الذرات: هي عبارة عن جسيمات صغيرة تشكل الوحدات الأساسية لبناء المواد وهي غير قابلة للانقسام.
تطور مفهوم البناء الذري حسب التسلسل الزمني:
-
نموذج دالتون:
في بداية القرن التاسع عشر تصور العالم دالتون بأن الذرة (على هيئة كرة دقيقة صلبة غير قابلة للانقسام ولكل عنصر نوع معين من الذرات ترتبط بطريقة بسيطة لتكوين الذرات المركبة).
(كرة صلبة ذات سطح دقيق)
-
نموذج ثومسن:
في نهاية القرن التاسع عشر اكتشف العالم الإلكترونات والتي هي عبارة عن جسيمات صغيرة تحمل شحنة سالبة, حيث تصور العالم ثومسن أن الذرة (كرة موجبة الشحنة تلتصق عليها الإلكترونات السالبة والتي تعادل الشحنة الموجبة وبذلك تصبح الذرة متعادلة الشحنة).
(كرة موجبة الشحنة، إلكترونات سالبة الشحنة)
-
نموذج رذرفورد:
في أوائل القرن العشرين وبعد اكتشاف البروتون والذي هو عبارة عن جسيم موجب الشحنة كتلته أكبر من كتلة الإلكترون, قدم العالم تصوره بأن (البروتونات متمركزة في حجم صغير وسط الذرة أطلق عليها اسم النواة وأنها تحتوي على معظم كتلة الذرة وأن الإلكترونات تدور حولها لذا فأن اغلب حجم الذرة فراغ).
(مدار حركة الإلكترونات، النواة، إلكترونات، البروتونات)
مكونات الذرة الأساسية:
الإلكترونات: جسيمات صغيرة سالبة الشحنة ويرمز لها بالرمز e⁻ تدور حول نواة موجبة لذلك تكون متعادلة الشحنة.
البروتونات: جسيمات موجبة الشحنة كتلتها أكبر بكثير من كتلة الإلكترونات تقع في وسط الذرة.
تعليلات هامة:
علل 1: تكون الذرة متعادلة الشحنة؟
ج: وذلك لأن عدد الإلكترونات السالبة خارج النواة يساوي عدد البروتونات الموجبة داخل نواة الذرة.
علل 2: سمي نموذج رذرفورد بالنموذج الكوكبي؟
ج: وذلك بسبب أن الإلكترونات السالبة الشحنة تدور حول النواة الموجبة الشحنة كما تدور الكواكب حول الشمس.
مشكلة نموذج رذرفورد وفشل تصوره:
س: نشأت مشكلة في نموذج رذرفورد الكوكبي؟ أو بصيغة أخرى (لماذا فشل تصور نموذج رذرفورد للبناء الذري؟)
ج: لو فرضنا أن:
- الإلكترونات السالبة (ساكنة) فإنها سوف تنجذب إلى النواة الموجبة الشحنة وبذلك تنهار الذرة.
- الإلكترونات السالبة (متحركة) فإنها سوف تفقد طاقة نتيجة حركتها اللولبية حول النواة مما يؤدي إلى بطأها فتسقط في النواة وبذلك تنهار الذرة.
نموذج بور:
اقترح العالم بور (أن الإلكترونات السالبة تدور حول النواة الموجبة في مستويات ذات طاقة وأنصاف أقطار محددة ولكل مستوى رقم يميزه ويصف طاقته يسمى بعدد الكم الرئيسي).
(النواة، مستويات الطاقة)
النظرية الذرية الحديثة:
س: فسر العالم بور تركيب ذرة الهيدروجين كأبسط نظام ذري؟
ج: لأنها تحتوي على بروتون واحد وإلكترون واحد.
س: فشل نموذج بور في تفسير بعض الظواهر الطبيعية للعناصر؟
ج: لأنه فسر نموذجه على أساس ذرة الهيدروجين التي تحتوي على إلكترون واحد فقط، وأهمل الذرات الأخرى التي تحتوي على عدد أكبر من الإلكترونات.
نظرية الكم ومفاهيم حديثة:
نظرية الكم: تنص على (احتمال وجود الإلكترون في حيز محدد في الفضاء المحيط بالنواة وليس في مدارات محددة الأبعاد كما أوضح العالم بور).
