نسخة الفيديو النصية
في هذا الفيديو، سوف نتعرف على الأعداد الذرية والأعداد الكتلية، ونرى كيف تنطبق على العناصر والنظائر والذرات والأيونات.
منذ اكتشاف وجود الذرة، كان من المهم معرفة مم تتكون. الآن نعلم أن كل ذرة أو أيون بسيط له نواة. وداخل هذه النواة توجد البروتونات موجبة الشحنة والنيوترونات متعادلة الشحنة. تعرف البروتونات والنيوترونات معًا بالنيوكليونات لأنها جسيمات توجد عادة داخل النواة.
وحول النواة، نجد إلكترونات في السحابة الإلكترونية. البروتونات والنيوترونات لهما نفس الكتلة تقريبًا. أما الإلكترونات، فكتلتها أقل بكثير. لذلك تشكل النواة معظم كتلة الذرة أو الأيون البسيط. وهذا يطرح سؤالًا. ما أفضل طريقة لوصف النوى ومقارنة بعضها ببعض؟
إذا عددت البروتونات داخل أي نواة، فستحصل على العدد الذري لتلك النواة. على سبيل المثال، تحتوي نواة الكربون على واحد، اثنين، ثلاثة، أربعة، خمسة، ستة بروتونات. إذن، العدد الذري لهذه النواة وجميع نوى الكربون هو ستة. لكن العدد الذري قد يختلف معناه بعض الشيء تبعًا لما نشير إليه. في أبسط الحالات، العدد الذري للنواة هو عدد البروتونات في هذه النواة. يمكن التعبير عن هذا بالعبارة التالية. العدد الذري لنواة الكربون هو ستة.
لكن ماذا لو كنا لا ننظر مباشرة إلى النواة؟ وإنما ننظر إلى ذرة أو أيون بدلًا من ذلك. إذا كنا نتحدث عن العدد الذري لذرة أو أيون بسيط، فإن العدد الذري هو عدد البروتونات في نواة هذه الذرة أو هذا الأيون. ومن ثم بالنسبة لذرة كربون، سنقول إن العدد الذري لذرة الكربون هو ستة.
وأخيرًا، كيف نصف العدد الذري عندما نتعامل مع نظير أو عنصر؟ العدد الذري لعنصر أو نظير هو ببساطة عدد البروتونات في نواة أي ذرة أو أيون لهذا العنصر أو النظير. وهكذا يمكنك القول إن العدد الذري لعنصر الكربون هو ستة. ينفرد كل عنصر بعدد ذري معين. فبصورة ما، يطابق ذكر العدد الذري لعنصر ما ذكر اسم هذا العنصر.
إذن، من الناحية العملية، إذا كنت تعرف العنصر، فإنك بالتالي تعرف العدد الذري لأنه يمكنك البحث عنه في الجدول الدوري. ومن ثم تعلم عدد البروتونات في النوى. مثال على ذلك أن تعلم أنك تتعامل مع عنصر الكربون أو أن العدد الذري هو ستة أو أنه توجد ستة بروتونات في النوى. في أي من هذه الحالات، يمكنك معرفة الأجزاء الأخرى من الدائرة.
تعرفنا حتى الآن على نوى مختلفة بناء على عدد البروتونات التي تحتوي عليها. لكنها تحتوي أيضًا على نيوترونات. كيف نضع ذلك في الحسبان؟ في كل النوى تقريبًا، تعد البروتونات جزءًا واحدًا وحسب. فتشكل النيوترونات حوالي نصف كتلة ذرة الكربون. وتعادل كتلة ذرة الكربون تقريبًا كتلة ستة بروتونات زائد كتلة ستة نيوترونات. وكتلة الإلكترونات ليست كبيرة بما يكفي بحيث نضعها في الحسبان في الوقت الحالي.
إذا جمعت عدد البروتونات وعدد النيوترونات في النواة، فستحصل على ما يعرف بالعدد الكتلي. هذه الذرة المحددة لها ستة بروتونات وستة نيوترونات، إذن عددها الكتلي 12. يوجد شيء محير قليلًا بشأن العدد الكتلي. فهو ليس كتلة. وإنما مجرد عدد، مثل عدد القطط أو الكلاب في منزلك. هذا يطرح السؤال التالي: ما سبب تسميته بالعدد الكتلي؟
يسمى العدد الكتلي بهذا الاسم لأنه يشبه كثيرًا الكتلة الذرية النسبية لهذه الذرة أو الأيون. ويكون ذلك عادة جيدًا بما يكفي لإجراء حساب تقريبي. يتفرد هذا النوع من ذرة الكربون بأن عدده الكتلي مطابق لكتلته الذرية النسبية. ومتوسط الكتلة الذرية لهذا النوع من ذرة الكربون هو 12 وحدة كتلة ذرية.
