فيديو الدرس: الأيونات العلوم • الصف الأول الإعدادي

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سنتعرف على الأيونات. وسنتعلم كيف نصف الأيونات، ونكتب رموزها. وسنتعلم أيضًا كيف نحدد إذا ما كانت الذرة ستكون أيونًا موجبًا أم سالبًا.

قبل الحديث عن ماهية الأيون، علينا أولًا معرفة أن الأيونات تتكون من ذرات. دعونا نذكر أنفسنا بماهية الذرات. الذرة أصغر وحدة من المادة يتكون منها العنصر، وتحتوي على أنواع مختلفة من الجسيمات دون الذرية. ومن بين الأمثلة على الأنواع المختلفة من الذرات ذرات الأكسجين، وذرات الليثيوم، وذرات الهيدروجين، وذرات الحديد، وذرات الكربون، وهكذا.

تحتوي الذرات على بروتونات موجبة الشحنة ونيوترونات متعادلة الشحنة في النواة. وتوجد الإلكترونات السالبة الشحنة خارج النواة. وهذه الأنواع الثلاثة من الجسيمات التي تكون الذرات تسمى «الجسيمات دون الذرية». في الذرة، يكون عدد البروتونات داخل النواة مساويًا لعدد الإلكترونات خارجها. ومن ثم فإن الذرات ليس لها شحنة كلية. فالذرات متعادلة الشحنة إجمالًا.

يحتوي كل نوع من الذرات، أي ذرات العناصر المختلفة، على عدد مختلف من البروتونات في نواة كل ذرة. على سبيل المثال، تحتوي ذرة الأكسجين على ثمانية بروتونات في نواتها، في حين تحتوي ذرة الليثيوم على ثلاثة بروتونات. ونظرًا لأن الذرات متعادلة الشحنة؛ وحيث إن ذرة الأكسجين تحتوي على ثمانية بروتونات، يمكننا استنتاج أن هناك ثمانية إلكترونات أيضًا خارج النواة. وبالطريقة نفسها، يمكننا القول إنه نظرًا لأن ذرة الليثيوم تحتوي على ثلاثة بروتونات، نستنتج أن عدد إلكتروناتها لا بد أنه ثلاثة إلكترونات. والنتيجة النهائية لذلك هي أن الشحنات الموجبة والشحنات السالبة يلغي بعضها بعضًا، وهو ما يجعل الذرات في حالة تعادل إجمالًا. ولكن يمكن للذرات أن تفقد إلكترونات أو تكتسبها أثناء التفاعلات الكيميائية، وهذا يخل بتوازن الشحنات.

إليك مثالًا على ذلك. كما ذكرنا، فإن ذرة الليثيوم تحتوي على ثلاثة بروتونات وثلاثة إلكترونات. عندما تتفاعل ذرة الليثيوم مع ذرة أخرى، فإنها تميل إلى فقد أحد إلكتروناتها. وينتج عن ذلك جسيم ما زال يحتوي على ثلاثة بروتونات، ولكنه أصبح يحتوي على إلكترونين فقط. وتصبح الشحنة الكلية لجسيم الليثيوم هذا شحنة موجبة. ونطلق على هذا الجسيم أيون الليثيوم. والأيون جسيم يحتوي على عدد غير متساو من البروتونات والإلكترونات. أيون الليثيوم أيون مشحون بشحنة موجبة. وجميع الأيونات المشحونة بشحنة موجبة يكون عدد البروتونات فيها أكبر من عدد الإلكترونات.

دعونا نتناول الآن مثالًا على ذرة يمكنها تكوين أيون مشحون بشحنة سالبة عند تفاعلها. ذكرنا أن ذرة الأكسجين تحتوي على ثمانية بروتونات وثمانية إلكترونات. عند تفاعل ذرة الأكسجين مع ذرة أخرى، فإنها تميل إلى اكتساب إلكترونين. ومن ثم يحتوي أيون الأكسجين، الذي يسمى بأيون الأكسيد، على ثمانية بروتونات و 10 إلكترونات، وهو ما يعطيه شحنة كلية سالبة. جميع الأيونات السالبة يكون عدد الإلكترونات بها أكبر من عدد البروتونات.

بعد أن عرفنا ماهية الأيونات وكيفية تكون الأيونات الموجبة والسالبة، دعونا نتعلم كيف نكتب رموز الأيونات.

