في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نُعرِّف ونحسب الأعداد الذرية والأعداد الكتلية لذرات مختلفة.
تتكوَّن الذرات من بروتونات ونيوترونات وإلكترونات. تُوجَد البروتونات والنيوترونات، التي يُشار إليها معًا بالنيوكليونات، في نواة الذرة، وتُوجَد الإلكترونات في السحابة الإلكترونية حول النواة.
تعريف: النيوكليونات
هو مصطلح يُشير إلى البروتونات والنيوترونات معًا.
يمثِّل المخطَّط الآتي ذرة البورون التي تحتوي على خمسة بروتونات، وستة نيوترونات، وخمسة إلكترونات.
في حين يمكن لمخطَّط الذرة أن يوضِّح بسهولة عدد كل جسيم دون ذري وموقعه العام، تُوجَد طرق أخرى لتمثيل هذه المعلومات. ويُعَد ترميز النيوكليد أو ترميز AZE () من هذه الطرق. والصورة العامة لترميز النيوكليد موضَّحة في الآتي:
في ترميز النيوكليد، يمثِّل الرمز الكيميائي للعنصر كما يظهر في الجدول الدوري. على سبيل المثال، هو الرمز الكيميائي للكالسيوم، و هو الرمز الكيميائي للفضة.
ويمثِّل العدد الذري في ترميز النيوكليد. ويمكن استخدام العدد الذري لتمييز عنصر عن آخر؛ فإن لكل عنصر عدده الذري الذي يتفرَّد به. وعادةً ما تُكتب هذه القيمة أعلى رمز العنصر في الجدول الدوري.
ويُشير العدد الذري أيضًا إلى عدد البروتونات في نوى جميع ذرات العنصر وأيوناته ونظائره. على سبيل المثال، تحتوي جميع ذرات المغنيسيوم على 12 بروتونًا في نُويَّاتها، وجميع أيونات عنصر النحاس تحتوي على 29 بروتونًا في نُويَّاتها، وجميع نظائر عنصر البروم تحتوي على 35 بروتونًا في نُويَّاتها.
ويمثِّل في ترميز النيوكليد العدد الكتلي: وهو عدد النيوكليونات الكلي في نواة الذرة أو الأيون أو النظير.
معادلة حساب العدد الكتلي للذرة
يمكن استخدام الصيغة الآتية لحساب العدد الكتلي للذرة:
العدد الكتلي ليس فريدًا للعنصر. هذا يعني أن ذرات عنصر معيَّن ونظائره وأيوناته قد تكون لها أعداد كتلية مختلفة. ومن المهم أيضًا أن نعرف أن الكتلة، كما هو مذكور في الجدول الدوري، هي الكتلة الذرية النسبية.
والكتلة الذرية النسبية هي المتوسط المرجح لكتل جميع نظائر العنصر. وعلى الرغم من أن الكتلة الذرية النسبية والعدد الكتلي متقاربان من حيث القيمة، فإنه لا يمكن أن يحل أحدهما محل الآخر.
مثال ١: التحويل من العدد الكتلي والعدد الذري إلى عدد النيوترونات
العدد الكتلي لذرة الكالسيوم هو 42 والعدد الذري هو 20. ما عدد النيوترونات الموجودة في نواتها؟
الحل
يمثِّل العدد الذري عدد البروتونات في نوى جميع ذرات العنصر ونظائره وأيوناته. وبناءً عليه، فإن ذرة الكالسيوم التي عددها الذري 20 تحتوي على 20 بروتونًا في نواتها.
والعدد الكتلي هو عدد النيوكليونات الكلي في نواة الذرة أو النظير أو الأيون. ويُشير المصطلح نيوكليونات إلى البروتونات والنيوترونات معًا. ويمكن استخدام المعادلة الآتية لحساب العدد الكتلي:
وقد توصَّلنا بالفعل إلى أن ذرة الكالسيوم تحتوي على 20 بروتونًا. ويمكننا التعويض بعدد البروتونات والعدد الكتلي المُعطيين في السؤال في معادلة العدد الكتلي وإيجاد عدد النيوترونات:
إذن تحتوي ذرة الكالسيوم على 22 نيوترونًا في نواتها.
من خلال فهمنا للعدد الذري والعدد الكتلي، يمكننا تمثيل ذرة البورون التي تحتوي على خمسة بروتونات وستة نيوترونات وخمسة إلكترونات باستخدام ترميز النيوكليد الآتي:
مثال ٢: استنتاج عدد البروتونات والنيوترونات والعدد الكتلي باستخدام ترميز النيوكليد
رمز النيوكليد للنظير الأكسجين-18 هو .
