الدرس الأول: تركيب الذرة والتوزيع الإلكتروني (البروتونات، النيوترونات، الإلكترونات، النظائر)
المتوسط - الصف الثامن
1. المفاهيم الأساسية للمادة
- المادة (Matter): كل شيء له كتلة ويشغل حيزاً في الفراغ. توجد في ثلاث حالات رئيسية: صلبة، سائلة، وغازية.
- العنصر (Element): مادة نقية تتكون من نوع واحد فقط من الذرات، ولا يمكن تجزئتها إلى مواد أبسط بالطرق الكيميائية (مثل: الحديد Fe، الأكسجين O₂).
- الذرة (Atom): هي أصغر وحدة بنائية في العنصر الكيميائي، وتحتفظ بالخصائص الكيميائية لذلك العنصر.
تنوع العناصر في الطبيعة:
تختلف العناصر عن بعضها البعض في خصائصها وشكل ذراتها وترتيبها.
2. مكونات الذرة
تتكون الذرة من نواة مركزية تدور حولها إلكترونات.
البروتونات (p⁺)
- الموقع: داخل النواة.
- الشحنة: موجبة (+1).
- الكتلة: كبيرة نسبياً (1.67 × 10⁻²⁴ جم).
- تحدد هوية العنصر.
النيوترونات (n⁰)
- الموقع: داخل النواة.
- الشحنة: متعادلة (0).
- الكتلة: مساوية تقريباً لكتلة البروتون.
- المكتشف: جيمس شادويك (1932).
الإلكترونات (e⁻)
- الموقع: تدور حول النواة.
- الشحنة: سالبة (-1).
- الكتلة: صغيرة جداً (مهملة).
- المكتشف: ج. ج. طومسون (1897).
3. نوى الذرات تختلف فيما بينها
بما أن جميع المواد تتكون من ذرات، فما الذي يجعل عنصر النحاس مختلفاً عن الحديد أو الذهب؟
السبب الجوهري: تختلف نوى الذرات في عدد البروتونات التي تحتويها. هذا الاختلاف في عدد البروتونات هو الذي يحدد نوع العنصر وخصائصه الفريدة، وهو ما يُعرف بالعدد الذري.
4. الأعداد الذرية والكتلية والنظائر
أ. العدد الذري (Atomic Number - Z):
هو عدد البروتونات في نواة الذرة. وهو "بصمة" العنصر؛ فلا يوجد عنصران لهما نفس العدد الذري.
ب. العدد الكتلي (Mass Number - A):
مجموع عدد البروتونات والنيوترونات في النواة.
ج. النظائر (Isotopes):
ذرات لنفس العنصر تتفق في العدد الذري (عدد البروتونات) وتختلف في العدد الكتلي (بسبب اختلاف عدد النيوترونات). تتشابه النظائر في الخواص الكيميائية.
5. تطبيقات حسابية: عدد الجسيمات في الذرة
يمكننا استنتاج عدد البروتونات والنيوترونات والإلكترونات لأي ذرة بمعرفة عددها الذري والكتلي.
مثال (1): من الرمز إلى الأعداد
لديك ذرة الصوديوم الممثلة بالرمز التالي:
احسب عدد الجسيمات:
- العدد الذري (Z) = 11 ← عدد البروتونات = 11
- بما أن الذرة متعادلة ← عدد الإلكترونات = 11
- العدد الكتلي (A) = 23
- عدد النيوترونات = A - Z = 23 - 11 = 12 نيوترون
مثال (2): من الأعداد إلى الرمز
ذرة متعادلة تحتوي نواتها على 15 بروتون و 16 نيوترون.
المطلوب:
- العدد الذري (Z): يساوي عدد البروتونات.
Z = 15 (وهو عنصر الفوسفور P) - العدد الكتلي (A): مجموع البروتونات والنيوترونات.
A = 15 + 16 = 31 - عدد الإلكترونات: يساوي عدد البروتونات (للذرة المتعادلة).
e⁻ = 15
6. التوزيع الإلكتروني (Electronic Configuration)
تترتب الإلكترونات حول النواة في مستويات طاقة رئيسية (أغلفة). كل مستوى يتسع لعدد محدد من الإلكترونات.
- المستوى الأول (K): يتسع لـ 2 إلكترون.
- المستوى الثاني (L): يتسع لـ 8 إلكترونات.
- المستوى الثالث (M): يتسع لـ 18 إلكتروناً (ولكن يستقر بـ 8 في العناصر الأولى).
قاعدة التوزيع: نملأ المستويات الأقل طاقة (الأقرب للنواة) أولاً.
أمثلة للتوزيع:
- H (Z=1): 1
- O (Z=8): 2, 6
- Na (Z=11): 2, 8, 1
- Cl (Z=17): 2, 8, 7
الخلاصة
- الذرة: الوحدة الأساسية لبناء المادة، وتتكون من نواة مركزية وإلكترونات تدور حولها.
- المكونات: البروتونات (موجبة) والنيوترونات (متعادلة) داخل النواة، والإلكترونات (سالبة) في مستويات الطاقة.
- العدد الذري (Z): عدد البروتونات، وهو الهوية الفريدة لكل عنصر.
- العدد الكتلي (A): مجموع البروتونات والنيوترونات.
- النظائر: ذرات لنفس العنصر تتفق في العدد الذري وتختلف في العدد الكتلي.