فيديو الدرس: الصيغ الكيميائية الكيمياء • الصف الأول الثانوي

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نشير إلى العديد من المركبات الكيميائية التي نتعرض لها في الكيمياء. وسنتعلم كيف نكتب الرموز المستخدمة في الصيغ الكيميائية ونفسرها. كما سنتعلم كيف نسمي أنواع المركبات المختلفة.

تتكون كل المواد من مجموعات مختلفة من الذرات التي تتحد معًا بنسب معينة لتكوين المركبات، ما يعني وجود المئات من المركبات الكيميائية التي نتعرض لها بصورة يومية. وإذا أردنا الإشارة إلى هذه المركبات والحديث عنها مثل العلماء، فسنحتاج إلى طريقة معتمدة وواضحة لفعل ذلك كي نكون جميعًا متفقين.

بما أن كل المركبات مكونة من نسبة معينة من الذرات، فمن المفيد أن تشير اللغة التي نستخدمها إلى التركيب الذري للمركب. على سبيل المثال، دعونا نلق نظرة على مركب نعرفه جميعًا، ألا وهو الماء. يتكون جزيء الماء دائمًا من ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين. فكيف نشير إلى هذا الجزيء بخلاف تسميته الماء؟ بما أننا نريد طريقة للإشارة إلى التركيب الذري للماء، فربما يمكننا استخدام الأسماء الكاملة لكل عنصر وتسمية الماء بالجزيء المكون من ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين.

لكن هذه عبارة طويلة. ولن نرغب على الأرجح في كتابة ذلك كلما شارك الماء في تفاعل كيميائي. ربما يمكننا اختصار هذه العبارة باستخدام الرموز الذرية التي نراها في الجدول الدوري؛ ‪H‬‏ للهيدروجين و‪O‬‏ للأكسجين، وهو ما يبدو أسهل في التعامل معه. فإذا استخدمنا هذه الرموز الذرية للعناصر الموجودة في المركب، فستكون لدينا طريقة للإشارة إلى نوع الذرات الموجودة في هذا المركب. ومن ثم فكل ما نحتاج إليه الآن هو طريقة للإشارة إلى عدد كل نوع من الذرات الموجودة في المركب.

كما ذكرنا من قبل، تحتوي كل وحدة من الماء، أي كل جزيء منه، على ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين. وتوجد عدة طرق مختلفة قد تطرأ على ذهننا لذكر هذين العددين؛ فقد نستخدم نسبة أو نقول اثنين ‪H‬‏ و‪O‬‏ واحدًا، أو نستخدم الأعداد الفوقية أو السفلية. في النهاية، تم الاتفاق على استخدام الأعداد السفلية للإشارة إلى عدد الذرات. لكن حين يكون لدينا ذرة واحدة فقط في المركب، كما هو الحال مع ذرة الأكسجين، نحذف العدد السفلي ليصبح لدينا بذلك ‪H2O‬‏. وما توصلنا إليه يسمى الصيغة الكيميائية لجزيء الماء.

توضح لنا الصيغ الكيميائية نوع كل من الذرات الموجودة في وحدة واحدة من المركب، وعددها. للإشارة إلى نوع الذرات الموجودة في المركب، نستخدم الرموز الذرية. وللإشارة إلى عدد الذرات الموجودة في المركب، نستخدم الأعداد السفلية. لكن ماذا لو كان لدينا أكثر من جزيء واحد من الماء؟ ماذا لو كان لدينا جزيئان؟ كيف يمكننا تضمين ذلك في الصيغة الكيميائية؟ يمكننا تجريب وضع العدد الكلي للذرات في الصيغة، ما يعطينا ‪H4O2‬‏. لكن هذا قد يكون محيرًا؛ لأنه قد يشير إلى أن المركب يحتوي على أربع ذرات هيدروجين وذرتي أكسجين. لذا، بدلًا من ذلك، نشير إلى عدد وحدات المركب قبل الصيغة الكيميائية. فإذا كان لدينا جزيئان من الماء، نكتب 2H2O.