يمثل العلماء الأيونات بكتابة الرمز الكيميائي للعنصر مع وضع إشارة الشحنة بجواره في صورة رمز علوي. فمثلًا، رمز أيون الليثيوم هو ‪Li‬‏ واحد موجب لتوضيح أن عدد بروتوناته يزيد على عدد الإلكترونات بمقدار بروتون واحد. لكننا لا نحتاج إلى كتابة العدد واحد. وهذا لأن إشارة موجب في حد ذاتها تعني أن الشحنة هي واحد موجب. يكتب أيون الأكسجين، أو أيون الأكسيد، على الصورة ‪O‬‏ اثنين سالب. وقد ذكرنا أن أيون الأكسيد يتكون عندما تكتسب ذرة الأكسجين إلكترونين. ونظرًا لأن أيون الأكسيد يحتوي على إلكترونين إضافيين، فعلينا الإشارة إلى وجود شحنتين سالبتين إضافيتين عن طريق كتابة العدد اثنين قبل الإشارة السالبة. والآن أصبحنا على دراية بكيفية كتابة رموز الأيونات الموجبة والسالبة.

رأينا في هذين المثالين أن الأيونات الموجبة تتكون عند فقد إلكترون واحد أو أكثر أثناء التفاعل الكيميائي، وأن الأيونات السالبة تتكون عند اكتساب إلكترون واحد أو أكثر أثناء التفاعل الكيميائي. ولعلك لاحظت أن هذا الأيون الموجب أيون فلز. وربما لاحظت أن هذا الأيون السالب أيون لا فلز. وفي الواقع، هذان مجرد مثالين على قاعدة عامة.

بوجه عام، تميل ذرات الفلزات إلى تكوين أيونات فلزية موجبة. وتميل ذرات اللافلزات عادة إلى تكوين أيونات لا فلزية سالبة. وقد تناولنا مثالين على ذلك، وهما ذرتا الليثيوم والأكسجين. دعونا نلق نظرة الآن على بعض ذرات الفلزات واللافلزات الأخرى، ونرى كيف تتكون أيوناتها.

تحتوي ذرة فلز المغنيسيوم على 12 بروتونًا في نواتها، كما تحتوي على 12 إلكترونًا مرتبة في ثلاثة مستويات طاقة. وتحتوي أيضًا على نيوترونات في نواتها، ولكننا لم نشر إليها؛ لأنها لا تؤثر على شحنة الأيون. أثناء التفاعل الكيميائي، تميل ذرة المغنيسيوم إلى فقد الإلكترونين الموجودين في غلافها الإلكتروني الخارجي. ومن ثم يتكون أيون المغنيسيوم ورمزه ‪Mg2+‬‏ الذي يحتوي على 12 بروتونًا في نواته، في حين يحتوي على 10 إلكترونات فقط. وإجمالًا، يكون لهذا الأيون شحنة مقدارها اثنان موجب. وأيون المغنيسيوم هذا مستقر للغاية. إنه، في الواقع، أكثر استقرارًا من ذرة المغنيسيوم؛ لأن له نفس التوزيع الإلكتروني لذرة غاز نبيل. فالتوزيع الإلكتروني اثنان، ثمانية هذا هو التوزيع الإلكتروني نفسه للنيون. بوجه عام، تحتوي ذرات الفلزات على إلكترونات خارجية عددها واحد، أو اثنان، أو ثلاثة، ومن ثم تميل إلى فقدها أثناء التفاعل، وبذلك تحتوي في النهاية على ثمانية إلكترونات خارجية.

إليك مثالًا على ذرة لا فلز تكون أيونًا. هذه المرة، سنتناول ذرة الكلور. تحتوي ذرة الكلور على 17 بروتونًا و 17 إلكترونًا. والتوزيع الإلكتروني لذرة الكلور هو اثنان، ثمانية، سبعة. نعلم أن اللافلزات تميل إلى اكتساب إلكترونات وتكوين أيونات سالبة. ولكن، كم عدد الإلكترونات التي ستكتسبها ذرة الكلور عندما تتفاعل؟ حسنًا، نعلم أن الذرات تميل إلى اكتساب إلكترونات أو فقدها؛ بحيث يكون لها نفس التوزيع الإلكتروني لأقرب غاز نبيل وتصبح مستقرة. ونعلم أن الغازات النبيلة، باستثناء الهيليوم، تحتوي على ثمانية إلكترونات في أغلفتها الخارجية.

