Les atomes et les ions PDF

تنزيل Les atomes et les ions PDF

يمكنك تنزيل Les atomes et les ions بصيغة pdf بسهولة عبر النقر على زر التتنزيل أسفله.

الذرات والأيونات (Les atomes et les ions)

1. الهيكل التاريخي وتعريف الذرة وبنيتها

• نبذة تاريخية: تعود فكرة الذرة إلى القرن الخامس قبل الميلاد بفضل الفيلسوف اليوناني ديمقريطس (Démocrite)، الذي اعتبر أن المادة تتكون من جسيمات صغيرة، غير مرئية وغير قابلة للتجزئة. ورغم نسيان هذه النظرية طويلاً، أعاد علماء مثل دالتون (Dalton) ثم طومسون (Thomson) وأخيراً رذرفورد (Rutherford) إحياء وجود الذرة وتوضيح بنيتها.
• تعريف الذرة وبنيتها: تشكل الذرات الوحدات الأساسية المكونة للمادة. تتميز بصغر حجمها الفائق حيث تبلغ أبعادها نحو جزء من عشرة من النانومتر ($1 \text{ nm} = 10^{-9} \text{ m}$). تتكون الذرة من:

• النواة: تقع في مركز الذرة، تحمل شحنات كهربائية موجبة، وتضم تقريباً كل كتلة الذرة. وهي أصغر بحوالي 100,000 مرة من الذرة نفسها (حجم الذرة نحو $10^{-10} \text{ m}$ بينما حجم النواة نحو $10^{-15} \text{ m}$). يُرمز لعدد الشحنات الموجبة في النواة بالحرف $Z$ ويسمى العدد الذري.
• الإلكترونات: جسيمات تدور حول النواة وتشكل السحابة الإلكترونية، وتحمل كل منها شحنة كهربائية سالبة عنصرية ($q = -1.6 \times 10^{-19} \text{ C} = -e$). تتميز بصغر حجمها وكتلتها الضئيلة جداً مقارنة بالنواة (مما يجعل كتلة الذرة مساوية لكتلة النواة: $m_{\text{atome}} = m_{\text{noyau}}$)، وهي جسيمات متحركة.

2. التعادل الكهربائي للذرة

• التعريف: تكون الذرة متعادلة كهربائياً، مما يعني تساوي عدد الشحنات الموجبة في النواة مع عدد الشحنات السالبة للإلكترونات.
• العلاقات الرياضية للشحنة:
  • شحنة النواة: $Q_{\text{noyau}} = +Z \cdot e$
  • شحنة الإلكترونات: $Q_{\text{électron}} = -Z \cdot e$
  • شحنة الذرة الإجمالية: $Q_{\text{atome}} = Q_{\text{noyau}} + Q_{\text{électron}} = +Z \cdot e + (-Z \cdot e) = 0$
• مثال توضيحي: ذرة الكربون ($\text{C}$) ذات العدد الذري $Z = 6$ تتكون من 6 إلكترونات سالبة تدور حول نواة تحتوي على 6 شحنات موجبة.

3. تكوين الأيونات وأصنافها

• التعريف: الأيون هو ذرة أو مجموعة ذرات فقدت أو اكتسبت إلكتروناً أو عدة إلكترونات. وينقسم إلى نوعين أساسيين:
  • أيون أحادي الذرة (Ion monoatomique): ناتج عن ذرة فقدت أو اكتسبت إلكتروناً أو أكثر.
  • أيون متعدد الذرات (Ion polyatomique): ناتج عن مجموعة ذرات فقدت أو اكتسبت إلكتروناً أو أكثر.
• أصناف الأيونات أحادية الذرة:
  • الكاتيونات (Les cations): أيونات موجبة تنتج عن فقدان ذرة (أو مجموعة ذرات) لإلكترون واحد أو أكثر.
    • مثال: ذرة الحديد $\text{Fe}$ ($Z = 26$) تفقد إلكترونين لتصبح أيون الحديد الثنائي $\text{Fe}^{2+}$, حيث يظهر نقص في الإلكترونات بمقدار إلكترونين مقارنة بالذرة المتعادلة.
  • الأنيونات (Les anions): أيونات سالبة تنتج عن اكتساب ذرة (أو مجموعة ذرات) لإلكترون واحد أو أكثر.
    • مثال: ذرة الكلور $\text{Cl}$ ($Z = 17$) تكسب إلكتروناً واحداً لتصبح أيون الكلوريد $\text{Cl}^-$.
• الأيونات متعددة الذرات (Les ions polyatomiques):
  • تتكون من ارتباط عدة ذرات مختلفة تفقد أو تكسب إلكترونات جماعياً، وتطبق الشحنة على إجمالي مجموعة الذرات.
  • أمثلة:
    • أيون الكبريتات: $\text{SO}_4^{2-}$ (مكون من ذرة كبريت و4 ذرات أكسجين مكتسبة إلكترونين).
    • أيون النترات: $\text{NO}_3^-$
    • أيون الهيدروكسيد: $\text{HO}^-$ (أو $\text{OH}^-$)
    • أيون الأمونيوم: $\text{NH}_4^+$
    • أيون البرمنغنات: $\text{MnO}_4^-$
• ملاحظات حول الصيغ والتسميات:
  • تنتهي أسماء الأنيونات غالباً بنهايات: `-ate`، `-ure`، وأحياناً `-ite`.
  • تنتهي أسماء الكاتيونات -باستثناء بعض الأيونات المعدنية- بالنهاية `-ium`.
  • تستخدم الأرقام الرومانية مع بعض الأيونات المعدنية للدلالة على عدد الإلكترونات المفقودة.
  • العدد الموجود أسفل ويمين الحرف يدل على عدد الذرات التابعة له، بينما يشير الرمز الموجود أعلى ويمين الأيون إلى الشحنة الإجمالية (عدد الإلكترونات المفقودة أو المكتسبة).
  • وجود حرف صغير بجانب حرف كبير (مثل $\text{Na}$) يدل على عنصر ذري واحد.