أهم فروض النظرية الحديثة (نموذج معدل لبور):
- تتكون الذرة من نواة تحيط بها إلكترونات ذات مستويات مختلفة من الطاقة.
- تدور الإلكترونات حول النواة على مسافات بعيدة عنها (نسبة لحجم الذرة) في مستويات الطاقة ويعبر عن هذه المستويات بأعداد الكم الرئيسية ويرمز لها بالرمز (n).
الأوربيتال (السحابة الإلكترونية): هو عبارة عن حيز محدد في الفضاء المحيط بالنواة يوجد فيه الإلكترون. ويرمز له بالرمز □ ويشغل بإلكترون واحد ↑ أو اثنين ↑↓.
س: كلما كانت قيمة (n) كبيرة كانت طاقة المستوى أكبر؟
ج: بسبب قلة جذب النواة للإلكترونات.
مستويات الطاقة:
- مستويات الطاقة الرئيسية: يعبر عنها بعدد الكم الرئيسي ويرمز لها بالحرف (n) وتأخذ قيم صحيحة موجبة تساوي (1, 2, 3, 4, 5, ......) وكل رقم يدل على مستوى طاقة معين ولا يأخذ (n) قيمة الصفر.
- مستويات الطاقة الثانوية: تحتوي مستويات الطاقة الرئيسية (K, L, M, N, ...) على مستويات طاقة ثانوية يرمز لها بالرمز (s, p, d, f) وتختلف هذه المستويات من ناحية الشكل وعدد الإلكترونات التي تحتويها.
ملاحظة: تختلف المستويات الثانوية عن بعضها.
1. من ناحية الشكل:
- المستوى الثانوي (s): يحتوي على أوربيتال واحد وله شكل كروي على المحاور الثلاث (X, Y, Z).
- المستوى الثانوي (p): يحتوي على ثلاث أوربيتالات وكل أوربيتال مكون من فصين متكافئين موزعة في الفراغ بثلاث اتجاهات متعامدة يرمز لها (px, py, pz).
2. من ناحية عدد الإلكترونات التي تحتويها الأوربيتالات:
- المستوى الثانوي (s): يحتوي على أوربيتال واحد □ ويتشبع بـ 2 إلكترون.
- المستوى الثانوي (p): يحتوي على ثلاث أوربيتالات □□□ ويتشبع بـ 6 إلكترون.
- المستوى الثانوي (d): يحتوي على خمس أوربيتالات ويتشبع بـ 10 إلكترون.
- المستوى الثانوي (f): يحتوي على سبعة أوربيتالات ويتشبع بـ 14 إلكترون.
توزيع الإلكترونات وقواعده:
علل: لا يحدث تنافر للإلكترونات مع بعضها عند وجودها في نفس الأوربيتال؟
ج: وذلك لأن أحدهما سوف يبرم عكس الآخر، أي أن أحدهما يبرم حول محوره باتجاه عقرب الساعة ↑ والآخر يبرم حول محوره باتجاه عكس عقرب الساعة ↓ مما يلغي تنافرهما.
الترتيب الإلكتروني: تحتوي العناصر المختلفة على أعداد مختلفة من الإلكترونات تترتب حول النواة في الذرة.
ملاحظة: عند كتابة الترتيب الإلكتروني يجب مراعاة تطبيق القواعد الآتية:
- مبدأ أوفباو: ينص على أن (مستويات الطاقة الثانوية تملأ بالإلكترونات حسب تسلسل طاقاتها من الأوطأ إلى الأعلى).
الترتيب العام للذرات (حفظ مهم جداً):
1S² 2S² 2P⁶ 3S² 3P⁶ 4S² 3d¹⁰ 4P⁶ ...عند كتابة الترتيب الإلكتروني يجب معرفة العدد الذري للعنصر والذي يكتب في أسفل يسار رمز العنصر (ZX).
3: عدد الكم الرئيسي = nS: المستوى الثانوي¹: عدد الإلكترونات الموجودة في المستوى الثانوي- قاعدة هوند: تنص على أنه (لا يحدث ازدواج بين إلكترونين في مستوى الطاقة الثانوي إلا بعد أن تشغل أوربيتالاته بشكل منفرد).
