوجان) أو ثلاثية (ثلاثة أزواج). ونميز في الجزيء الثنائيات الرابطة (المشتركة) والثنائيات غير الرابطة (الحرة).

الشكل 3: تمثيل لويس لجزيئات H₂O و NH₃ و CH₄ و CO₂ و N₂

منهجية: تمثيل لويس لجزيء

نكتب التوزيع الإلكتروني لكل ذرة ونستنتج تكافؤها وعدد ثنائياتها غير الرابطة.

نضع في المركز الذرة ذات أكبر تكافؤ (ذرة الهيدروجين لا تكون مركزية أبدا).

نربط الذرات بحيث تشكل كل ذرة عددا من الروابط يساوي تكافؤها.

نضيف الثنائيات غير الرابطة ونتحقق أن كل ذرة تحقق الثمانية (أو الثنائية للهيدروجين).

الصيغ الكيميائية والمتماكبات

الصيغة	ماذا تبين؟	مثال: الإيثانول
المجملة	نوع الذرات وعددها فقط	$\ce{C2H6O}$
المفصلة (المنشورة)	كل الروابط، أي تمثيل لويس دون الثنائيات غير الرابطة	الشكل 4
نصف المفصلة	نجمع ذرات الهيدروجين مع الذرة المرتبطة بها	$\ce{CH3-CH2-OH}$

الشكل 4: الصيغة المفصلة للإيثانول

المتماكبات

أنواع كيميائية لها نفس الصيغة المجملة وصيغ مفصلة مختلفة، فخصائصها مختلفة. مثال: $\ce{C2H6O}$ هي الإيثانول $\ce{CH3-CH2-OH}$ وثنائي ميثيل الإيثر $\ce{CH3-O-CH3}$ .

7. هندسة الجزيئات: نموذج جيلسبي وتمثيل كرام

نموذج جيلسبي

الأزواج الإلكترونية المحيطة بالذرة المركزية (الرابطة وغير الرابطة) تتنافر فتبتعد عن بعضها أكبر ما يمكن. نكتب الصيغة الرمزية $AX_nE_m$ حيث $A$ الذرة المركزية، $X$ الذرات المرتبطة بها، $n$ عددها (الرابطة الثنائية أو الثلاثية تحسب مرة واحدة)، و $m$ عدد الأزواج غير الرابطة للذرة المركزية.

الصيغة الرمزية	$n$	$m$	الشكل الهندسي	الزاوية	أمثلة
$AX_2$	2	0	خطي	$180^{\circ}$	$\ce{CO2}$ ، $\ce{BeCl2}$
$AX_3$	3	0	مثلثي مستو	$120^{\circ}$	$\ce{BF3}$ ، $\ce{CH2O}$
$AX_4$	4	0	رباعي الوجوه	$109{,}5^{\circ}$	$\ce{CH4}$ ، $\ce{CCl4}$
$AX_3E_1$	3	1	هرمي	$107^{\circ}$	$\ce{NH3}$ ، $\ce{PCl3}$
$AX_2E_2$	2	2	زاوي (مرفقي)	$104{,}5^{\circ}$	$\ce{H2O}$ ، $\ce{H2S}$

الشكل 5: جزيء CO₂ من الشكل AX2 خطي

الشكل 6: جزيء BF₃ من الشكل AX3 مثلثي مستو

الشكل 7: جزيء CH₄ من الشكل AX4 رباعي الوجوه، بتمثيل كرام

الشكل 8: جزيء NH₃ من الشكل AX3E1 هرمي

الشكل 9: جزيء H₂O من الشكل AX2E2 زاوي

الأسئلة

أعط $n$ و $m$ في الصيغة الرمزية $AX_nE_m$ لكل جزيء.

الجزيء	$n$ في $\ce{H2S}$	$m$ في $\ce{H2S}$	$n$ في $\ce{PCl3}$	$m$ في $\ce{PCl3}$
القيمة

عرض الحل

$\ce{H2S}$ : الكبريت $K^2L^8M^6$ تكافؤه 2، يرتبط بذرتي هيدروجين ويبقى له زوجان غير رابطين: $AX_2E_2$ ، شكل زاوي.
$\ce{PCl3}$ : الفوسفور $K^2L^8M^5$ تكافؤه 3، يرتبط بثلاث ذرات كلور ويبقى له زوج غير رابط: $AX_3E_1$ ، شكل هرمي.

