فيديو السؤال: تحديد عدد البروتونات والنيوترونات في نظير ذرة الكيمياء

نسخة الفيديو النصية

ذرة بها ثلاثة بروتونات وخمسة نيوترونات في نواتها. أي الاختيارات الآتية يعد نظيرًا لهذه الذرة؟ (أ) ذرة بها خمسة بروتونات وثلاثة نيوترونات في نواتها. (ب) ذرة بها أربعة بروتونات وأربعة نيوترونات في نواتها. (ج) ذرة بها ثلاثة بروتونات وخمسة نيوترونات في نواتها. (د) ذرة بها ثلاثة بروتونات وأربعة نيوترونات في نواتها. أو (هـ) ذرة لا يوجد بها بروتونات لكن بها خمسة نيوترونات في نواتها.

يطلب منا هذا السؤال أن نفكر في ذرة تحتوي على ثلاثة بروتونات وخمسة نيوترونات في نواتها. النواة هي مركز الذرة؛ حيث توجد البروتونات والنيوترونات. البروتونات هي الجسيمات الموجبة الشحنة التي تحدد عنصر الذرة. فعلى سبيل المثال، هذه الذرة تحتوي على ثلاثة بروتونات، ما يعني أنها ذرة ليثيوم، وهو العنصر الثالث في الجدول الدوري. أما النيوترونات فهي الجسيمات المتعادلة الشحنة التي تسهم في استقرار الذرة. وعلى العكس من البروتونات، لا يتسبب تغيير عدد النيوترونات في تغيير العنصر.

يطلب منا السؤال إيجاد نظير لهذه الذرة. يعرف النظير بأنه نسخة من العنصر تحتوي على العدد نفسه من البروتونات، وعدد مختلف من النيوترونات. الذرة المذكورة في السؤال هي الليثيوم وبها ثلاثة بروتونات. تحتوي جميع ذرات الليثيوم على ثلاثة بروتونات. ومع ذلك، تحتوي النسخ، أو النظائر، المختلفة لعنصر الليثيوم على أعداد مختلفة من النيوترونات. إذن، لإيجاد الإجابة التي تعد نظيرًا لهذه الذرة، علينا إيجاد الإجابة التي تحتوي على عدد البروتونات نفسه، أي ثلاثة، وتحتوي على عدد مختلف من النيوترونات. بالنظر إلى عدد البروتونات في الخيارات المختلفة، يمكننا استبعاد الخيارات (أ) و(ب) و(هـ). فإذا أردنا إيجاد نظير لهذه الذرة، لا بد أن يحتوي على عدد البروتونات نفسه. وإلا فلن تعتبر ذرة ليثيوم.

إذا قارنا بين عدد النيوترونات في الإجابتين المتبقيتين، يمكننا ملاحظة أن الخيار (ج) يحتوي على العدد نفسه من النيوترونات، أي خمسة، ويحتوي الخيار (د) على عدد مختلف من النيوترونات، وهو أربعة. وبما أن النظير هو نسخة من عنصر تحتوي على العدد نفسه من البروتونات، وعدد مختلف من النيوترونات، فنحن نريد العدد المختلف من النيوترونات الموجود في الخيار (د)، وهو الإجابة الصحيحة، ذرة بها ثلاثة بروتونات وأربعة نيوترونات في نواتها. وعلى الرغم من أن الخيار (ج) يمثل أيضًا ذرة ليثيوم؛ لأنه يحتوي على العدد نفسه من النيوترونات، إلا أنه ليس نظيرًا للذرة. فهو نوع الذرة نفسه المذكور في السؤال.

