الدرس 1-3كيف تختلف الذّرّات
كتل الذّرّات
🎯 ستتعلم أن
- تعرّف وحدة الكتل الذّرّية (amu).
- توضّح لماذا لا تكون الكتلة الذّرّية للعنصر عددًا صحيحًا.
- تحسب الكتلة الذّرّية المتوسطة لعنصر من كتل نظائره ونسب وجودها.
🔤 مفردات جديدة
وحدة الكتل الذّرّيةالكتلة الذّرّية
وحدة الكتل الذّرّية
كتلة كل من البروتون والنيوترون نحو 1.67 × 10−24 g، وكتلة الإلكترون أصغر بكثير: نحو 1 من 1840 من كتلة البروتون.
هذه الكتل صغيرة جدًا ويصعب التعامل بها، لذلك طوّر العلماء طريقة لقياس كتلة الذرّة بالنسبة إلى كتلة ذرّة معيارية، هي ذرّة الكربون-12.
| الجسيم | الكتلة (amu) |
|---|---|
| الإلكترون | 0.000549 |
| البروتون | 1.007276 |
| النيوترون | 1.008665 |
لاحظ أن كتلتي البروتون والنيوترون مختلفتان قليلًا، وكلتاهما قريبة من 1 amu.
✋ سؤال سريع
ما الذرّة المعيارية التي تُعرَّف بها وحدة الكتل الذّرّية؟
وحدة الكتل الذّرّية (amu) تساوي 1 من 12 من كتلة ذرّة الكربون-12.
اعرض الإجابة
أ) الكربون-12 —وحدة الكتل الذّرّية (amu) تساوي 1 من 12 من كتلة ذرّة الكربون-12.
✋ سؤال سريع
كتلة البروتون الواحد بوحدة الكتل الذّرّية تساوي تقريبًا:
كتلة البروتون 1.007276 amu، أي نحو 1 amu، وكذلك النيوترون. أما الإلكترون فكتلته صغيرة جدًا (0.000549 amu).
اعرض الإجابة
أ) 1 amu —كتلة البروتون 1.007276 amu، أي نحو 1 amu، وكذلك النيوترون. أما الإلكترون فكتلته صغيرة جدًا (0.000549 amu).
الكتلة الذّرّية
كتلة الذرّة تعتمد أساسًا على عدد البروتونات والنيوترونات فيها، وكتلة كل منهما نحو 1 amu. فقد تتوقّع أن تكون الكتلة الذّرّية للعنصر عددًا صحيحًا دائمًا! لكن هذا غير صحيح.
ولأن للنظائر كتلًا مختلفة ونسب وجود مختلفة، فإن متوسط كتلها ليس عددًا صحيحًا غالبًا. فالكتلة الذّرّية للكلور مثلًا 35.453 amu.
✋ سؤال سريع
لماذا لا تكون الكتلة الذّرّية لمعظم العناصر عددًا صحيحًا؟
الكتلة الذّرّية هي المتوسط الموزون لكتل النظائر حسب نسب وجودها في الطبيعة، فتكون غالبًا عددًا عشريًا.
اعرض الإجابة
أ) لأنها متوسط كتل نظائر العنصر حسب نسب وجودها —الكتلة الذّرّية هي المتوسط الموزون لكتل النظائر حسب نسب وجودها في الطبيعة، فتكون غالبًا عددًا عشريًا.
كيف نحسب الكتلة الذّرّية؟
نحسب مساهمة كل نظير في الكتلة، ثم نجمع المساهمات:
مثال: الكلور. يوجد الكلور في الطبيعة خليطًا من نظيرين:
| النظير | الكتلة (amu) | نسبة وجوده |
|---|---|---|
| كلور-35 | 34.969 | 75.78% |
| كلور-37 | 36.966 | 24.22% |
- مساهمة الكلور-35: 34.969 amu × 0.7578 = 26.4995 amu
- مساهمة الكلور-37: 36.966 amu × 0.2422 = 8.9532 amu
- الكتلة الذّرّية المتوسطة: 26.4995 amu + 8.9532 amu = 35.4527 amu
لاحظ أن الناتج أقرب إلى 35 منه إلى 37؛ لأن الكلور-35 هو الأكثر وجودًا في الطبيعة.
✋ سؤال سريع
لعنصر نظيران نسبة وجودهما 90% و10%. الكتلة الذّرّية المتوسطة تكون أقرب إلى:
المتوسط موزون حسب نسب الوجود، فيقترب من كتلة النظير الأكثر وجودًا.
اعرض الإجابة
أ) كتلة النظير الذي نسبته 90% —المتوسط موزون حسب نسب الوجود، فيقترب من كتلة النظير الأكثر وجودًا.
مثال محلول: عنصر مجهول
احسب الكتلة الذّرّية المتوسطة للعنصر X من بيانات نظيريه، ثم حدّد العنصر:
| النظير | الكتلة (amu) | نسبة وجوده |
|---|---|---|
| X-6 | 6.015 | 7.59% |
| X-7 | 7.016 | 92.41% |
الحل:
- مساهمة X-6: 6.015 amu × 0.0759 = 0.4565 amu
- مساهمة X-7: 7.016 amu × 0.9241 = 6.483 amu
- الكتلة الذّرّية المتوسطة: 0.4565 amu + 6.483 amu = 6.939 amu
العنصر الذي كتلته الذّرّية 6.939 amu في الجدول الدوري هو الليثيوم (Li)، ويُستعمل طبيًا في علاج بعض الأمراض النفسية.
✋ سؤال سريع
للبورون نظيران: بورون-10 (كتلته 10.013 amu ونسبته 19.8%) وبورون-11 (كتلته 11.009 amu ونسبته 80.2%). ما الكتلة الذّرّية المتوسطة للبورون؟
10.013 × 0.198 + 11.009 × 0.802 = 1.983 + 8.829 = 10.81 amu
اعرض الإجابة
أ) 10.81 amu —10.013 × 0.198 + 11.009 × 0.802 = 1.983 + 8.829 = 10.81 amu
✋ سؤال سريع
للنحاس نظيران: نحاس-63 (كتلته 62.930 amu ونسبته 69.2%) ونحاس-65 (كتلته 64.928 amu ونسبته 30.8%). ما الكتلة الذّرّية المتوسطة للنحاس؟
62.930 × 0.692 + 64.928 × 0.308 = 43.548 + 19.998 = 63.55 amu
اعرض الإجابة
أ) 63.55 amu —62.930 × 0.692 + 64.928 × 0.308 = 43.548 + 19.998 = 63.55 amu
أحسنت! أنهيت «كتل الذّرّات»
📝 الخلاصة
- كتلتا البروتون والنيوترون نحو 1.67 × 10−24 g، وكتلة الإلكترون نحو 1 من 1840 منهما.
- وحدة الكتل الذّرّية (amu) تساوي 1 من 12 من كتلة ذرّة الكربون-12، وتساوي تقريبًا كتلة بروتون أو نيوترون واحد.
- الكتلة الذّرّية للعنصر هي المتوسط الموزون لكتل نظائره الموجودة في الطبيعة، لذلك لا تكون عددًا صحيحًا غالبًا.
- مساهمة كل نظير = كتلته × نسبة وجوده، والكتلة الذّرّية المتوسطة = مجموع المساهمات.