الشكل ١٠ - كتاب العلوم - الصف 9 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

سؤال 1: حدد ما عدد إلكترونات مستوى الطاقة الخارجي لكل من النيتروجين والبروم؟

الإجابة: النيتروجين 5 إلكترونات، والبروم 7 إلكترونات.

خطوات الحل:

1. | المعطيات | القيمة/الرمز | |----------|--------------| | العنصر الأول | النيتروجين (N) | | العنصر الثاني | البروم (Br) | | المطلوب | عدد إلكترونات مستوى الطاقة الخارجي لكل عنصر |
2. **المبدأ المستخدم:** تُحدد إلكترونات مستوى الطاقة الخارجي (غلاف التكافؤ) من **التوزيع الإلكتروني** للعنصر، والذي يعتمد على عدده الذري.
3. **الخطوة 1: إيجاد العدد الذري لكل عنصر** - العدد الذري للنيتروجين (N) = **7** - العدد الذري للبروم (Br) = **35**
4. **الخطوة 2: كتابة التوزيع الإلكتروني** - النيتروجين (عدد إلكتروناته = 7): $1s^2\,2s^2\,2p^3$ ∴ مستوى الطاقة الخارجي هو **المستوى الثاني (n=2)** وبه $2 + 3 = 5$ إلكترونات. - البروم (عدد إلكتروناته = 35): $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^5$ أو $[Ar]\,4s^2\,3d^{10}\,4p^5$ ∴ مستوى الطاقة الخارجي هو **المستوى الرابع (n=4)** وبه $2 + 5 = 7$ إلكترونات.
5. **النتيجة النهائية:** تحتوي ذرة النيتروجين على **5 إلكترونات** في غلاف تكافؤها، بينما تحتوي ذرة البروم على **7 إلكترونات** في غلاف تكافؤها.

سؤال 2: هل ما عدد إلكترونات مستوى الطاقة الأول والثاني لذرة الأكسجين؟

الإجابة: المستوى الأول 2 إلكترون، المستوى الثاني 6 إلكترونات.

خطوات الحل:

1. | المعطيات | القيمة/الرمز | |----------|--------------| | العنصر | الأكسجين (O) | | المطلوب | عدد إلكترونات مستوى الطاقة الأول والثاني لذرة الأكسجين |
2. **القانون/المبدأ المستخدم:** 1. **التوزيع الإلكتروني** للعنصر. 2. **السعة القصوى** لكل مستوى طاقة تحددها قاعدة $2n^2$، ولكن التوزيع الفعلي يتبع مبدأ البناء التصاعدي (أوفي).
3. **الخطوة 1: إيجاد العدد الذري للأكسجين** - العدد الذري للأكسجين (O) = **8**، أي أن له 8 إلكترونات.
4. **الخطوة 2: كتابة التوزيع الإلكتروني لذرة الأكسجين** التوزيع الإلكتروني: $1s^2\,2s^2\,2p^4$
5. **الخطوة 3: تحديد عدد الإلكترونات في كل مستوى** > ملاحظة: يُعبِّر المستوى الرئيسي للطاقة (n) عن مجموعة من تحت المستويات (s, p, d, ...). 1. **مستوى الطاقة الأول (n=1):** - يحتوي فقط على تحت المستوى $1s$. - عدد الإلكترونات في $1s^2$ = **2 إلكترون**. 2. **مستوى الطاقة الثاني (n=2):** - يحتوي على تحت المستويين $2s$ و $2p$. - عدد الإلكترونات في $2s^2$ = 2 إلكترون. - عدد الإلكترونات في $2p^4$ = 4 إلكترونات. - المجموع = $2 + 4 =$ **6 إلكترونات**.
6. **النتيجة النهائية:** في ذرة الأكسجين، يستقر **إلكترونان** في مستوى الطاقة الأول، و**ستة إلكترونات** في مستوى الطاقة الثاني.