تسمى نظائر العنصر بأعدادها الكتلية. والعدد الكتلي هو مجموع عدد البروتونات وعدد النيوترونات معًا؛ حيث يزن كل بروتون وكل نيوترون وحدة كتلة ذرية موحدة. إذن، الذرة المذكورة في السؤال، والتي تحتوي على ثلاثة بروتونات وخمسة نيوترونات، عددها الكتلي هو ثمانية، وتعرف باسم الليثيوم-‪8‬‏. الخيار (د)، ذرة بها ثلاثة بروتونات وأربعة نيوترونات في نواتها، عددها الكتلي هو سبعة، وتعرف باسم الليثيوم-‪7‬‏. وتعرف الذرة التي بها خمسة بروتونات وثلاثة نيوترونات في نواتها باسم البورون-‪8‬‏، في حين تعرف الذرة التي بها أربعة بروتونات وأربعة نيوترونات باسم البريليوم-‪8‬‏.

يرجع اختلاف أسماء عناصر هذه الذرات إلى حقيقة أنها تحتوي على عدد مختلف من البروتونات. تكون خمسة بروتونات ذرة بورون، وهو العنصر الخامس في الجدول الدوري، وتكون أربعة بروتونات ذرة عنصر البريليوم، وهو العنصر الرابع في الجدول الدوري. العدد الكتلي لكل من هذين الخيارين هو ثمانية، وهو الذي يظهر في اسم كل خيار، وهما البورون-‪8‬‏، والبريليوم-‪8‬‏. إذن مجموع عدد البروتونات والنيوترونات لكل من هذين الخيارين يساوي ثمانية. يعد الخيار (هـ) غريبًا إلى حد ما؛ حيث يصف ذرة لا تحتوي على بروتونات في نواتها. وفي الواقع، هذا أمر غير ممكن. فحتى ذرة الهيدروجين، وهي أخف الذرات وتحتوي على أقل عدد من البروتونات في نواتها، تحتوي على بروتون واحد في نواتها. ولا يوجد ما يسمى بالعنصر رقم صفر في الجدول الدوري؛ حيث تحتوي جميع الذرات على بروتون واحد على الأقل.

أخيرًا، في سؤال عن البروتونات والنيوترونات، قد تتساءل عن إذا ما كان لعدد الإلكترونات أي تأثير على الإجابة. الإجابة المختصرة عن هذا السؤال هي لا. لا يتضمن تعريف هذا النظير عدد الإلكترونات. فإذا كان العنصر يحتوي على عدد البروتونات نفسه، وعدد مختلف من النيوترونات، فهو يعد نظيرًا للذرة بغض النظر عن عدد الإلكترونات الموجودة به. وبالنسبة لذرة متعادلة الشحنة، عدد الإلكترونات هو نفسه عدد البروتونات، وذلك لموازنة الشحنة. وإذا اختلف عدد الإلكترونات عن عدد البروتونات، تكتسب الذرة شحنة وتصبح أيونًا.

تحتوي ذرات الليثيوم الموضحة على ثلاثة إلكترونات تحيط بنواتها. وإذا فقدت الذرة أحد الإلكترونات، يتكون أيون ‪Li+‬‏. وبما أن الإلكترونات خفيفة للغاية، فإنها لا تسهم في العدد الكتلي للنظير. لذا، حتى إذا فقد إلكترون، سيظل هذا العنصر يعرف باسم الليثيوم-‪7‬‏. وعليه، من الممكن بالفعل أن يكون عنصر ما نظيرًا وأيونًا. حيث يتطلب النظير حدوث تغيير في عدد النيوترونات، ويتطلب الأيون حدوث تغيير في عدد الإلكترونات. وعلى الرغم من أنه من المفيد معرفة الإلكترونات وتكوين الأيونات، إلا أن ذلك ليس مطلوبًا في هذا السؤال. كل ما علينا معرفته ببساطة هو أن الإلكترونات غير متضمنة في تحديد هوية النظير.

بما أن النظير هو نسخة من عنصر تحتوي على العدد نفسه من البروتونات، وعدد مختلف من النيوترونات، فإن الخيار الذي يعد نظيرًا لهذه الذرة هو الخيار (د)؛ ذرة بها ثلاثة بروتونات وأربعة نيوترونات في نواتها.