فيديو السؤال: تفسير عدم وجود شحنة كلية للذرة الكيمياء

‏نسخة الفيديو النصية

لماذا لا تحتوي الذرات على شحنة كلية؟ (أ) عدد الإلكترونات يساوي عدد النيوترونات. (ب) عدد الإلكترونات يساوي عدد البروتونات. (ج) عدد النيوترونات يساوي عدد البروتونات. (د) عدد الإلكترونات والنيوترونات يساوي عدد البروتونات. (هـ) عدد الإلكترونات بالإضافة إلى عدد البروتونات يساوي عدد النيوترونات.

هذا السؤال متعلق بالشحنة الكلية. قد تكون الشحنة موجبة أو سالبة، مثل قطبي المغناطيس المتضادين. وإذا لم تكن هناك شحنة، فيمكننا القول إن الشحنة متعادلة. تشير الشحنة الكلية إلى شحنة الذرة ككل. وإذا أردنا معرفة الشحنة الكلية للذرة، فعلينا معرفة شحنات الجسيمات دون الذرية التي تتكون منها الذرة.

البروتونات الموجودة في النواة لها شحنة موجبة. والنيوترونات، الموجودة أيضًا في النواة، ليس لها شحنة أو شحنتها متعادلة. أما الإلكترونات، الموجودة في السحابة الإلكترونية خارج النواة، فلها شحنة سالبة. وبذلك يمكننا القول إن السؤال هو: كيف تؤدي أعداد البروتونات والنيوترونات والإلكترونات إلى عدم وجود شحنة كلية موجبة أو سالبة للذرة؟ من المهم أن نعرف أن شحنة البروتون الموجب وشحنة الإلكترون السالب متساويتان في القوة. بعبارة أخرى، عند جمع بروتون واحد له شحنة موجبة مع إلكترون واحد له شحنة سالبة، فإننا نحصل على شحنة متعادلة.

في الواقع، الطريقة الوحيدة للحصول على ذرة متعادلة الشحنة هي أن تكون الشحنة الكلية الموجبة متساوية في القوة مع الشحنة الكلية السالبة. نلاحظ هنا أن هذا موضح في الخيار (ب)؛ وهي أن عدد الإلكترونات يساوي عدد البروتونات. إذا كان عدد الإلكترونات يساوي عدد البروتونات، فإن الشحنات الموجبة والسالبة للبروتونات والإلكترونات ستتوازن وتصبح متعادلة. وعندما تكتسب ذرة إلكترونات أو تفقدها لتصبح أيونًا، فإنها لا تحتوي بعدها على عدد متساو من الإلكترونات والبروتونات. ونتيجة لذلك، تكون الشحنة الكلية موجبة أو سالبة.

لا يؤثر عدد النيوترونات على الشحنة الكلية للذرة. فكل ما تفعله النيوترونات هو أنها تساعد في استقرار نواة الذرة. ومع أننا حددنا بالفعل الإجابة الصحيحة، دعونا نتدبر الإجابات الممكنة الأخرى.

أثناء التفكير في هذه الإجابات، سنتناول إحدى ذرات عنصر الفلور الذي به تسعة بروتونات و10 نيوترونات وتسعة إلكترونات. نعرف أنه يحتوي على تسعة بروتونات لأن عدده الذري تسعة، وهو ما يخبرنا أيضًا أنه يحتوي على تسعة إلكترونات لكونه ذرة متعادلة. معظم ذرات الفلور تحتوي على 10 نيوترونات؛ وذلك لأن الكتلة الذرية للفلور قريبة جدًّا من 19. تسعة بروتونات زائد 10 نيوترونات يعطينا كتلة ذرية قدرها 19.

الخيار (أ)، وهو أن عدد الإلكترونات يساوي عدد النيوترونات، غير صحيح. سبب ذلك هو أن هذه الإجابة لا تخبرنا شيئًا عن عدد البروتونات في الذرة. ومن ثم، لا نعرف إذا ما كانت الشحنة السالبة للإلكترونات متعادلة مع الشحنة الموجبة للبروتونات. وفي الواقع، عدد الإلكترونات لا يساوي دائمًا عدد النيوترونات. على سبيل المثال، في ذرة الفلور، لدينا تسعة إلكترونات و10 نيوترونات. إذن، الخيار (أ) خطأ.

الخيار (ج) أيضًا غير صحيح لنفس السبب. فهذه الإجابة لا تخبرنا شيئًا عن مقدار الشحنة السالبة الموجودة لمعادلة الشحنة الموجبة، كما أن أعداد النيوترونات والبروتونات غير متساوية في العديد من الذرات. إذن، الخيار (ج) خطأ أيضًا.

الإجابة الخطأ التالية هي الخيار (د)؛ وهو أن عدد الإلكترونات والنيوترونات يساوي عدد البروتونات. من غير المنطقي جمع الإلكترونات مع النيوترونات ومقارنتهما بالبروتونات. فالنيوترونات لا تضيف أي شحنة سالبة في الذرة. إذن، جمع الإلكترونات والنيوترونات قبل مقارنتهما بعدد البروتونات لا يعطينا صورة دقيقة للطريقة التي تتوازن بها الشحنات الموجبة والسالبة للأجزاء المكونة للذرة. وبالرغم من أن هذا الخيار يتضمن كلًّا من الإلكترونات والبروتونات أيضًا، فإن إضافة النيوترونات تجعله غير دقيق. يمكننا أيضًا مقارنة هذه الإجابة بالمثال الذي استخدمنا فيه ذرة الفلور، حيث سنلاحظ أن عدد الإلكترونات والنيوترونات معًا لا يساوي دائمًا عدد البروتونات.

الإجابة الخطأ الأخيرة هي الخيار (هـ)؛ وهي أن عدد الإلكترونات زائد البروتونات يساوي عدد النيوترونات. مرة أخرى نجد أن هذا الخيار يتضمن كلًّا من الإلكترونات والبروتونات، ولكن بطريقة غير دقيقة. إجمالي عدد الإلكترونات والبروتونات وعدد النيوترونات ليس له أهمية بالنسبة إلى الشحنة الكلية للذرة. وأيضًا في المثال الذي استخدمنا فيه ذرة الفلور، عدد البروتونات والإلكترونات مجتمعين معًا هو 18، وهناك 10 نيوترونات فقط. إذن، هذه العبارة لا تنطبق على جميع الذرات.

بشكل عام، الذرات ليس لها شحنة كلية؛ وذلك لتساوي شحناتها الموجبة والسالبة في القوة لأن الجسيمات الموجبة الشحنة والجسيمات السالبة الشحنة في الذرة شحناتها لها نفس القوة. ولا تلغى الشحنات إلا عندما يكون للذرة نفس عدد الجسيمات من كل نوع. لذلك، فإن الذرات ليس لها شحنة كلية لأنه، كما ورد في الخيار (ب)، عدد الإلكترونات يساوي عدد البروتونات.