4. جدول بعض الأيونات المتداولة وصيغها الكيميائية

يضم الجدول مجموعة من الأيونات البسيطة والمركبة وصيغها المعتمدة:

الأيونات الموجبة (الكاتيونات):

• الهيدرونيوم ($\text{H}_3\text{O}^+$)
• الأمونيوم ($\text{NH}_4^+$)
• الصوديوم ($\text{Na}^+$)
• البوتاسيوم ($\text{K}^+$)
• الحديد الثنائي ($\text{Fe}^{2+}$) والحديد الثلاثي ($\text{Fe}^{3+}$)
• الألومنيوم ($\text{Al}^{3+}$)
• الفضة ($\text{Ag}^+$)
• النحاس الثنائي ($\text{Cu}^{2+}$)
• الزنك ($\text{Zn}^{2+}$)
• المغنيسيوم ($\text{Mg}^{2+}$)
• الرصاص الثنائي ($\text{Pb}^{2+}$)
• القصدير الثنائي ($\text{Sn}^{2+}$)
• الذهب ($\text{Au}^+$)
• الكالسيوم ($\text{Ca}^{2+}$)
• الكوبلت الثنائي ($\text{Co}^{2+}$)
• الباريوم ($\text{Ba}^{2+}$)
• الليثيوم ($\text{Li}^+$)
• السيزيوم ($\text{Cs}^+$)
• الكروم الثلاثي ($\text{Cr}^{3+}$)
• النيكل ($\text{Ni}^{2+}$)

الأيونات السالبة (الأنيونات):

• الهيدروكسيد ($\text{OH}^-$ أو $\text{HO}^-$)
• البرومور ($\text{Br}^-$)
• الكلورور ($\text{Cl}^-$)
• الكربونات ($\text{CO}_3^{2-}$)
• السيانور ($\text{CN}^-$)
• الديكرومات ($\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$)
• الفلورور ($\text{F}^-$)
• الهيدروجينوكربونات ($\text{HCO}_3^-$)
• الهيبوكلوريت ($\text{ClO}^-$)
• اليودور ($\text{I}^-$)
• النترات ($\text{NO}_3^-$)
• النتريت ($\text{NO}_2^-$)
• الأكسالات ($\text{C}_2\text{O}_4^{2-}$)
• البرمنغنات ($\text{MnO}_4^-$)
• الفوسفات ($\text{PO}_4^{3-}$)
• السلفات ($\text{SO}_4^{2-}$)
• السلفيت ($\text{SO}_3^{2-}$)
• الثيوسيانات ($\text{SCN}^-$)
• الأوكسيد ($\text{O}^{2-}$)
• البيروكسيد ($\text{O}_2^{2-}$)
• البيروكسوديسلفات ($\text{S}_2\text{O}_8^{2-}$)
• التتراتيونات ($\text{S}_4\text{O}_6^{2-}$)
• الثيوسلفات ($\text{S}_2\text{O}_3^{2-}$)
• النترور ($\text{N}^{3-}$)

5. دراسة تطبيقية: عنصر الحديد (Le fer)

• تعريف عنصر الحديد:
  • عنصر كيميائي رمزه Fe وعدده الذري Z = 26.
  • يُعد المعدن والمواد المغناطيسية الحديدية الأكثر شيوعاً في الحياة اليومية، سواء في شكله النقي أو على شكل سبيكة.
  • الحديد النقي معدن انتقالي مطيل، غير أن إضافة كميات ضئيلة جداً من عناصر الإضافة تغير بشكل كبير خصائصه الميكانيكية.
  • عند خلطه بالكربون وعناصر إضافة أخرى، يُشكل الفولاذ (l’acier)، والتي تتيح حساسيتها للمعالجات الحرارية-الميكانيكية تنويع خصائص المادة أكثر.
• التطبيقات الحسابية المرتبطة بالحديد:
  • حساب عدد ذرات الحديد في مسمار من الحديد كتلته $2.5 \, \text{g}$، علماً أن كتلة ذرة حديد واحدة هي $9.3 \times 10^{-26} \, \text{kg}$.
  • حساب عدد الإلكترونات التي تمتلكها ذرة الحديد، علماً أن كتلة جميع إلكترونات ذرة الحديد هي $2.366 \times 10^{-29} \, \text{kg}$ وكتلة الإلكترون الواحد هي $9.1 \times 10^{-31} \, \text{kg}$.
  • تحديد عدد الشحنات الموجبة التي تحملها نواة ذرة الحديد.
  • استنتاج العدد الذري Z لذرة الحديد.

6. الخلاصة العامة: تحول الذرة إلى أيون

• الذرة: وحدة أساسية متعادلة كهربائياً (شحنتها الإجمالية تساوي 0)، ويمكن أن ترتبط بذرات أخرى.
• تشكل الأيون: تفقد أو تكتسب الذرة إلكتروناً أو عدة إلكترونات لتشكل أيوناً:
  • إذا فقدت إلكترونات تتحول إلى أيون موجب يسمى كاتيون (مثل: $\text{Na}^+$, $\text{Mg}^{2+}$, $\text{Zn}^{2+}$).
  • إذا اكتسبت إلكترونات تتحول إلى أيون سالب يسمى أنيون (مثل: $\text{Cl}^-$).