يمكننا استنتاج أن ذرة الكلور ستكتسب إلكترونًا واحدًا فقط، ليصل عدد الإلكترونات في غلافها الخارجي إلى ثمانية إلكترونات. التوزيع الإلكتروني اثنان، ثمانية، ثمانية هو نفس التوزيع الإلكتروني للغاز النبيل الأرجون. رمز الأيون الذي يتكون هو ‪Cl−‬‏، وهو يحتوي على 17 بروتونًا و 18 إلكترونًا. تحتوي اللافلزات بوجه عام على خمسة أو ستة أو سبعة إلكترونات في الغلاف الخارجي، ومن ثم تميل إلى اكتساب إلكترونات ليصل عدد الإلكترونات في غلافها الخارجي إلى ثمانية إلكترونات.

والآن، سنمسح بعض المعلومات على الشاشة ونرى إذا ما كان بإمكاننا إيجاد المعلومات الناقصة باستخدام التوزيعات الإلكترونية فقط.

يمكننا بسهولة ملء المعلومات الناقصة عن الذرات والأيونات إذا دققنا النظر في توزيعاتها الإلكترونية. يمكننا البدء بالتعرف على كل ذرة. نعلم أنه في الذرة يكون عدد الإلكترونات نفس عدد البروتونات. ونعلم أن عدد البروتونات، أو العدد الذري، يوضح هوية العنصر.

في المثال بالأعلى، لدينا 12 إلكترونًا، ومن ثم لدينا 12 بروتونًا أيضًا. والعنصر الذي عدده الذري 12 هو المغنيسيوم. لعلنا نلاحظ أن التوزيع الإلكتروني يتغير من اثنين، ثمانية، اثنين في الذرة المتعادلة الشحنة إلى اثنين، ثمانية. ونلاحظ أيضًا أن الذرة فقدت الإلكترونين الخارجيين. وعليه، يمكننا أن نكتب عبارة «تفقد إلكترونين» فوق السهم. نعلم كذلك أن ذرات الفلزات هي الذرات التي تميل إلى فقد الإلكترونات. ومن ثم، يمكننا التأكد من أن هذه الذرة ذرة فلز. وأخيرًا، بما أن الذرة المتعادلة الشحنة فقدت إلكترونين، فلا بد أن تكون أيون مغنيسيوم موجب شحنته اثنان موجب.

والآن دعونا نلق نظرة على المثال بالأسفل. يوجد 17 إلكترونًا في الذرة. إذن لا بد أن يكون بها أيضًا 17 بروتونًا. والعنصر الذي عدده الذري 17 هو الكلور. بما أن التوزيع الإلكتروني يتغير من اثنين، ثمانية، سبعة في الذرة المتعادلة الشحنة إلى اثنين، ثمانية، ثمانية، فإننا نعلم أن الذرة اكتسبت إلكترونًا واحدًا. وشغل هذا الإلكترون الغلاف الخارجي. إذن يمكننا كتابة عبارة «تكتسب إلكترونًا واحدًا» فوق السهم. نعلم أن ذرات اللافلزات هي الذرات التي تميل إلى اكتساب الإلكترونات؛ ومن ثم يمكننا التأكد من أن هذه الذرة تمثل ذرة لا فلز. وأخيرًا: بما أن ذرة الكلور المتعادلة الشحنة اكتسبت إلكترونًا، فلا بد أن تكون أيون كلوريد سالب شحنته واحد سالب.

والآن حان الوقت لكي نتدرب على ما تعلمناه.

ما السلوك المعتاد لعنصر يحتوي على ثلاثة إلكترونات في مستوى طاقته الخارجي في تفاعل ما؟

يدور هذا السؤال حول عنصر يحتوي على ثلاثة إلكترونات في مستوى الطاقة الخارجي. وعلينا أن نصف سلوك هذا العنصر أثناء التفاعل الكيميائي. لنبدأ برسم مخطط لتوضيح مواضع الإلكترونات أو التوزيع الإلكتروني لذرة هذا العنصر. نعلم أن الذرات تحتوي على نواة بها بروتونات ونيوترونات. في هذه الحالة، لا نعلم عدد الجسيمات دون الذرية الموجودة في النواة، أو عدد الإلكترونات التي تحتوي عليها ذرة هذا العنصر، أو عدد الأغلفة الإلكترونية الممتلئة. لذا لتبسيط الأمور، سنرسم ثلاثة مستويات طاقة فقط.