علل: يحصل تداخل بين الأغلفة الثانوية والأغلفة الرئيسية؟
ج: لأنه كلما ازداد رقم الغلاف الرئيسي (n) ازدادت طاقة الإلكترونات وقلت المسافة بين غلاف رئيسي وآخر لذلك يحدث التداخل.
ملاحظة: ماذا يمثل كل رقم من هذه الأرقام للمستوى الثانوي: 3S¹
تمارين وأمثلة:
تمرين (1-3) ص 20
أ. ما عدد الأوربيتالات في كل من مستوى الطاقة الرئيسي الأول والثالث؟
الجواب: الأول (s): 1 أوربيتال. الثالث (s, p, d): 1+3+5 = 9 أوربيتالات.
ب. ما عدد الإلكترونات في كل من مستوى الطاقة الرئيسي الثاني والثالث؟
الجواب: الثاني (2n² = 2*2² = 8). الثالث (2n² = 2*3² = 18).
تمرين (1-4) ص 22
بين كيفية ترتيب الإلكترونات في أوربيتالات المستويات الثانوية التالية التي تحتوي على عدد من الإلكترونات: p², d⁵, p⁵, d³
الجواب:
- p²: ↑ ↑ □
- d⁵: ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
- p⁵: ↑↓ ↑↓ ↑
- d³: ↑ ↑ ↑ □ □
مثال 1-1:
اكتب الترتيب الإلكتروني لكل من المستويات الثانوية الآتية: p³, d⁴, f⁶, p⁴, d⁷, f¹¹, p⁶
الجواب:
- p³: ↑ ↑ ↑
- d⁴: ↑ ↑ ↑ ↑ □
- f⁶: ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ □
- p⁴: ↑↓ ↑ ↑
- d⁷: ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑
- f¹¹: ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ □
- p⁶: ↑↓ ↑↓ ↑↓
مثال 1-2:
اكتب الترتيب الإلكتروني للعناصر الآتية: H, He, Li, Be
| العنصر | التوزيع الإلكتروني |
|---|---|
| ₁H | 1s¹ |
| ₂He | 1s² |
| ₃Li | 1s² 2s¹ |
| ₄Be | 1s² 2s² |
مثال 1-3:
اكتب الترتيب الإلكتروني وبين ترتيب الإلكترونات في المستوى الرئيسي الأخير على طاقة لكل عنصر من العناصر الآتية: B, O, Ne, Mg, Al, P
| العنصر | الترتيب الإلكتروني | مستوى الطاقة الرئيسي الأخير |
|---|---|---|
| ₅B | 1s² 2s² 2p¹ | 2s² 2p¹ |
| ₈O | 1s² 2s² 2p⁴ | 2s² 2p⁴ |
| ₁₀Ne | 1s² 2s² 2p⁶ | 2s² 2p⁶ |
| ₁₂Mg | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² | 3s² |
| ₁₃Al | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹ | 3s² 3p¹ |
| ₁₅P | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³ | 3s² 3p³ |
مثال 1-4:
اكتب الترتيب الإلكتروني لذرة عنصر الصوديوم ₁₁Na، مبيناً التدرج في الطاقة حسب مستويات الطاقة الرئيسية.
الجواب: ₁₁Na: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹
تدرج الطاقة (من الأقل للأعلى): 1s < 2s < 2p < 3s
(3s ↑, 2p ↑↓↑↓↑↓, 2s ↑↓, 1s ↑↓ - سهم يشير لازدياد الطاقة للأعلى)
مثال 1-5:
اكتب الترتيب الإلكتروني لذرة الكلور ₁₇Cl، ثم بين ترتيب مستويات الطاقة الثانوية حسب تدرجها في الطاقة من الأقل إلى الأعلى.
الجواب: ₁₇Cl: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵
تدرج الطاقة (من الأقل للأعلى): 1s < 2s < 2p < 3s < 3p
مثال 1-6:
اذكر عدد الإلكترونات في كل مستوى رئيسي من الطاقة حول نواة العنصر B, Ne, Mg.