سؤال 3: عين أي إلكترونات الأكسجين لها طاقة أكبر: الإلكترونات التي في مستوى الطاقة الأول، أم التي في مستوى الطاقة الثاني؟

الإجابة: الإلكترونات في مستوى الطاقة الثاني.

خطوات الحل:

1. | المعطيات | القيمة/الرمز | |----------|--------------| | العنصر | الأكسجين (O) | | المطلوب | مقارنة طاقة الإلكترونات في مستوى الطاقة الأول بطاقة الإلكترونات في مستوى الطاقة الثاني |
2. **المبدأ العلمي المستخدم:** - **طاقة المستوى الإلكتروني** تتناسب طردياً مع رقمه الرئيسي $n$. - كلما **زاد رقم مستوى الطاقة (n)**، زادت **مسافة الإلكترونات عن النواة**، وأصبحت قوة الربط بها أضعف، وبالتالي **تزداد طاقة الإلكترونات** في ذلك المستوى.
3. **الخطوة 1: تحديد رقمي مستوى الطاقة** - مستوى الطاقة الأول: $n = 1$ - مستوى الطاقة الثاني: $n = 2$ > بما أن $2 > 1$، فإن مستوى الطاقة الثاني له رقم أكبر.
4. **الخطوة 2: تطبيق المبدأ** - الإلكترونات الموجودة في المستوى ذات الرقم الأكبر ($n=2$) تكون **أبعد عن النواة** وطاقتها **أعلى**. - الإلكترونات الموجودة في المستوى ذات الرقم الأصغر ($n=1$) تكون **أقرب إلى النواة** وطاقتها **أقل**.
5. **النتيجة النهائية:** **إلكترونات مستوى الطاقة الثاني** في ذرة الأكسجين تمتلك **طاقة أكبر** مقارنة بإلكترونات مستوى الطاقة الأول.

سؤال 4: التفكير الناقد: تزداد حجوم ذرات عناصر المجموعة الواحدة كلما اتجهنا إلى أسفل المجموعة في الجدول الدوري. فسر ذلك.

الإجابة: تزداد مستويات الطاقة ويزداد عدد الإلكترونات.

خطوات الحل:

1. | المعطيات | القيمة/الرمز | |----------|--------------| | الظاهرة | زيادة حجم ذرات عناصر المجموعة الواحدة نزولاً في الجدول الدوري | | المطلوب | تفسير هذه الظاهرة |
2. **المفاهيم الأساسية المستخدمة:** - **الحجم الذري:** نصف المسافة بين نواتي ذرتين متطابقتين في الرابطة التساهمية، أو نصف قطر الذرة. - **المجموعة في الجدول الدوري:** العمود الرأسي الذي يجمع العناصر ذات نفس عدد إلكترونات التكافؤ.
3. **الخطوة 1: تحليل التغير في التركيب الإلكتروني نزولاً في المجموعة** عند الانتقال من أعلى إلى أسفل أي مجموعة: 1. **يزداد العدد الذري (Z)**. 2. **يزداد عدد الإلكترونات الكلي**. 3. **يضاف مستوى (غلاف) طاقة رئيسي جديد** لكل صف (دورة) جديدة.
4. **الخطوة 2: تأثير إضافة مستويات الطاقة على الحجم** عند إضافة مستوى طاقة جديد: - توجد **الإلكترونات الخارجية (إلكترونات التكافؤ)** في مستوى طاقة **أبعد عن النواة**. - تزداد **المسافة بين النواة والإلكترونات الخارجية** بشكل ملحوظ. > **ملاحظة مهمة:** رغم أن زيادة العدد الذري تزيد من قوة جذب النواة للإلكترونات (بسبب زيادة الشحنة الموجبة)، إلا أن تأثير **زيادة المسافة** (بسبب إضافة مستويات طاقة) هو **الأقوى** في تحديد الحجم الذري.
5. **الخطوة 3: توضيح السبب النهائي** بسبب إضافة مستويات طاقة إلكترونية جديدة عند النزول في المجموعة، فإن **الإلكترونات الخارجية تشغل مناطق أبعد عن النواة**، مما يؤدي إلى **زيادة نصف القطر الذري**، وبالتالي **زيادة حجم الذرة**.
6. **التفسير النهائي:** يزداد الحجم الذري لعناصر المجموعة الواحدة عند الاتجاه إلى أسفل الجدول الدوري لأن **عدد مستويات الطاقة الإلكترونية يزداد**، مما يجعل الإلكترونات الخارجية تشغل حجماً أكبر وأبعد عن النواة.

