هوية العنصر: العدد الذري والكتلي
يحسب عدد البروتونات والنيوترونات والإلكترونات في ذرة متعادلة من عددها الذري وعددها الكتلي، ويبني نموذجها موزّعًا إلكتروناتها على المستويات.
المحاكاة التفاعلية
محاكاة تفاعلية: بناء الذرة — من PhET
لا تُحمَّل المحاكاة إلا بطلبك. اضغط لبدء التشغيل — قد تستغرق لحظات على الاتصال البطيء.
في كتابك
- نشاط (١): جواز سفر — الجزء الأول، ص ٣٤
- نشاط (٢): تصميم نموذج لذرّة الليثيوم — الجزء الأول، ص ٣٥
خطوات التجربة
افتح شاشة «ذرة»، واختر «مدارات» من «نموذج:»، وافتح صناديق «العنصر» و«الشحنة الإجمالية» و«العدد الكتلي».
ضع في النواة ٣ بروتونات كما في نشاط تصميم ذرة الليثيوم، واقرأ اسم العنصر في صندوق «العنصر». ثم أضف ٤ نيوترونات واقرأ «العدد الكتلي». سجّل: العدد الذري، والعدد الكتلي.
أضف ٣ إلكترونات واحدًا بعد الآخر. لاحظ أن الأول والثاني يستقران في المستوى الأول القريب من النواة، وأن الثالث ينتقل إلى المستوى الثاني. ارسم النموذج في دفترك وتأكد أن «الشحنة الإجمالية» صفر.
افتح شاشة «الرمز» وابنِ الذرة نفسها، ثم قارن الرمز الظاهر بطريقة الكتاب: رمز العنصر، والعدد الكتلي في الأعلى، والعدد الذري في الأسفل.
ابنِ ذرة الأكسجين من سؤال الكتاب: ٨ بروتونات و٨ نيوترونات و٨ إلكترونات. سجّل عددها الكتلي، وعدد الإلكترونات في كل مستوى.
افتح شاشة «لعبة» واختر مستوى من «اختر لعبتك!». احسب عدد كل جسيم في دفترك قبل أن تبني أو تجيب، ثم تحقّق من إجابتك.
الفكرة العلمية
لكل عنصر هوية تميّزه كجواز السفر، وهي العدد الذري: عدد البروتونات في نواة ذرته. ولذلك تغيّر اسم العنصر في المحاكاة كلما غيّرت عدد البروتونات وحده. وفي الذرة المتعادلة: العدد الذري = عدد البروتونات = عدد الإلكترونات. أما العدد الكتلي فهو مجموع البروتونات والنيوترونات في النواة، ومنه نجد: عدد النيوترونات = العدد الكتلي − العدد الذري. فذرة الليثيوم (العدد الذري ٣، والعدد الكتلي ٧) فيها ٣ بروتونات و٣ إلكترونات و٤ نيوترونات. وتتوزّع الإلكترونات على مستويات حول النواة: يتّسع الأول لإلكترونين، والثاني لثمانية. تنبيه: المحاكاة تبني الذرات حتى ١٠ جسيمات من كل نوع ومستويين فقط، أي من الهيدروجين إلى النيون.
قوّم نفسك
جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.
ذرة فلور عددها الذري ٩ وعددها الكتلي ١٩. كم نيوترونًا في نواتها؟
- ٩
- ١٩
- ١٠
- ٢٨
اعرض الإجابة
ج) ١٠
عدد النيوترونات = العدد الكتلي − العدد الذري = ١٩ − ٩ = ١٠. ومن أجاب ٩ خلط بين النيوترونات والبروتونات، ومن أجاب ١٩ ظنّ العدد الكتلي عدد النيوترونات وحدها، ومن أجاب ٢٨ جمع العددين بدل طرحهما.
كيف تتوزّع إلكترونات ذرة نيتروجين متعادلة عددها الذري ٧؟
- ٧ في المستوى الأول
- ٥ في الأول و٢ في الثاني
- ٤ في الأول و٣ في الثاني
- ٢ في الأول و٥ في الثاني
اعرض الإجابة
د) ٢ في الأول و٥ في الثاني
المستوى الأول لا يتّسع إلا لإلكترونين، فيمتلئ أولًا، ويذهب الباقي (٧ − ٢ = ٥) إلى المستوى الثاني، وهذا ما تفعله المحاكاة. ومن وضع الإلكترونات كلها أو معظمها في المستوى الأول نسي أن لكل مستوى سعة محددة.
أضفت بروتونًا واحدًا إلى نواة ذرة كربون فيها ٦ بروتونات. ماذا يظهر في صندوق «العنصر»؟
- الكربون نفسه بعدد كتلي أكبر
- النيتروجين، لأن عدد البروتونات صار ٧
- الكربون نفسه لأن البروتون جسيم صغير
- لا يظهر أي عنصر
اعرض الإجابة
ب) النيتروجين، لأن عدد البروتونات صار ٧
عدد البروتونات هو العدد الذري وهوية العنصر، فإذا صار ٧ صار العنصر نيتروجين. ويخلط بعض الطلبة بين أثر البروتون وأثر النيوترون، والنيوترون وحده هو ما يزيد الكتلة دون أن يغيّر العنصر.
ذرة متعادلة فيها ١٠ إلكترونات و١٠ نيوترونات. اكتب عددها الذري وعددها الكتلي، ثم ابنِها في المحاكاة وسمِّ العنصر.
اعرض الإجابة
في الذرة المتعادلة عدد البروتونات يساوي عدد الإلكترونات، فالعدد الذري ١٠. والعدد الكتلي = ١٠ بروتونات + ١٠ نيوترونات = ٢٠. ويظهر في صندوق «العنصر» اسم «نيون».
لماذا شبّه الكتاب العدد الذري بجواز السفر، ولم يشبّه به العدد الكتلي؟
اعرض الإجابة
لأن العدد الذري لا يتكرّر بين عنصرين، وتغييره يغيّر العنصر نفسه كما رأيت في المحاكاة، فهو هوية العنصر. أما العدد الكتلي فيتغيّر بإضافة نيوترون دون أن يتغيّر اسم العنصر، فلا يصلح وحده لتمييزه.