- ما عدد البروتونات في ذرات الأكسجين-18؟
- ما عدد النيوترونات في ذرات الأكسجين-18؟
- ما العدد الكتلي للأكسجين-18؟
الحل
الجزء 1
في ترميز النيوكليد، يُشير العدد الموجود أسفل اليسار إلى العدد الذري. ويمثِّل العدد الذري عدد البروتونات في نواة ذرة العنصر أو نظيره أو أيونه. وبذلك، فإن جميع ذرات الأكسجين-18 تحتوي على ثمانية بروتونات.
الجزء 2
في ترميز النيوكليد، يُشير العدد الموجود أعلى اليسار إلى العدد الكتلي. والعدد الكتلي هو عدد النيوكليونات الكلي في نواة الذرة أو النظير أو الأيون. يُشير المصطلح نيوكليونات إلى البروتونات والنيوترونات معًا. ويمكن استخدام المعادلة الآتية لحساب العدد الكتلي:
وقد توصَّلنا بالفعل إلى أن ذرة الأكسجين-18 تحتوي على ثمانية بروتونات. ويمكننا التعويض بعدد البروتونات والعدد الكتلي في معادلة العدد الكتلي وإيجاد عدد النيوترونات:
تحتوي جميع ذرات الأكسجين-18 على 10 نيوترونات.
الجزء 3
في ترميز النيوكليد، يُشير العدد الموجود أعلى اليسار إلى العدد الكتلي. والعدد الكتلي هو عدد النيوكليونات الكلي في نواة الذرة أو النظير أو الأيون. إذن العدد الكتلي للأكسجين-18 هو 18.
يمكن أن يُبسَّط ترميز النيوكليد عادةً عن طريق إزالة العدد الذري؛ فهذه القيمة يمكن تحديدها بسهولة باستخدام الجدول الدوري. وهكذا، فترميز النيوكليد المبسَّط لذرة البورون التي تحتوي على خمسة بروتونات وستة نيوترونات وخمسة إلكترونات هو:
يمكننا أيضًا التعبير عن ذرة البورون بكتابة الاسم الكيميائي متبوعًا بشرطة ثم العدد الكتلي. على سبيل المثال، يمكننا كتابة ذرة البورون على الصورة بورون-11.
مثال ٣: حساب العدد الذري باستخدام مقدار جبري بدلالة العدد الكتلي واستنتاج عدد النيوترونات
العدد الذري للهليوم-4 يساوي نصف عدده الكتلي. ما عدد النيوترونات الموجودة في ذرة الهليوم-4؟
الحل
يمثِّل العدد 4 في ترميز الهليوم-4 العدد الكتلي لذرة الهليوم هذه. وإذا كان العدد الذري للهليوم-4 يساوي نصف العدد الكتلي، فإن العدد الذري للهليوم يساوي اثنين.
ويمثِّل العدد الذري عدد البروتونات في نوى جميع ذرات العنصر ونظائره وأيوناته. من ثَمَّ، فإن ذرة الهليوم، التي عددها الذري اثنان، تحتوي على بروتونين في نواتها.
ولكي نُحدِّد عدد النيوترونات، علينا معرفة أن العدد الكتلي هو عدد النيوكليونات الكلي في نواة الذرة أو النظير أو الأيون. ويُشير المصطلح نيوكليونات إلى البروتونات والنيوترونات معًا. ويمكن استخدام المعادلة الآتية لحساب العدد الكتلي:
ويمكننا التعويض بعدد البروتونات والعدد الكتلي في معادلة العدد الكتلي لإيجاد عدد النيوترونات:
تحتوي ذرة الهليوم -4 على نيوترونَيْن في نواتها.
إن ترميز النيوكليد يوفِّر معلومات عن عدد البروتونات والنيوترونات في نواة الذرة أو النظير أو الأيون. وقد يتيح لنا ترميز النيوكليد أيضًا تحديد عدد الإلكترونات في الذرة. وبما أن الذرات متعادلة الشحنة، إذن عدد البروتونات الموجبة الشحنة لا بد أن يساوي عدد الإلكترونات السالبة الشحنة.
مثال ٤: استنتاج عدد الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات من العدد الذري والعدد الكتلي
العدد الذري لذرة الكربون هو 6 والعدد الكتلي هو 12.
- ما عدد البروتونات الموجودة في ذرة كربون؟
- ما عدد النيوترونات الموجودة في ذرة كربون؟
- ما عدد الإلكترونات الموجودة في ذرة كربون؟
الحل
الجزء 1
يمثِّل العدد الذري، الذي عادةً ما يُكتب في الجدول الدوري فوق الرمز الكيميائي لكل عنصر، عدد البروتونات في نواة ذرة العنصر أو نظيرها أو أيونها. وبناءً عليه، فإن ذرة الكربون التي عددها الذري ستة تحتوي على ستة بروتونات.
