تخطّي إلى المحتوى
الدروسالتحصيليالتركيب الذري
كيمياء٣٠ من ٦٢

التركيب الذري

التركيب الذري

الذرّة هي أصغر وحدة بنائية للمادة تحتفظ بخواص العنصر، وفهم تركيبها هو مفتاح الكيمياء كلّها. في هذا الدرس نبني الذرّة من الداخل: جسيماتها، نظائرها، أعداد الكم، ثم التوزيع الإلكتروني والخواص الدورية — وهي من أكثر أبواب التحصيلي وروداً.

+ + − − نواة (بروتونات + نيوترونات) وحولها سحابة إلكترونية البروتونات والنيوترونات في النواة الصغيرة الثقيلة، والإلكترونات خفيفة تدور حولها في مستويات طاقة.

١. مكوّنات الذرة

تتكوّن الذرّة من ثلاثة جسيمات أساسية تختلف في الشحنة والكتلة والموقع:

الجسيمالرمزالشحنةالكتلة (و.ك.ذ)الموقع
بروتونp++١١النواة
نيوترونn٠٠١النواة
إلكترونe−−١≈ ٠السحابة الإلكترونية
قاعدة
  • العدد الذري Z = عدد البروتونات = عدد الإلكترونات (في الذرة المتعادلة).
  • العدد الكتلي A = عدد البروتونات + عدد النيوترونات.
  • عدد النيوترونات = A − Z.
مثال محلول

ذرّة صوديوم رمزها ‎٢٣Na‎ وعددها الذري Z = ١١. كم عدد النيوترونات فيها؟

  1. البروتونات = Z = ١١.
  2. عدد النيوترونات = A − Z = ٢٣ − ١١ = ١٢ نيوتروناً.
  3. الإلكترونات = ١١ (لأنها متعادلة).

٢. النظائر

النظائر هي ذرّات لنفس العنصر تتفق في العدد الذري Z وتختلف في العدد الكتلي A، بسبب اختلاف عدد النيوترونات فقط.

‎١٢C‎٦p + ٦n Z=٦ ‎١٣C‎٦p + ٧n Z=٦ ‎١٤C‎٦p + ٨n Z=٦ نظائر الكربون: كلها Z=٦ (كربون) لكنها تختلف في عدد النيوترونات فتختلف كتلتها.
ملاحظة

‎١٢C‎ (٦ بروتونات + ٦ نيوترونات) و‎١٣C‎ (٦ + ٧) و‎١٤C‎ (٦ + ٨) — جميعها كربون لأن Z ثابت، والاختلاف في الكتلة فقط.

٣. أعداد الكم الأربعة

كل إلكترون في الذرة يوصف بأربعة أعداد كم تحدّد موقعه وطاقته واتجاهه:

عدد الكمالرمزالقيميحدّد
الرئيسيn١، ٢، ٣، …مستوى الطاقة (الحجم)
الثانويℓ٠ إلى (n−١)شكل المدار (s, p, d, f)
المغناطيسيmℓ−ℓ إلى +ℓاتجاه المدار في الفراغ
المغزليms+½ أو −½اتجاه دوران (مغزل) الإلكترون
قاعدة

ربط ℓ بالمدارات:

  • ℓ = ٠ ← مدار s (كروي).
  • ℓ = ١ ← مدار p (فصّي).
  • ℓ = ٢ ← مدار d.
  • ℓ = ٣ ← مدار f.
عدد المدارات في المستوى الفرعي = ٢ℓ + ١ — أقصى عدد إلكترونات = ٢(٢ℓ + ١)
مدار s (كروي) مدار p (فصّي) المدار s كروي حول النواة، والمدار p على شكل فصّين متقابلين.

٤. التوزيع الإلكتروني

يُبنى التوزيع الإلكتروني وفق ثلاث قواعد أساسية:

مبدأ أوفباو (البناء التصاعدي)
تُملأ المدارات الأقل طاقة أولاً بالترتيب: 1s ← 2s ← 2p ← 3s ← 3p ← 4s ← 3d ← 4p ← 5s ← 4d …
مبدأ باولي (الاستبعاد)
لا يشترك إلكترونان في نفس الذرة في أعداد الكم الأربعة جميعها؛ أي أقصى إلكترونين في كل مدار.
قاعدة هوند
تُوزَّع الإلكترونات فرادى أولاً في المدارات المتساوية الطاقة قبل أن تتزاوج.
مثال محلول

وزّع إلكترونات الحديد Fe حيث Z = ٢٦.

  1. نملأ حسب أوفباو حتى نستهلك ٢٦ إلكتروناً.
  2. التوزيع: 1s² 2s² 2p٦ 3s² 3p٦ 4s² 3d٦.
  3. لاحظ أن 4s يُملأ قبل 3d لأنه أقل طاقة — لكن عند التأيّن تُفقد إلكترونات 4s أولاً.
حيلة سريعة

احفظ استثناءات الاستقرار: الكروم Cr = [Ar] 4s١ 3d٥ والنحاس Cu = [Ar] 4s١ 3d١٠ — لأن نصف الممتلئ (d٥) والممتلئ تماماً (d١٠) أكثر استقراراً.

٥. الجدول الدوري والخواص الدورية

تتغيّر خواص العناصر بانتظام عبر الدورة (يميناً←يساراً في الجدول) وعبر المجموعة (لأسفل):

الخاصيةفي الدورة (←)في المجموعة (↓)
نصف القطر الذرييقليزداد
طاقة التأيّنتزدادتقل
الكهروسالبيةتزدادتقل
الميل الإلكترونييزداديقل
مخطط مبسّط للجدول الدوري عبر الدورة: طاقة التأين والكهروسالبية تزداد نصف القطر يزداد ↓ عبر الدورة: نصف القطر يقل عبر الدورة يقل نصف القطر بينما تزداد طاقة التأين والكهروسالبية والميل الإلكتروني؛ والعكس أسفل المجموعة.
حيلة سريعة

نصف القطر عكس البقية! كلّما زاد نصف القطر قلّت طاقة التأين والكهروسالبية والميل الإلكتروني — احفظ اتجاهاً واحداً واعكسه للباقي.

أخطاء شائعة
  • الخلط بين العدد الذري والعدد الكتلي: Z = بروتونات فقط، A = بروتونات + نيوترونات.
  • نسيان أن 4s يُملأ قبل 3d لكنه يُفرَّغ أولاً عند التأيّن.
  • الخلط بين ℓ=١ (مدار p) و ℓ=٢ (مدار d).
  • نسيان استثناءات التوزيع: Cr = [Ar] 4s١ 3d٥ و Cu = [Ar] 4s١ 3d١٠.

الخلاصة

  • الذرة = بروتونات ونيوترونات في النواة، وإلكترونات حولها؛ Z = البروتونات، A = البروتونات + النيوترونات، والنيوترونات = A − Z.
  • النظائر تتفق في Z وتختلف في A (اختلاف عدد النيوترونات).
  • أعداد الكم الأربعة (n, ℓ, mℓ, ms) تصف كل إلكترون؛ ℓ يحدّد شكل المدار وعدد المدارات = ٢ℓ+١.
  • التوزيع الإلكتروني يتبع أوفباو وباولي وهوند؛ انتبه لاستثناءي Cr و Cu وأن 4s تُفقد أولاً عند التأين.
  • عبر الدورة: نصف القطر يقل وبقية الخواص تزداد؛ أسفل المجموعة: العكس.