التوزيع الإلكتروني في مستويات الطاقة
يبني نموذج ذرة من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات، ويحدّد عدديها الذري والكتلي وتوزيعها الإلكتروني في مستويات الطاقة.
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): إلكتروناتي حول نواتي — الجزء الأول، ص ٦٢
- نشاط (٣): توزيع الإلكترونات حول النواة — الجزء الأول، ص ٦٣
خطوات التجربة
افتح شاشة «ذرة»، واختر من «نموذج:» خيار «مدارات»، وافتح مربعات «العنصر» و«الشحنة الإجمالية» و«العدد الكتلي» إن كانت مغلقة.
اسحب ٦ «بروتونات» من سلّتها إلى مركز الذرة، واقرأ اسم العنصر الذي يظهر. ما عدده الذري؟
أضف ٦ «نيوترونات» إلى النواة، واقرأ «العدد الكتلي».
أضف ٦ «إلكترونات» واحدًا بعد الآخر، وعُدّ كم إلكترونًا استقرّ في المدار الأول (الداخلي) وكم في المدار الثاني. لاحظ «الشحنة الإجمالية» بعد آخر إلكترون.
اسحب إلكترونًا واحدًا إلى خارج الذرة، ولاحظ ما يحدث لـ«الشحنة الإجمالية» ولاسم العنصر، ثم أعِده.
ابنِ ذرّات متعادلة لليثيوم (٣ بروتونات) والأكسجين (٨) والنيون (١٠)، وسجّل في جدول كجدول الكتاب: العنصر، عدد البروتونات، عدد الإلكترونات، التوزيع الإلكتروني، عدد إلكترونات المستوى الأخير.
الفكرة العلمية
تتكوّن الذرة من نواة فيها بروتونات موجبة ونيوترونات متعادلة، وحولها إلكترونات سالبة تدور في مستويات الطاقة، وتسمّيها المحاكاة «مدارات». العدد الذري يساوي عدد البروتونات، وهو الذي يحدّد العنصر: ستة بروتونات تعني الكربون دائمًا. والعدد الكتلي يساوي مجموع البروتونات والنيوترونات. وتكون الذرة متعادلة كهربائيًا حين يتساوى عدد بروتوناتها وعدد إلكتروناتها، فإذا فقدت إلكترونًا صارت شحنتها موجبة وبقي العنصر نفسه. ويتّسع كل مستوى طاقة لعدد أقصى من الإلكترونات يُعطى بالعلاقة ٢ن²: المستوى الأول يتّسع لإلكترونين، والثاني لثمانية. لذلك يمتلئ الأول أولًا، فيكون توزيع الكربون ٢، ٤، والأكسجين ٢، ٦. وتسمّى إلكترونات المستوى الأخير إلكترونات التكافؤ. والمحاكاة تعرض مستويين فقط وعناصر حتى النيون، فلا يمكن فيها بناء الكلور أو المغنيسيوم اللذين في نشاط الكتاب.
قوّم نفسك
جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.
بنيت ذرة فيها ٨ بروتونات و٩ نيوترونات و٨ إلكترونات. ما عددها الذري وعددها الكتلي؟
- الذري ١٧ والكتلي ٨
- الذري ٨ والكتلي ٢٥
- الذري ٩ والكتلي ١٧
- الذري ٨ والكتلي ١٧
اعرض الإجابة
د) الذري ٨ والكتلي ١٧
العدد الذري هو عدد البروتونات (٨)، والعدد الكتلي مجموع البروتونات والنيوترونات (٨ + ٩ = ١٧). ومن جمع الإلكترونات معها فحصل على ٢٥ نسي أن العدد الكتلي يُحسب من جسيمات النواة وحدها، ومن قال ٩ خلط بين النيوترونات والبروتونات.
أضفت ٦ إلكترونات إلى نواة الكربون. كيف توزّعت في المدارين؟
- ٣ في الأول و٣ في الثاني
- ٢ في الأول و٤ في الثاني
- ٦ كلها في الأول
- ٤ في الأول و٢ في الثاني
اعرض الإجابة
ب) ٢ في الأول و٤ في الثاني
المستوى الأول لا يتّسع إلا لإلكترونين (٢ × ١² = ٢)، فيمتلئ أولًا وتذهب البقية إلى الثاني. ومن وزّعها بالتساوي ظن أن الإلكترونات تتقاسم المستويات، والصحيح أن لكل مستوى سعة قصوى تمتلئ بالترتيب.
أزلت إلكترونًا واحدًا من ذرة كربون متعادلة. ماذا يتغيّر؟
- يقلّ العدد الكتلي بمقدار ١
- يصبح العنصر بورون لأن عدد الإلكترونات نقص
- تصبح «الشحنة الإجمالية» +١ ويبقى العنصر كربونًا
- تصبح «الشحنة الإجمالية» −١
اعرض الإجابة
ج) تصبح «الشحنة الإجمالية» +١ ويبقى العنصر كربونًا
صار عدد البروتونات (٦) أكبر من عدد الإلكترونات (٥) بواحد، فالشحنة +١، والعنصر لا يتغيّر لأن البروتونات لم تتغيّر. ومن قال إنها تصير −١ ظن أن نزع جسيم سالب يزيد السالب، ومن اختار البورون خلط بين الإلكترونات والبروتونات.
ما أكبر عدد من الإلكترونات يتّسع له مستوى الطاقة الثاني؟ تحقّق بالمحاكاة ببناء النيون، ثم اكتب توزيعه الإلكتروني.
اعرض الإجابة
السعة القصوى للمستوى الثاني ٢ × ٢² = ٨ إلكترونات. والنيون فيه ١٠ إلكترونات، فيأخذ المستوى الأول ٢ والثاني ٨، وتوزيعه ٢، ٨، ويظهر في المحاكاة أن المدار الثاني امتلأ تمامًا.
اكتب التوزيع الإلكتروني لذرة الأكسجين المتعادلة كما بنيتها، وحدّد عدد إلكترونات التكافؤ فيها.
اعرض الإجابة
الأكسجين فيه ٨ بروتونات، فالذرة المتعادلة فيها ٨ إلكترونات: ٢ في المستوى الأول و٦ في الثاني، فتوزيعه ٢، ٦. وإلكترونات التكافؤ هي إلكترونات المستوى الأخير، وعددها ٦.