فيديو السؤال: تحديد العنصر الذي تعبر عنه الذرة من أغلفتها الإلكترونية الفيزياء

نسخة الفيديو النصية

يوضح الشكل توزيع الإلكترونات في الأغلفة الإلكترونية المختلفة في ذرة. الذرة مشحونة كهربيًّا؛ حيث يقل عدد الإلكترونات في غلافها الخارجي بمقدار إلكترون واحد عما إذا كانت متعادلة كهربيًّا. ما العنصر الذي تعبر عنه هذه الذرة؟

يعرض لنا السؤال هذا الشكل، ويخبرنا بأنه يوضح ذرة بها إلكترونات في أغلفة إلكترونية مختلفة. تمثل الدائرة الحمراء الموجودة في المركز نواة الذرة، وفيها توجد جميع بروتونات ونيوترونات الذرة. وحول هذه النواة، يمكننا ملاحظة وجود ثلاث حلقات سوداء مرسوم عليها دوائر زرقاء صغيرة. وتمثل هذه الحلقات أول ثلاثة أغلفة إلكترونية للذرة، وهي عبارة عن أغلفة يمكن أن توجد بها إلكترونات الذرة. يعرف الغلاف الأقرب إلى النواة بالغلاف الإلكتروني الأول للذرة. ويعرف الغلاف الذي يليه بالغلاف الإلكتروني الثاني. ويعرف الغلاف الذي يليهما بالغلاف الإلكتروني الثالث.

كل دائرة من هذه الدوائر الزرقاء الصغيرة المرسومة على الحلقات الثلاث تمثل إلكترونًا في الغلاف الإلكتروني. يطلب منا السؤال تحديد العنصر الذي تعبر عنه هذه الذرة. يمكننا تذكر أن العنصر الذي تعبر عنه الذرة يتحدد بالعدد الذري لتلك الذرة، وأن العدد الذري يساوي عدد البروتونات الموجودة في نواة الذرة. إذن، لتحديد العنصر الذي تعبر عنه هذه الذرة، علينا إيجاد عدد البروتونات الموجودة في هذه النواة.

لا يوضح الشكل المعطى لنا البروتونات والنيوترونات المنفردة الموجودة داخل النواة. بدلًا من ذلك، رسمت النواة في صورة دائرة حمراء واحدة. وهذا يعني أنه لا يمكننا إيجاد عدد بروتونات الذرة مباشرة، بل علينا إيجاد طريقة أخرى. ربما لا يوضح لنا هذا الشكل جميع البروتونات المنفردة، لكنه يوضح لنا جميع الإلكترونات المنفردة الموجودة في الذرة.

يخبرنا السؤال بأن عدد الإلكترونات في الغلاف الخارجي لهذه الذرة أقل بمقدار إلكترون واحد عما إذا كانت متعادلة كهربيًّا. الذرة المتعادلة كهربيًّا هي ذرة ليس لها شحنة كهربية كلية. دعونا نتذكر أن كلًّا من البروتونات والإلكترونات جسيمات مشحونة كهربيًّا. في الواقع، يمكننا أن نتذكر أيضًا أن شحنة الإلكترون وشحنة البروتون متساويتان في المقدار، ولكنهما متضادتان في الإشارة. فالبروتونات موجبة الشحنة، أما الإلكترونات فهي سالبة الشحنة. إذن، لكي تكون الذرة متعادلة كهربيًّا، يجب أن يكون عدد الإلكترونات السالبة الشحنة مساويًا لعدد البروتونات الموجبة الشحنة. في هذه الحالة، جميع الشحنات السالبة والشحنات الموجبة تلغيان معًا، ما يجعل الذرة بلا شحنة كهربية كلية.

