شارح الدرس: كتلة الصيغة الكيمياء • الصف الأول الثانوي

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نُعرِّف كتلة الصيغة، ونحسب قيمتها للصِّيَغ الجزيئية المُعطاة باستخدام الكُتَل الذرية.

الذرات والجزيئات والمركَّبات جميعها لها كتلة. ومع ذلك، فإن كتلة ذرة واحدة أو جزيء واحد متناهية الصغر. فكتلة ذرة الكربون-12 تساوي جرام تقريبًا. لجعل هذا العدد أكثر سهولة عند إجراء العمليات الحسابية، طوَّر الكيميائيون وحدة الكتل الذرية الموحَّدة. فقد قرَّروا أن ذرة الكربون-12 تَزِن بالضبط 12 وحدة كتل ذرية موحَّدة، 12 u. تتشابه وحدة الكتل الذرية الموحَّدة (u) مع وحدة الكتلة الذرية (amu). ولكن وحدة الكتلة الذرية (amu) تُعرَّف بدلالة الأكسجين-16، ولا تُستخدم بشكل شائع الآن.

الكتلة الذرية للكربون-12 تساوي 12 u بحُكم تسميتها، لكنها تُشير أيضًا إلى عدد البروتونات والنيوترونات معًا. وحدة كتلة ذرية واحدة تساوي كتلة نيوترون واحد أو بروتون واحد تقريبًا. ذرات الكربون-12 بها 6 بروتونات و6 نيوترونات وعددها الكتلي 12، أما ذرات النظير الأثقل، الكربون-13، فبها 6 بروتونات و7 نيوترونات، وعددها الكتلي 13. يُشير العدد المُصاحِب للنظير إلى العدد الكتلي لهذا النظير.

الكتلة الذرية لذرة الكربون-12 هي 12 u. وإذا نظرنا إلى بعض الجداول الدورية، فسنجد أن الكتلة الذرية للكربون مُعطاة بقيمة 12.011 u. هذا العدد هو متوسط جميع الكتل الذرية للذرات في عيِّنة من الكربون. معظم ذرات الكربون عبارة عن ذرات الكربون-12، ولكن تُوجَد كميات صغيرة من ذرات الكربون-13 والكربون-14 تزيد من متوسط الكتلة لتصبح أكبر من 12 u. وبما أن نسبة هذه النظائر المختلفة ثابتة، إذن يمكننا استخدام القيمة 12.011 u بشكل موثوق باعتبارها متوسط كتلة ذرة الكربون عند دراسة عيِّنة من الكربون. في كثير من الأحيان، يكون متوسط الكتلة الذرية مقرَّبًا لقيم صحيحة.

عندما تتحد الذرات لتكوين جزيئات أو مركَّبات، يمكننا حساب متوسط كتلة هذه الجزيئات أو المركبات. نفعل ذلك بجمع الكتل الذرية للذرات المكوِّنة لها. بالنسبة إلى المركبات الجزيئية، نُسمِّي هذه القيمة «الكتلة الجزيئية». بالنسبة إلى وحدة الصيغة لمركب أيوني، نُسمِّي هذه القيمة «كتلة الصيغة».

في بعض الأحيان، نُسمِّي هاتين القيمتين «الكتلة الجزيئية النسبية» أو «كتلة الصيغة النسبية» باستخدام الرمز «» لكن مع وجود اختلاف جوهري. فالقيم النسبية عبارة عن نسب عديمة الوحدات، أما القيم غير النسبية فتستخدم وحدة الكتل الذرية الموحَّدة.

كتلة الصيغة أو الكتلة الجزيئية للمركَّب هي ببساطة مجموع الكتل الذرية للذرات المكوِّنة له. على سبيل المثال، يحتوي جزيء الماء على ذرتَي هيدروجين وذرة أكسجين. وفقًا لجدول دوري يستخدم قيمًا صحيحة، فإن الكتلة الذرية للهيدروجين تساوي 1 u، أما الكتلة الذرية للأكسجين فتساوي 16 u. يمكن حساب الكتلة الجزيئية لجزيء ماء باستخدام المعادلة الآتية:

عندما نجمع كتلة ذرة أكسجين وذرتَي هيدروجين، نحصل على 18 u، وهي الكتلة الجزيئية للماء. لاحِظ أن الجداول الدورية المختلفة تُقرِّب الكتل الذرية إلى منازل عشرية مختلفة. قد ترى الكتلة الذرية للهيدروجين مدرَجة في جدول دوري بقيمة 1.01، أو 1.008، أو 1. قد يؤدِّي التقريب إلى منازل عشرية مختلفة إلى تغيير طفيف في الإجابة النهائية في عملية حسابية ما.

تنطبق عملية حساب كتلة المركب بالطريقة نفسها على المركبات الأيونية، لكننا نستخدم مصطلح «كتلة الصيغة» فقط بدلًا من «الكتلة الجزيئية». على سبيل المثال، لحساب كتلة صيغة كلوريد الصوديوم، علينا أن نعرف أن الكتلة الذرية للصوديوم تساوي 23 u، أما الكتلة الذرية للكلور فتساوي 35.5 u. يمكن حساب كتلة وحدة الصيغة من التي تحتوي على ذرة صوديوم واحدة وذرة كلور واحدة عن طريق جمع هاتين القيمتين معًا:

وبهذا، تصبح 58.5 u هي كتلة صيغة كلوريد الصوديوم.

هيا نلخِّص ما تعلَّمناه في هذا الشارح.