بما عرفناه حتى الآن، صرنا نعرف أساسيات الصيغ الكيميائية. لكن دعونا نناقش بعض التفاصيل كي نتمكن من تكوين الصيغ الكيميائية وتسميتها بثقة لبعض أنواع المواد المختلفة التي قد نقابلها في الكيمياء. في مثال الماء، كنا نناقش المركبات التي ترتبط ذراتها تساهميًّا لتكوين جزيء. تتكون هذه المركبات من عناصر لا فلزية توجد بالأساس في الجانب الأيمن من الجدول الدوري. ليس لجميع الجزيئات أسماء شائعة مثل الماء، ومن ثم نحتاج إلى طريقة ما لتسميتها بناء على تركيبها الذري.

في هذا الفيديو، سنركز اهتمامنا على كيفية تسمية الجزيئات المكونة من عنصرين. يوضع اسم العنصر الأقل سالبية كهربية في الجزيء أولًا. ويتبعه اسم العنصر الأكثر سالبية كهربية الذي نستعيض عن نهايته باللاحقة «ـيد»، ونعكس هذا الترتيب في العربية. ونتيجة لتدرج السالبية الكهربية في الجدول الدوري، فهذا يعني بوجه عام أن العنصر الذي يحتوي على رقم مجموعة أقل سيأتي اسمه أولًا. وإذا كانت العناصر في المجموعة نفسها، فإن العنصر الذي له رقم الدورة الأعلى سيأتي أولًا، ونعكس الترتيب في العربية. وعلى الرغم من أن هاتين القاعدتين الأساسيتين لرقم الدورة ورقم المجموعة ستساعدان كثيرًا في تسمية الجزيئات، فلن تفيدا إذا كان لدينا مركب يتكون من الكلور أو البروم أو اليود مع الأكسجين؛ لأنه في هذه الحالة سيأتي اسم تلك العناصر قبل الأكسجين، وهو ما يعكس في العربية.

بعد ذلك، نستخدم البادئات العددية اليونانية للإشارة إلى عدد الذرات في كل عنصر. لكننا لا نستخدم البادئة مع الذرة الأولى في حالة وجود ذرة واحدة منها فقط. بعد أن عرفنا هذه القواعد، لنحاول تسمية جزيء ما على سبيل التدريب. دعونا نلق نظرة على هذا الجزيء الذي يتكون من ذرة كربون وذرتي أكسجين. الكربون أقل سالبية كهربية من الأكسجين، وهو يوجد في المجموعة 14 من الجدول الدوري، بينما يوجد الأكسجين في المجموعة 16. لذا في كل من اسم هذا الجزيء وصيغته الكيميائية، سيأتي الكربون أولًا ويتبعه الأكسجين، ونعكس ذلك في اسمه بالعربية. وبما أنه توجد ذرة كربون واحدة وذرتا أكسجين، فستكون الصيغة الكيميائية لهذا الجزيء هي ‪CO2‬‏. ويأتي الكربون أيضًا أولًا في اسم هذا الجزيء، مثل صيغته الكيميائية.

ويأتي الأكسجين ثانيًا، لكننا نستعيض عن نهاية اسمه باللاحقة «ـيد»، ونعكس الترتيب في العربية. وأخيرًا، نستخدم البادئات العددية اليونانية للإشارة إلى عدد كل نوع من الذرات الموجودة في الجزيء. توجد ذرة كربون واحدة، ما يجعلها تتوافق مع البادئة «أول» أو «أحادي»، وذرتا أكسجين، وهو ما يتوافق مع البادئة «ثاني» أو «ثنائي». لكن بما أن هناك ذرة كربون واحدة فقط في الجزيء وهو أول عنصر وضعنا اسمه، فيمكننا حذف البادئة «أول» منه ليصبح لدينا في النهاية اسم ثاني أكسيد الكربون.

والآن دعونا نجرب العكس حيث نستنتج الصيغة الكيميائية للمركب من خلال اسمه. لنجرب أول أكسيد ثنائي النيتروجين. من الجدير بالذكر أننا حذفنا الحرف المتحرك المكرر هنا في الإنجليزية بحيث أصبح لدينا ‪monoxide‬‏ بدلًا من ‪monooxide‬‏. وهذا يحدث كثيرًا عند تسمية المركبات الكيميائية بالإنجليزية. من الاسم الذي لدينا، نعرف أن النيتروجين هو العنصر الأول في صيغة هذا المركب. وبما أن له البادئة «ثنائي»، فلا بد أنه يوجد اثنان منه. بعد ذلك، نجد أن كلمة «أكسيد» تشير إلى عنصر الأكسجين. إذن فلا بد أن يكون هذا هو العنصر الثاني في صيغة الجزيء. والبادئة «أول» تعني واحدًا. لكننا بالطبع نحذف العدد السفلي واحدًا دائمًا في الصيغ الكيميائية. إذن يصبح لدينا الصيغة الكيميائية ‪N2O‬‏ لجزيء أول أكسيد ثنائي النيتروجين.