اصطلاحات تمثيل كرام:

الشكل 10: من اليسار إلى اليمين: رابطة في مستوى الورقة، رابطة أمامه، رابطة خلفه

خط عادي: رابطة في مستوى الورقة.
مثلث مملوء: رابطة أمام مستوى الورقة (نحو القارئ).
مثلث مهشر (متقطع): رابطة خلف مستوى الورقة.

8. استقطاب الروابط والجزيئات

إذا ارتبطت ذرتان مختلفتان في الكهروسلبية، تنجذب إلكترونات الرابطة نحو الذرة الأكثر كهروسلبية، فتحمل هذه الذرة شحنة جزئية $\delta^-$ وتحمل الأخرى $\delta^+$ : الرابطة مستقطبة (مثل $\ce{H-Cl}$ و $\ce{O-H}$ ).
يكون الجزيء مستقطبا إذا لم يتطابق مركز الشحن الموجبة مع مركز الشحن السالبة: $\ce{H2O}$ و $\ce{NH3}$ و $\ce{HCl}$ . أما $\ce{CO2}$ (خطي) و $\ce{CH4}$ و $\ce{CCl4}$ (متناظرة) فهي غير مستقطبة رغم أن روابطها قد تكون مستقطبة.
بين الجزيئات المستقطبة روابط بين جزيئية ضعيفة، تفسر مثلا ارتفاع درجة غليان الماء، وذوبان الأنواع المستقطبة في الماء.

تعاريف مهمة

الفرد الكيميائي

دقيقة مجهرية مكونة للمادة: ذرة أو جزيء أو شاردة. لا نتعامل معها بحواسنا، مثل جزيء الماء أو ذرة الحديد أو شاردة الصوديوم.

النوع الكيميائي

مجموعة كبيرة من الأفراد الكيميائية المتماثلة نتعامل معها عيانيا، مثل الماء أو ملح الطعام. له خصائص فيزيائية وكيميائية تميزه.

العدد الذري

Z

عدد البروتونات في النواة، ويساوي عدد الإلكترونات في الذرة المتعادلة. هو الذي يميز العنصر الكيميائي.

العدد الكتلي

A

عدد النوكليونات في النواة، أي مجموع البروتونات والنيترونات: $A = Z + N$ .

العنصر الكيميائي

مجموع الأفراد (ذرات أو شوارد) التي لها نفس العدد الذري $Z$ . يبقى محفوظا خلال التحولات الكيميائية لأن النواة لا تتغير.

النظائر

ذرات لها نفس العدد الذري $Z$ وعدد كتلي $A$ مختلف، أي تختلف في عدد النيترونات فقط. لها نفس الخصائص الكيميائية.

الشاردة

ذرة أو مجموعة ذرات فقدت إلكترونا أو أكثر فأصبحت موجبة، أو اكتسبت إلكترونا أو أكثر فأصبحت سالبة.

الكهروسلبية

قدرة الذرة على جذب إلكترونات الرابطة نحوها. تزداد في الجدول الدوري من اليسار إلى اليمين ومن الأسفل إلى الأعلى.

التكافؤ

عدد الإلكترونات العازبة في الطبقة الخارجية للذرة، وهو عدد الروابط التكافؤية التي تشكلها.

الرابطة التكافؤية

مشاركة إلكترونية بين ذرتين: زوج مشترك واحد للرابطة الأحادية، وزوجان للثنائية، وثلاثة أزواج للثلاثية.

المتماكبات

أنواع كيميائية لها نفس الصيغة المجملة وصيغ مفصلة مختلفة، فخصائصها الفيزيائية والكيميائية مختلفة.

نموذج جيلسبي

نموذج يتوقع هندسة الجزيء من تنافر الأزواج الإلكترونية حول الذرة المركزية، ويعبر عنها بالصيغة الرمزية $AX_nE_m$ .

القوانين

قانون : العلاقة بين مكونات النواة

A = Z + N

العدد الكتلي $A$ هو مجموع البروتونات $Z$ والنيترونات $N$ . نستعملها لحساب عدد النيترونات: $N = A - Z$ .