لكن دعونا نر ما يحدث عندما يكون لدينا نيوترون آخر في ذرة الكربون. أول شيء نلاحظه على الميزان هو زيادة كتلة الذرة بنحو وحدة كتلة ذرية واحدة. هذا يعادل تقريبًا كتلة ستة بروتونات زائد كتلة سبعة نيوترونات. لكن لا يزال لدينا ذرة كربون لأن هناك ستة بروتونات. لكن لدينا عددًا كتليًا مختلفًا هذه المرة. ستة زائد سبعة يساوي 13.
إذن، الكتلة الذرية النسبية لهذه الذرة تحديدًا تساوي 13 تقريبًا، ومتوسط الكتلة الذرية يساوي حوالي 13 وحدة كتلة ذرية. هذه المشتقات المختلفة للكربون هي ما نسميه نظائر الكربون. ولهذا السبب يكون العدد الذري مفيدًا. فهو يسمح لنا بالتمييز بين نظائر نفس العنصر. نستخدم العدد الكتلي للتعبير عن النظير لأنه عدد تقريبي ملائم يعرف النظير بطريقة فريدة.
الآن، دعونا نلق نظرة على تعريف العدد الكتلي على جميع المستويات. العدد الكتلي للنواة هو ببساطة عدد البروتونات زائد عدد النيوترونات في هذه النواة. على سبيل المثال، نواة الكربون-12 عددها الكتلي 12. ماذا إذن عن الذرات والأيونات البسيطة؟
العدد الكتلي للذرة أو الأيون هو عدد البروتونات زائد عدد النيوترونات في نواة هذه الذرة أو الأيون. على سبيل المثال، ذرة الكربون-12 عددها الكتلي 12. وأخيرًا، علينا التفكير في العدد الكتلي الخاص بالنظائر والعناصر. العدد الكتلي للنظير هو عدد البروتونات والنيوترونات الموجودة في كل نواة من نوى ذرات أو أيونات ذلك النظير. على سبيل المثال، الكربون-12، وهو نظير الكربون، عدده الكتلي 12.
عليك توخي الحذر عند استخدام مصطلح «العدد الكتلي» مع «عنصر» لأن الأعداد الكتلية تنطبق على نظائر العنصر وليس بالضرورة على العنصر نفسه. قد يكون للعناصر أكثر من نظير؛ ولذلك لا يوجد عدد كتلي مميز لتلك العناصر.
الآن، دعونا نلق نظرة على أهم مكان سنجد فيه العدد الذري، وهو الجدول الدوري. يمكن استخدام الجدول الدوري لإيجاد العدد الذري لأي عنصر. ويمكن أيضًا استخدامه لتخمين العدد الكتلي لأكثر النظائر شيوعًا.
يمكننا اختيار الكربون من الجدول الدوري. داخل خلية الكربون، يمكنك رؤية عددين. العدد الأصغر منهما هو العدد الذري. والعدد الأكبر هو متوسط العدد الكتلي دون وحدات الكتلة الذرية. يحسب متوسط الكتلة الذرية بناء على وفرة النظائر على الأرض. ومن قبيل المصادفة أن معظم الكربون الموجود على سطح الأرض هو كربون-12. لذلك فإن متوسط الكتلة الذرية للكربون يقارب بشدة كتلة النظير الأكثر توفرًا.
في الواقع، كان من الممكن أن نعمل في الاتجاه المعاكس بأن ننظر إلى متوسط الكتلة الذرية ثم نتوقع أن النظير الأكثر شيوعًا للكربون هو الكربون-12. غير أن هذا لا ينطبق على جميع العناصر. على سبيل المثال، البروم هو عنصر يمكن إيجاده في المجموعة 17 من الجدول الدوري. ويبلغ متوسط كتلته الذرية 79.904 وحدة كتلة ذرية. قد تعتقد إذن أن النظير الأكثر توفرًا للبروم على الأرض هو البروم-80، الذي تحتوي نواته على 35 بروتونًا و45 نيوترونًا.
في الحقيقة، يتكون حوالي 50 بالمائة من نوى البروم على الأرض من البروم-79 ونحو 50 بالمائة من البروم-81. ومن قبيل المصادفة أن متوسط الكتلة الذرية يبلغ حوالي 80 وحدة كتلة ذرية. لذلك، ضع في اعتبارك أن إيجاد النظير الأكثر شيوعًا باستخدام متوسط الكتلة الذرية لا ينجح دائمًا.
النقطة الأخيرة التي سنتناولها هنا هي كيفية تمثيل الذرات، والأيونات، والنظائر، والعناصر باستخدام ترميز النيوكليد. في ترميز النيوكليد، نبدأ برمز العنصر. ونضع العدد الكتلي، إن وجد، أعلى اليسار. ويمكنك وضع العدد الذري أسفل اليسار إن أردت.