هكذا نكون قد غطينا أساسيات تسمية المركبات المرتبطة تساهميًّا والتعرف عليها. والآن لنتحدث عن فئة رئيسية أخرى من المركبات التي نقابلها في الكيمياء، ألا وهي المركبات الأيونية. تتكون المركبات الأيونية من كاتيونات موجبة الشحنة وأنيونات سالبة الشحنة تجتمع معًا من خلال قوى الجذب.

عندما تناولنا المركبات الجزيئية، رأينا أنه قد يوجد العديد من المركبات التي تتكون من نفس العنصرين. على سبيل المثال، إليك بعضًا فقط من العديد من المركبات التي يمكن أن تتكون من النيتروجين والأكسجين. لكن في المركبات الأيونية، تتحد الكاتيونات والأنيونات معًا بنسب معينة لتكوين مركب متعادل بوجه عام. وبما أن المركبات الأيونية تتحد دائمًا بنسبة أيونات محددة، فلن نكون بحاجة لاستخدام البادئات العددية اليونانية. وإنما سيكون علينا فقط معرفة عدد الأيونات الموجودة في وحدة واحدة من المركب من شحنات الأيونات، ما يعني أننا سنكون بحاجة لمعرفة شحنات الأيونات في المركب كي نستنتج الصيغة.

إليك بعض الأيونات الشهيرة وشحناتها. تذكر أن العناصر تميل إلى تكوين أيونات لها نفس التوزيع الإلكتروني للغازات النبيلة. سنتعرض لنوعين رئيسيين من المركبات الأيونية في الكيمياء. النوع الأول هو الأبسط، ويتكون من أيونات أحادية النواة فقط. «أحادية النواة» تعني أن الأيونات مشتقة من ذرة واحدة. ومن أمثلة هذا النوع من المركبات ملح الطعام الذي يتكون من كاتيونات الصوديوم الموجبة الشحنة وأنيونات الكلور السالبة الشحنة.

سنتعرض أيضًا للمركبات الأيونية المكونة من نوع واحد أو أكثر من الأيونات المتعددة الذرات، وهي وحدة من الذرات المترابطة تساهميًّا ولها شحنة. ويوجد العديد من الأيونات المتعددة الذرات التي نقابلها في الكيمياء. إليك بعضًا منها وأسماءها. عند تسمية المركبات الأيونية، نضع دائمًا الكاتيون أولًا ويتبعه اسم الأنيون، ونعكس الترتيب في العربية. ونستخدم اللاحقة «ـيد» مع الأنيون إذا كان أحادي النواة. بعد أن عرفنا هذه القواعد، لنجرب تسمية بعض المركبات الأيونية وتحديد صيغتها الكيميائية.

لنعد إلى مثال ملح الطعام الذي يتكون من كاتيونات الصوديوم الموجبة الشحنة وأنيونات الكلور السالبة الشحنة. بما أن الصوديوم هو الكاتيون هنا، فسنضع اسمه أولًا وبعده اسم الأنيون، وهو الكلور، ونعكس ذلك في العربية. لكن نظرًا لأن الكلور ليس أنيونًا متعدد الذرات حيث إنه مشتق فقط من ذرة واحدة، فسنضيف إليه اللاحقة «ـيد»، ما يعطينا في النهاية الاسم كلوريد الصوديوم. والآن علينا استنتاج صيغته الكيميائية. ويجب أن نتأكد من التوصل في النهاية إلى مركب متعادل بوجه عام. لذا، يجب أن تتوازن الشحنة الموجبة للصوديوم مع الشحنة السالبة للكلور.

بما أن كاتيون الصوديوم شحنته واحد موجب وأنيون الكلور شحنته واحد سالب، فسنحتاج إلى أيون صوديوم واحد لكل أيون كلور لكي نتأكد من أن الشحنة متعادلة. وبما أننا نحتاج إلى ذرة صوديوم واحدة لكل ذرة كلور واحدة، فسنحصل في النهاية على الصيغة الكيميائية ‪NaCl‬‏ لكلوريد الصوديوم.