الجزء 2
العدد الكتلي هو عدد النيوكليونات الكلي الموجودة في نواة الذرة أو النظير أو الأيون. ويُشير المصطلح نيوكليونات إلى البروتونات والنيوترونات معًا. ويمكن استخدام المعادلة الآتية لحساب العدد الكتلي:
وقد توصَّلنا بالفعل إلى أن ذرة الكربون تحتوي على ستة بروتونات. ويمكننا التعويض بعدد البروتونات والعدد الكتلي في معادلة العدد الكتلي لإيجاد عدد النيوترونات:
إذن تحتوي ذرة الكربون هذه على ستة نيوترونات.
الجزء 3
تكون ذرة أي عنصر متعادلة الشحنة. ولكي تكون متعادلة الشحنة، يجب أن يكون عدد البروتونات الموجبة الشحنة مساويًا لعدد الإلكترونات السالبة الشحنة. تحتوي ذرة الكربون على ستة بروتونات. من ثَمَّ، يجب أن تحتوي على ستة إلكترونات لتكون متعادلة الشحنة.
وفي الأيون، يختلف عدد البروتونات عن عدد الإلكترونات. وهذا ما يجعل للأيون شحنة كلية لا تساوي صفرًا. يمكن حساب شحنة الأيون بطرح عدد الإلكترونات من عدد البروتونات.
معادلة حساب شحنة الأيون
يمكن استخدام الصيغة الآتية لحساب شحنة الأيون:
عند كتابة الشحنة، يجب كتابة القيمة العددية أولًا ثم الإشارة. على سبيل المثال، تُكتَب الشحنة موجب اثنين على الصورة 2.
ويمكننا تمثيل شحنة الأيون بكتابة الشحنة في صورة قيمة علوية تتبع رمز العنصر.
فعلى سبيل المثال، يحتوي أيون الصوديوم على 12 نيوترونًا و10 إلكترونات. وبالنظر إلى الجدول الدوري، نلاحظ أن العدد الذري لعنصر الصوديوم هو 11. وهذا يعني أن أيون الصوديوم هذا يحتوي على 11 بروتونًا. ويمكن كتابة ترميز النيوكليد لأيون الصوديوم هذا كالآتي:
مثال ٥: تحديد عدد البروتونات والنيوترونات والإلكترونات الموجودة في أيون باستخدام ترميز النيوكليد
ترميز النيوكليد لأيون النحاس هو.
- ما عدد البروتونات الموجودة في أيون النحاس؟
- ما عدد النيوترونات الموجودة في أيون النحاس؟
- ما عدد الإلكترونات الموجودة في أيون النحاس؟
الحل
الجزء 1
في ترميز النيوكليد، يُشير العدد الموجود أسفل اليسار إلى العدد الذري. ويمثِّل العدد الذري عدد البروتونات في نواة ذرة العنصر أو نظيره أو أيونه. من ثَمَّ، بما أن العدد الذري 29، إذن أيون النحاس يحتوي على 29 بروتونًا.
الجزء 2
في ترميز النيوكليد، يُشير العدد الموجود أعلى اليسار إلى العدد الكتلي. والعدد الكتلي هو عدد النيوكليونات الكلي في نواة الذرة أو النظير أو الأيون. ويُشير المصطلح نيوكليونات إلى البروتونات والنيوترونات معًا. ويمكن استخدام المعادلة الآتية لحساب العدد الكتلي:
وقد توصَّلنا بالفعل إلى أن أيون النحاس يحتوي على 29 بروتونًا. ويمكننا التعويض بعدد البروتونات والعدد الكتلي في معادلة العدد الكتلي لإيجاد عدد النيوترونات:
إذن يحتوي أيون النحاس على 36 نيوترونًا.
الجزء 3
يمثِّل ما يُكتب أعلى اليمين شحنة الأيون. ويمكن حساب شحنة الأيون باستخدام المعادلة الآتية:
ويمكننا التعويض بشحنة البروتونات وعددها في المعادلة لإيجاد عدد الإلكترونات:
إذن يحتوي أيون النحاس هذا على 27 إلكترونًا.
النقاط الرئيسية
- يمكن استخدام ترميز النيوكليد، ، لتمثيل العدد الذري والعدد الكتلي للذرة أو النظير أو الأيون.
- يمثِّل الرمز العدد الكتلي: وهو عدد النيوكليونات الكلي.
- يمثِّل الرمز العدد الذري: وهو عدد البروتونات في النواة.
- في الذرة، يُشير العدد الذري أيضًا إلى عدد الإلكترونات في السحابة الإلكترونية.
- يمكن حساب شحنة الأيون بطرح عدد الإلكترونات من عدد البروتونات.