قانون : قاعدة الثنائية

K^2

العناصر القريبة من الهيليوم ( $\ce{H}$ و $\ce{Li}$ و $\ce{Be}$ و $\ce{B}$ ) تسعى لأن تكون طبقتها الخارجية $K^2$ مثل الهيليوم، بفقد إلكترونات أو بتشكيل روابط.

قانون : قاعدة الثمانية

8\ e^-

تسعى الذرة لأن تحمل طبقتها الخارجية 8 إلكترونات مثل أقرب غاز خامل: تفقد 1 أو 2 أو 3 إلكترونات، أو تكتسب 3 أو 2 أو 1، أو تشارك إلكتروناتها في روابط تكافؤية.

قانون : نموذج جيلسبي

AX_nE_m

الأزواج الإلكترونية حول الذرة المركزية تتنافر وتبتعد أكبر ما يمكن. العدد $n + m$ يحدد التوزيع في الفضاء، والأزواج غير الرابطة تجعل الشكل هرميا أو زاويا.

العلاقات الأساسية

عدد النيترونات

N = A - Z

من العدد الكتلي والعدد الذري.

العدد الذري من شحنة النواة

Z = \dfrac{q_{noyau}}{e}

مع $e = 1{,}6 \times 10^{-19}\ C$ .

العدد الكتلي من كتلة النواة

A = \dfrac{m_{noyau}}{m_p}

مع $m_p \approx 1{,}67 \times 10^{-27}\ kg$ ، ثم ندور إلى أقرب عدد صحيح.

كتلة الذرة

m_{atome} \approx A \cdot m_p

كتلة الإلكترونات مهملة أمام كتلة النواة.

عدد الذرات في عينة

N_{at} = \dfrac{m}{m_{atome}}

الكتلتان بنفس الوحدة، عادة بالكيلوغرام.

شحنة شاردة

q = \pm n \cdot e

موجبة إذا فقدت الذرة $n$ إلكترونا، وسالبة إذا اكتسبتها.

الكتلة الذرية المتوسطة

M = \dfrac{A_1 x_1 + A_2 x_2 + \dots}{100}

بوحدة الكتل الذرية $u$ ، مع $x_i$ النسبة المئوية لكل نظير.

الطبقة رقم n

2n^2

أقصى عدد من الإلكترونات في الطبقة: 2 في $K$ و 8 في $L$ .

تذكّر

الفرد الكيميائي دقيقة مجهرية، والنوع الكيميائي مجموعة أفراد متماثلة نتعامل معها عيانيا. تتكون الذرة من نواة موجبة صغيرة جدا تتركز فيها الكتلة، تحتوي على $Z$ بروتونا و $N$ نيترونا مع $A = Z + N$ ، وتدور حولها $Z$ إلكترونا موزعة على الطبقات $K$ و $L$ و $M$ . العنصر الكيميائي يعرف بعدده الذري $Z$ ، ونظائره تختلف في $A$ فقط. في الجدول الدوري المبسط رقم السطر هو عدد الطبقات ورقم العمود هو عدد الإلكترونات الخارجية. تسعى الذرات لتحقيق الثنائية أو الثمانية بفقد الإلكترونات أو اكتسابها أو مشاركتها. نموذج لويس يمثل الروابط والأزواج الحرة، ونموذج جيلسبي $AX_nE_m$ يتوقع الشكل الهندسي، وتمثيل كرام يبرزه في الفضاء.

انتبه

أربعة أخطاء تتكرر كثيرا في هذه الوحدة. الأول: نسيان تحويل الكتلة من الغرام إلى الكيلوغرام قبل حساب عدد الذرات. الثاني: عد الأزواج غير الرابطة لكل الذرات بدل الذرة المركزية وحدها في الصيغة $AX_nE_m$ : في $\ce{CCl4}$ لدينا $m = 0$ رغم وجود 12 زوجا حرا على ذرات الكلور. الثالث: عد الرابطة الثنائية أو الثلاثية مرتين في $n$ ، بينما تحسب مرة واحدة: $\ce{HCN}$ من الشكل $AX_2$ . الرابع: الخلط بين الفرد والنوع الكيميائي عندما تكون الصيغة واحدة، فالماء الأكسجيني نوع وجزيء الماء الأكسجيني فرد.

سجل الدخول لتتبع تقدمك التالي: التطبيقات