نعلم أن الذرة تحتوي على عدد متساو من البروتونات والإلكترونات، وهو ما يجعلها متعادلة الشحنة. ونعلم أن هناك ثلاثة إلكترونات في غلافها الخارجي. ونعلم أيضًا أن جميع الأغلفة الداخلية ممتلئة. التوزيع الإلكتروني الكامل لهذه الذرة موضح هنا. لكن تذكر أننا إذا أضفنا المزيد من الأغلفة الداخلية الأخرى، فسيكون هناك توزيعات إلكترونية ممكنة أخرى. لكننا في هذه الحالة لا نعلم عدد الأغلفة الداخلية الموجودة في هذه الذرة، كما ذكرنا سابقًا. لقد اخترنا وجود غلافين داخليين فقط.

حسنًا، تحتوي ذرات الفلزات على إلكترون واحد، أو إلكترونين، أو ثلاثة إلكترونات في غلافها الخارجي، في حين تحتوي ذرات اللافلزات على خمسة، أو ستة، أو سبعة إلكترونات في غلافها الخارجي. الذرات التي تحتوي على أقل من ثمانية إلكترونات في غلافها الخارجي تكون غير مستقرة. لكن الهيليوم مستقر على الرغم من أنه يحتوي على أقل من ثمانية إلكترونات؛ وذلك لأن غلافه الخارجي ممتلئ بإلكترونين. وعليه، يمكننا استنتاج أن العنصر المعني لا بد أن يكون فلزًّا؛ وذلك لأن السؤال أخبرنا أنه يحتوي على ثلاثة إلكترونات خارجية. بوجه عام، تميل الذرات إلى فقد إلكترونات أو اكتسابها خلال التفاعلات الكيميائية ليصل عدد الإلكترونات في غلافها الخارجي إلى ثمانية إلكترونات، باستثناء ذرات الغازات النبيلة التي تميل إلى أن تكون غير نشطة. فعندما يكون هناك ثمانية إلكترونات في الغلاف الخارجي للذرة، فإنها تكون مستقرة مثل ذرات الغازات النبيلة.

في هذا السؤال، لدينا ذرة فلز. تميل ذرات الفلزات إلى فقد جميع إلكتروناتها الخارجية في التفاعلات الكيميائية، لكي تصل إلى التوزيع الإلكتروني لأقرب غاز نبيل. ويكون سلوك ذرات اللافلزات عكس ذلك؛ فهي تكتسب إلكترونات. إذن نعلم أن ذرة الفلز هذه ستفقد إلكترونات خارجية. ولكن، كم عدد الإلكترونات التي ستفقدها ذرة واحدة من هذا العنصر؟ أشرنا من قبل إلى أنها ستفقد جميع إلكتروناتها الخارجية. إذن ستفقد هذه الذرة إلكتروناتها الخارجية الثلاثة.

والآن، لم يعد عدد البروتونات مساويًا لعدد الإلكترونات، بل زاد عنه بمقدار ثلاثة بروتونات. ولذا سيتكون جسيم مشحون بشحنة موجبة، شحنته ثلاثة موجب. نطلق على هذا الجسيم اسم أيون. الأيون جسيم يحتوي على عدد غير متساو من البروتونات والإلكترونات. إذن، ما السلوك المعتاد لعنصر يحتوي على ثلاثة إلكترونات في مستوى طاقته الخارجي؟ الإجابة: يفقد ثلاثة من إلكتروناته ويتحول إلى أيون موجب.

حسنًا، دعونا نراجع النقاط الأساسية في هذا الفيديو. عرفنا أن الأيون جسيم يحتوي على عدد غير متساو من البروتونات والإلكترونات. والأيونات المشحونة بشحنة موجبة تحتوي على عدد بروتونات أكبر من عدد الإلكترونات. والأيونات المشحونة بشحنة سالبة تحتوي على عدد بروتونات أقل من عدد الإلكترونات. تميل ذرات الفلزات إلى فقد إلكتروناتها الخارجية في التفاعلات الكيميائية وتكوين أيونات موجبة. وتميل ذرات اللافلزات إلى اكتساب إلكترونات أثناء التفاعلات الكيميائية وتكوين أيونات سالبة.