سؤال 5: حل المعادلة بخطوة واحدة: يمكنك حساب الحد الأقصى للإلكترونات التي يستوعبها أي مستوى طاقة باستخدام الصيغة التالية: 2n² حيث تمثل "n" رقم مستوى الطاقة. احسب أقصى عدد من الإلكترونات يمكن أن يوجد في كل مستوى من مستويات الطاقة الخمسة الأولى.

الإجابة: n=1: 2(1)² = 2 n=2: 2(2)² = 8 n=3: 2(3)² = 18 n=4: 2(4)² = 32 n=5: 2(5)² = 50

خطوات الحل:

1. | المعطيات | القيمة/الرمز | |----------|--------------| | الصيغة | $2n^2$ | | الرمز $n$ | رقم مستوى الطاقة الرئيسي | | المطلوب | أقصى عدد إلكترونات للمستويات: $n = 1, 2, 3, 4, 5$ |
2. **القانون المستخدم:** **الحد الأقصى لعدد الإلكترونات في مستوى الطاقة الرئيسي $n$** يُعطى بالعلاقة: $$ \text{الحد الأقصى للإلكترونات} = 2 \times n^2 $$
3. **الخطوة 1: تطبيق القانون لكل قيمة من $n$** سنقوم بحساب $n^2$ أولاً، ثم نضرب الناتج في 2.
4. **الخطوة 2: إنشاء جدول للحسابات والنتائج** | مستوى الطاقة $(n)$ | حساب $n^2$ | حساب $2 \times n^2$ | **الحد الأقصى للإلكترونات** | |:-------------------:|:-----------:|:-------------------:|:-----------------------------:| | 1 | $1^2 = 1$ | $2 \times 1 = 2$ | **2** | | 2 | $2^2 = 4$ | $2 \times 4 = 8$ | **8** | | 3 | $3^2 = 9$ | $2 \times 9 = 18$ | **18** | | 4 | $4^2 = 16$ | $2 \times 16 = 32$ | **32** | | 5 | $5^2 = 25$ | $2 \times 25 = 50$ | **50** |
5. **النتيجة النهائية:** - **المستوى الأول (n=1)** يستوعب كحد أقصى **إلكترونين**. - **المستوى الثاني (n=2)** يستوعب كحد أقصى **8 إلكترونات**. - **المستوى الثالث (n=3)** يستوعب كحد أقصى **18 إلكتروناً**. - **المستوى الرابع (n=4)** يستوعب كحد أقصى **32 إلكتروناً**. - **المستوى الخامس (n=5)** يستوعب كحد أقصى **50 إلكتروناً**.

ما هو تعريف الروابط الكيميائية؟

• أ) القوى التي تربط الذرات بالنواة.
• ب) القوى التي تربط ذرتين إحداهما مع الأخرى.
• ج) القوى التي تحافظ على توازن الإلكترونات في مستوى الطاقة.
• د) القوى التي تشكل السحابة الإلكترونية حول النواة.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: هي القوى التي تربط ذرتين إحداهما مع الأخرى.

الشرح: الروابط الكيميائية هي القوى الأساسية التي تمسك الذرات معًا لتكوين الجزيئات والمركبات الكيميائية، مما يؤدي إلى استقرارها.