الجواب:
- ₅B (1s² 2s² 2p¹): المستوى الأول (n=1): 2 إلكترون. المستوى الثاني (n=2): 3 إلكترون.
- ₁₀Ne (1s² 2s² 2p⁶): المستوى الأول (n=1): 2 إلكترون. المستوى الثاني (n=2): 8 إلكترون.
- ₁₂Mg (1s² 2s² 2p⁶ 3s²): المستوى الأول (n=1): 2 إلكترون. المستوى الثاني (n=2): 8 إلكترون. المستوى الثالث (n=3): 2 إلكترون.
تمرين (1-5) ص 23
اكتب الترتيب الإلكتروني ثم بين توزيع الإلكترونات على الأوربيتالات في العناصر الآتية: ₁₈Ar, ₁₄Si, ₉F
الجواب: (يترك للطالب)
تمرين (1-6) ص 24
اكتب الترتيب الإلكتروني لذرات العناصر الآتية ثم بين ترتيب مستويات الطاقة الرئيسية حسب تدرجها من الأقل الى الأعلى: ₃Li, ₁₅P
الجواب: (يترك للطالب)
تمرين (1-7) ص 24
اكتب الترتيب الإلكتروني لذرات العناصر الآتية ثم بين ترتيب مستويات الطاقة الثانوية حسب تدرجها من الأقل الى الأعلى: ₈O, ₁₃Al
الجواب: (يترك للطالب)
تمرين (1-8) ص 24
اذكر عدد الإلكترونات في كل مستوى طاقة رئيسي حول نوى العناصر: ₂He, ₇N
الجواب: (يترك للطالب)
رمز لويس (ترتيب لويس):
يعتمد رمز لويس على عدد الإلكترونات الموجودة في الغلاف الأخير (مستوى الطاقة الخارجي) والذي يدعى بغلاف التكافؤ حيث تترتب الإلكترونات حول رمز العنصر بطريقة صورية وتتوزع على الجهات الأربعة بشكل منفرد ثم تزدوج.
ملاحظة: ترتيب لويس يساوي رقم الزمرة لكل عنصر.
تمرين (1-9) ص 26
اكتب رمز لويس للعناصر الآتية: ₂₀Ca, ₁₈Ar, ₁₃Al
الجواب: (يترك للطالب)
مثال 1-8:
ذرة عنصر مرتبة فيها الإلكترونات كالاتي: 1s² 2s² 2p⁴
- ما عدد الإلكترونات في هذه الذرة؟ ج: 8 إلكترونات.
- ما العدد الذري للعنصر؟ ج: 8 (لأنه يساوي عدد الإلكترونات في الذرة المتعادلة).
- ما عدد مستويات الطاقة الثانوية المملوءة بالإلكترونات؟ ج: المستوى 1s ممتلئ (2 إلكترون)، المستوى 2s ممتلئ (2 إلكترون). إذن مستويان (1s, 2s).
- ما عدد الإلكترونات غير المزدوجة؟ ج: توزيع 2p⁴ هو ↑↓ ↑ ↑. إذن يوجد 2 إلكترون غير مزدوج.
- اكتب رمز لويس لهذه الذرة؟ ج: يحتوي الغلاف الأخير (n=2) على 2+4 = 6 إلكترونات. رمز لويس: O محاط بـ 6 نقاط.
تمرين (1-10) ص 27
عنصر عدده الذري 6:
- اكتب الترتيب الإلكتروني له.
- ما عدد مستويات الطاقة الثانوية المملوءة بالإلكترونات.
- ما عدد الإلكترونات غير المزدوجة فيه.
- اكتب رمز لويس لهذه الذرة.
الجواب: (يترك للطالب)
س: ذرة عنصر ينتهي ترتيبها الإلكتروني بالمستوى 3s¹، جد كل مما يأتي:
- الترتيب الإلكتروني.
- العدد الذري.
- الدورة والزمرة التي ينتمي لها العنصر.
- رمز لويس لتلك الذرة.
الجواب: (يترك للطالب)
شاهد فيديو الشرح للأستاذة زينب عبد الكاظم من قناة الباحث العلمي
شكرا لكم لاتنسونا الدعاء