والآن لنجرب مركبًا آخر، وهو مركب أيوني يتكون من كاتيون كالسيوم موجب الشحنة وأنيون نيترات سالب الشحنة متعدد الذرات. بما أن الكالسيوم هو الكاتيون، فسنكتب اسمه أولًا. وبما أن النيترات هو الأنيون، فسنكتب اسمه ثانيًا، ونعكس الترتيب في العربية. وبما أنه أنيون متعدد الذرات، فلسنا بحاجة للاستعاضة عن نهاية اسمه باللاحقة «ـيد». ومن ثم سيكون اسم المركب نيترات الكالسيوم. والآن نحتاج إلى معرفة عدد كل أيون ستتضمنه الصيغة الكيميائية بحيث يكون للمركب شحنة متعادلة.

الكالسيوم شحنته اثنان موجب، والنيترات شحنته واحد سالب. قد ندرك على الفور أننا بحاجة إلى أنيونين من النيترات لموازنة الشحنة الموجبة لكاتيون الكالسيوم، وهو ما ينتج عنه نسبة كاتيون كالسيوم واحد لكل أنيونين من النيترات. لكننا إذا لم ندرك ذلك على الفور، أو كنا نتعامل مع مركب أيوني أكثر تعقيدًا، فيمكننا استخدام حيلة لاستنتاج الصيغة الكيميائية تتمثل في مبادلة الشحنتين واستخدام شحنة كل أيون عددًا سفليًّا للأيون الآخر. في كلتا الحالتين، سنحتاج إلى أيون كالسيوم لكل أيونين من النيترات، وهو ما يعطينا الصيغة الكيميائية ‪CaNO32‬‏. لكننا لا نريد أن يبدو الأمر وكأن لدينا في المركب ذرة كالسيوم واحدة وذرة نيتروجين واحدة و32 ذرة أكسجين. لذا، سنضع قوسين حول الأنيون المتعدد الذرات لكي نوضح أننا نتحدث عن مجموعتي نيترات في المركب.

ثمة أمر أخير جدير بالذكر قبل ترك موضوع المركبات الأيونية. لعلك لاحظت أن بعض العناصر يمكن أن تكون أيونات متعددة بشحنات مختلفة، مثل الحديد والنحاس. ولكي نفرق بين هذه الأيونات، يمكننا استخدام الوصف «أحادي»، و«ثنائي»، و«ثلاثي»، وهكذا بعد اسم العنصر. فيكون اسم الأيون ‪Fe2+‬‏ الحديد الثنائي، والأيون ‪Fe3+‬‏ الحديد الثلاثي. هذا يعني بالطبع أنه سيكون هناك مركبان يحتويان على الحديد والكلور، على سبيل المثال. لكن نظرًا لأن الأيونات في المركبات الأيونية تتحد بنسب معينة حسب شحنتها، ينبغي أن نكون قادرين على معرفة الكاتيون الذي نتعامل معه بناء على الصيغة الكيميائية.

بعد أن تعلمنا كل هذه القواعد المختلفة لتسمية المركبات، من الجدير بالذكر أن بعض المركبات لها أسماء لا تخضع للقواعد. على سبيل المثال، يوجد عدة مركبات لها أسماء شائعة. مر علينا أحدها بالفعل. ‏‪H2O‬‏ يسمى دائمًا الماء، لا أول أكسيد ثنائي الهيدروجين. وكذلك، يطلق على ‪NH3‬‏ دائمًا الأمونيا، لا ثلاثي هيدريد النيتروجين. يحدث ذلك كثيرًا مع المركبات التي اكتشفها العلماء منذ زمن بعيد قبل وضع معيار متفق عليه لتسمية المركبات في الكيمياء.

من الأمثلة الأخرى مركب ‪TiO2‬‏ الذي يشيع استخدامه في منتجات الوقاية من الشمس. ‏‪Ti‬‏ هو الرمز الذري للتيتانيوم، وهو أحد الفلزات التي يمكن أن تكون عدة أيونات بشحنات مختلفة. إذا حاولنا التوصل إلى شحنة التيتانيوم من الصيغة الكيميائية، فسنعرف أن شحنته هنا أربعة موجب. ومن ثم يجب أن يسمى هذا المركب أكسيد التيتانيوم الرباعي. وبالرغم من أن بعض الناس يسمون هذا المركب بالفعل أكسيد التيتانيوم الرباعي، فإذا نظرت إلى ظهر عبوة واقي الشمس الخاص بك، فستجد أن اسم هذا المركب هو ثاني أكسيد التيتانيوم. ومع ذلك، فإن كثيرًا من المركبات التي سنقابلها في الكيمياء ستخضع للقواعد التي تعلمناها في هذا الفيديو.