لنتخيل أننا بدأنا بعنصر ما. في هذا المثال، العنصر هو الكربون. نبحث عن الكربون في الجدول الدوري. ونلاحظ أن رمز العنصر الموجود هو C. وبذلك نبدأ ترميز النيوكليد للعنصر. يمكنك وضع العدد الذري للعنصر، وهو ستة، في أسفل اليسار إن أردت. ومع ذلك، هذا ليس ضروريًا لأنه يمكنك استخدام الحرف C للبحث عن العدد الذري في الجدول الدوري. ولكن ماذا إذا كان لديك نظير معين؟
لنتخيل أن لدينا الكربون-12. يمكننا البحث عن عنصر الكربون في الجدول الدوري ونحصل على الرمز والعدد الذري لهذا النظير. ويمكننا بعد ذلك أخذ العدد الكتلي لهذا النظير ووضعه أعلى اليسار لنميزه. إذا أردت أن تحصل على رمز ذرة العنصر، يمكنك استخدام رمز العنصر بمفرده أو رمز العنصر مع العدد الذري.
إذا أردت أن تجعل الأمور واضحة تمامًا، يمكنك إضافة العدد واحد قبل الرمز؛ ما يعني ذرة كربون واحدة. ويمكنك فعل الأمر نفسه مع ذرة نظير معين، مع العدد الذري أو بدونه. بالنسبة للأيون المكافئ، كل ما يمكنك فعله هو إضافة الشحنة في المكان المعتاد، وهو أعلى اليمين.
بعد كل هذا الشرح، حان وقت التدريب على بعض الأسئلة.
العدد الذري للنيون هو 10. ما عدد البروتونات الموجودة في ذرة النيون؟
النيون هو اسم عنصر يوجد في الجدول الدوري للعناصر. وهو يوجد في المجموعة 18، التي تعرف أيضًا بالمجموعة ثمانية، والدورة الثانية. الذرة هي نواة محاطة بسحابة إلكترونية. داخل النواة نجد بروتونات ونيوترونات. إذن، عندما يطلب منا السؤال معرفة عدد البروتونات الموجودة في ذرة النيون، فإننا نبحث داخل النواة.
يخبرنا السؤال أيضًا أن العدد الذري لعنصر النيون هو 10. ويمكننا أن نرى ذلك في خليته في الجدول الدوري. العدد الآخر في خلية الجدول، 20.180، هو الكتلة الذرية للنيون. لا نحتاج ذلك في هذا السؤال. العدد الذري للعنصر هو عدد البروتونات التي نجدها في كل ذرة أو أيون بسيط لهذا العنصر. إذن، تحتوي جميع ذرات النيون وأيوناته على 10 بروتونات في نواتها. ويمكننا عكس ذلك بأن نقول إن جميع الذرات أو الأيونات التي تحتوي على 10 بروتونات في نواتها هي نيون. ومن ثم، يمكننا القول بثقة إن عدد البروتونات في ذرة النيون هو 10.
يتناول السؤال التالي استخدام العدد الكتلي والعدد الذري.
العدد الكتلي لذرة الكالسيوم هو 42 والعدد الذري هو 20. ما عدد النيوترونات الموجودة في نواتها؟
تتكون الذرة من نواة محاطة بسحابة إلكترونية. داخل النواة نجد بروتونات ونيوترونات. وتشغل الإلكترونات السحابة الإلكترونية. لا نحتاج إلى هذه المعلومة في هذا السؤال، لكن من المهم تذكر أن الذرات متعادلة الشحنة. هذا يعني أن لها العدد نفسه من البروتونات الموجبة والإلكترونات السالبة. السؤال الثاني الذي نحتاج إلى طرحه على أنفسنا هو: ما المقصود بذرة الكالسيوم؟
الكالسيوم هو اسم عنصر. ويمكننا إيجاد معلومات عن الكالسيوم في الجدول الدوري للعناصر. أول شيء قد تلاحظه هو أن العدد الموجود في خلية الكالسيوم في الجدول الدوري هو نفسه العدد الذري لذرة الكالسيوم. والعدد الذري ببساطة هو عدد البروتونات في ذرة أو أيون عنصر محدد. أول شيء نلاحظه هو أن لدينا 20 بروتونًا في ذرة الكالسيوم. ولدينا أيضًا 20 إلكترونًا، لكن هذا لا يشكل فارقًا في هذا السؤال.
المعلومة الأخرى في هذا السؤال هي أن هذه الذرة عددها الكتلي 42. العدد الكتلي هو عدد البروتونات والنيوترونات في الذرة أو الأيون. هذا يخبرنا أنه إذا أخذنا 20 وأضفنا عدد النيوترونات، فسنحصل على 42. يعدنا كل هذا للإجابة عن السؤال. وهو ما عدد النيوترونات الموجودة في نواة ذرة الكالسيوم؟ يجب أن يساوي عدد النيوترونات 42 ناقص عدد البروتونات وهو 20. وبذلك يكون عدد النيوترونات في ذرة الكالسيوم التي يبلغ عددها الذري 42 هو 22.
فيما يلي النقاط الرئيسية التي تناولناها: العدد الذري هو عدد البروتونات في نواة ذرة أو أيون أي عنصر. والعدد الكتلي هو عدد البروتونات والنيوترونات في نواة ذرة أو أيون نظير أي عنصر. تحدد العناصر بالعدد الذري، وتحدد النظائر بالعدد الذري والعدد الكتلي.
مصر
المملكة العربية السعودية