لكن هذا لا ينطبق على الذرة موضع هذا السؤال؛ إذ يخبرنا السؤال بأنها مشحونة كهربيًّا. وعلى وجه التحديد، نعلم أن عدد الإلكترونات في الغلاف الخارجي لهذه الذرة يقل بمقدار إلكترون واحد عما إذا كانت الذرة متعادلة كهربيًّا. بعبارة أخرى، فإن عدد الإلكترونات الموجودة في هذه الذرة يساوي عدد البروتونات ناقص واحد. وهذا لأن عدد البروتونات في الذرة يساوي عدد الإلكترونات التي كانت ستحملها إذا كانت متعادلة كهربيًّا. ويخبرنا السؤال بأن عدد إلكتروناتها أقل من ذلك بمقدار إلكترون واحد. إذن، سنطرح واحدًا.

في هذه المعادلة، نحاول إيجاد عدد البروتونات؛ لأننا نعلم أنه يساوي العدد الذري للذرة. مع وضع ذلك بعين الاعتبار، دعونا نوفر بعض المساحة على الشاشة حتى نتمكن من إعادة ترتيب المعادلة لجعل عدد البروتونات في طرف بمفرده. لقد أوضحنا أنه بالنسبة إلى الذرة موضع هذا السؤال، فإن عدد الإلكترونات، الذي كتبناه هنا في صورة ‪𝑁e‬‏، يساوي عدد البروتونات، الذي سميناه ‪𝑁p‬‏ ناقص واحد. لكي نجعل عدد البروتونات ‪𝑁p‬‏ في طرف بمفرده، علينا إضافة واحد إلى طرفي المعادلة؛ حتى يلغي العددان ناقص واحد وزائد واحد أحدهما الآخر في الطرف الأيمن.

إذا كتبنا المعادلة بعد ذلك معكوسة، فسنجد أن عدد البروتونات ‪𝑁p‬‏ يساوي عدد الإلكترونات ‪𝑁e‬‏ زائد واحد. تعني هذه المعادلة أنه إذا تمكنا من إيجاد عدد إلكترونات هذه الذرة، فسيمكننا استخدام ذلك العدد لإيجاد عدد البروتونات. ولإيجاد عدد الإلكترونات، ما علينا سوى عد الدوائر الزرقاء الصغيرة المرسومة على كل حلقة من الحلقات الثلاث الظاهرة في الشكل.

في الحلقة الداخلية، التي تمثل الغلاف الإلكتروني الأول، نجد أن هناك إلكترونين في المجمل. أما الحلقة التي تليها، التي تمثل الغلاف الإلكتروني الثاني للذرة، فعندما نعد جميع الدوائر الزرقاء الصغيرة المرسومة عليها، سنجد أن هناك ثماني دوائر في المجمل. إذن، هذا يعني أن هناك ثمانية إلكترونات في الغلاف الإلكتروني الثاني للذرة. وأخيرًا، في الحلقة الثالثة التي تمثل الغلاف الإلكتروني الثالث، سنجد دائرة زرقاء واحدة، أي إن هناك إلكترونًا واحدًا في الغلاف الثالث.

إذن، يوجد إلكترونان في الغلاف الأول لهذه الذرة، وثمانية إلكترونات في الغلاف الثاني، وإلكترون واحد في الغلاف الثالث. هذا يعني أن إجمالي عدد الإلكترونات في الذرة، ‪𝑁e‬‏، يساوي اثنين من الغلاف الإلكتروني الأول، زائد ثمانية من الغلاف الإلكتروني الثاني، زائد واحد من الغلاف الإلكتروني الثالث. وهذا يساوي 11 إلكترونًا في المجمل. إذا عوضنا الآن بقيمة ‪𝑁e‬‏ في هذه المعادلة، فسنجد أن ‪𝑁p‬‏، أي عدد البروتونات، يساوي 11 زائد واحد، وهو ما يساوي 12 في المجمل.

وبما أننا نعلم أن عدد البروتونات في الذرة يساوي عددها الذري، فإننا نعلم أن العدد الذري لهذه الذرة يساوي 12. في هذه المرحلة، يمكننا أن نتذكر أو نبحث في الجدول الدوري لنجد أن العنصر الذي عدده الذري 12 هو المغنيسيوم. إذن، إجابة هذا السؤال هي أن العنصر الذي تعبر عنه هذه الذرة هو المغنيسيوم.