بعد أن تعرفنا على كل هذه القواعد، دعونا نتناول مسألتين للتدرب عليهما.

ما عدد ذرات الهيدروجين الموجودة في جزيء الميثان ‪(CH4)‬‏؟

هذه هي الصيغة الكيميائية لجزيء الميثان. تخبرنا الصيغة الكيميائية بنوع وعدد الذرات الموجودة في وحدة واحدة من المركب. ونشير إلى نوع الذرة باستخدام الرموز الذرية لكل عنصر موجود في الجدول الدوري. ونشير إلى عدد كل نوع من الذرات باستخدام الأعداد السفلية. ومن ثم، فمن الصيغة الكيميائية ‪CH4‬‏، يمكننا معرفة أن عنصر الميثان لا بد أن يحتوي على الكربون والهيدروجين.

وإذا نظرنا إلى الأعداد السفلية، فسنجد أن الكربون ليس له عدد سفلي. وذلك لأنه من المتفق عليه حذف العدد واحد من الصيغة الكيميائية إذا لم يوجد سوى ذرة واحدة من العنصر في المركب. هذا يعني أنه توجد ذرة كربون واحدة في جزيء الميثان. ويمكننا أن نرى العدد السفلي أربعة بجانب الهيدروجين، ما يعني وجود أربع ذرات من الهيدروجين في عنصر الميثان. هذا السؤال يطلب منا تحديد عدد ذرات الهيدروجين الموجودة في جزيء الميثان. وكما ذكرنا للتو، توجد أربع ذرات.

ما اسم المركب الذي يحتوي على ذرة كلور وذرتي أكسجين؟

في هذا السؤال، علينا تسمية مركب يحتوي على الكلور والأكسجين. الكلور والأكسجين كلاهما من اللافلزات الموجودة على الجانب الأيمن من الجدول الدوري، ما يعني أن المركب الذي يكونانه سيكون مركبًا جزيئيًّا. وعند تسمية المركبات الجزيئية، نضع اسم العنصر الأقل سالبية كهربية أولًا. ونضع بعده اسم العنصر الأعلى سالبية كهربية مصحوبًا باللاحقة «ـيد»، ونعكس الترتيب في العربية. وأخيرًا، نستخدم البادئات العددية اليونانية للإشارة إلى عدد الذرات الموجودة في المركب.

الكلور أقل سالبية كهربية من الأكسجين، ومن ثم نضع اسمه أولًا ويتبعه الأكسجين، ونعكس ذلك في العربية. لكن علينا الاستعاضة عن نهاية اسم الأكسجين باللاحقة «ـيد». وأخيرًا، سنستخدم البادئات اليونانية للإشارة إلى عدد الذرات. لدينا ذرة كلور واحدة، وهو ما يتوافق مع البادئة «أول» أو «أحادي»، وذرتان من الأكسجين. لكننا، وفقًا للمتفق عليه، نحذف البادئة في حالة وجود ذرة واحدة فقط من العنصر الأول في الصيغة. إذن، سنسقط البادئة «أول» ليصبح اسم المركب ثاني أكسيد الكلور.

والآن دعونا نلخص النقاط الرئيسية الواردة في هذا الفيديو. تشير الصيغ الكيميائية إلى نوع وعدد الذرات الموجودة في المركب باستخدام الرموز الذرية والأعداد السفلية. إذا كان لدينا أكثر من وحدة واحدة من المركب، فإن عدد الوحدات يوضع قبل الصيغة الكيميائية. وعند تسمية الجزيئات، يأتي العنصر الأقل سالبية كهربية أولًا. وعند تسمية المركبات الأيونية، يأتي الكاتيون ثانيًا، ونعكس الترتيب في العربية. ويستخدم الوصف «أحادي» و«ثنائي» و«ثلاثي»، إلخ، لتمييز العناصر التي تكون أيونات متعددة.