تلميح: فكر في كيفية ترابط الذرات لتكوين المركبات.

التصنيف: تعريف | المستوى: سهل

ما الذي يحدث لمستوى الطاقة الخارجي للذرة عندما ترتبط مع ذرات أخرى وتصبح أكثر استقراراً؟

• أ) يصبح مستوى طاقتها الخارجي فارغاً تماماً من الإلكترونات.
• ب) تزيد طاقة الإلكترونات في مستوى طاقتها الخارجي بشكل كبير.
• ج) يصبح مستوى طاقتها الخارجي يشبه مستوى الطاقة للغاز النبيل.
• د) تفقد جميع الإلكترونات في مستوى طاقتها الخارجي.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: يصبح مستوى طاقتها الخارجي يشبه مستوى الطاقة للغاز النبيل.

الشرح: تسعى الذرات إلى الوصول لحالة الاستقرار التي يكون فيها غلاف التكافؤ ممتلئًا، تمامًا مثل الغازات النبيلة. هذا الاستقرار يتم غالبًا عن طريق تكوين روابط كيميائية.

تلميح: تهدف الذرات عند الارتباط إلى تحقيق تكوين إلكتروني معين.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

كيف تتغير طاقة الإلكترونات في الذرة مع زيادة بعدها عن النواة؟

• أ) تقل طاقة الإلكترونات كلما زاد بعدها عن النواة.
• ب) لا تتغير طاقة الإلكترونات بغض النظر عن بعدها عن النواة.
• ج) تزداد طاقة الإلكترونات كلما زاد بعدها عن النواة (وزاد رقم مستوى الطاقة الرئيسي).
• د) تعتمد طاقة الإلكترونات على عددها فقط وليس على بعدها عن النواة.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: تزداد طاقة الإلكترونات كلما زاد بعدها عن النواة (وزاد رقم مستوى الطاقة الرئيسي).

الشرح: طاقة المستوى الإلكتروني تتناسب طردياً مع رقمه الرئيسي (n). كلما زاد رقم مستوى الطاقة، زادت مسافة الإلكترونات عن النواة، وبالتالي تزداد طاقتها لأنها تكون أقل ارتباطاً بالنواة.

تلميح: فكر في العلاقة بين بعد الإلكترون عن النواة وقوة جذبه.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

ما هو التفسير العلمي لازدياد الحجم الذري لعناصر المجموعة الواحدة عند الانتقال إلى أسفل الجدول الدوري؟

• أ) تزداد قوة جذب النواة للإلكترونات الخارجية بشكل أكبر.
• ب) يقل عدد مستويات الطاقة الإلكترونية، مما يقرب الإلكترونات الخارجية من النواة.
• ج) يزداد عدد مستويات الطاقة الإلكترونية، مما يجعل الإلكترونات الخارجية تشغل حجماً أكبر وأبعد عن النواة.
• د) تزداد كثافة الإلكترونات حول النواة، مما يؤدي إلى انكماش الحجم الذري.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: يزداد عدد مستويات الطاقة الإلكترونية، مما يجعل الإلكترونات الخارجية تشغل حجماً أكبر وأبعد عن النواة.

الشرح: عند الانتقال إلى أسفل أي مجموعة في الجدول الدوري، يضاف مستوى طاقة رئيسي جديد لكل عنصر، مما يزيد المسافة بين الإلكترونات الخارجية والنواة بشكل كبير. هذا التوسع في المدارات الخارجية هو السبب الرئيسي لزيادة الحجم الذري.

تلميح: ركز على التغيرات في التركيب الإلكتروني للذرات داخل المجموعة الواحدة.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: صعب

باستخدام الصيغة $2n^2$، ما هو أقصى عدد من الإلكترونات يمكن أن يستوعبه مستوى الطاقة الرابع (n=4)؟

• أ) 8 إلكترونات.
• ب) 18 إلكتروناً.
• ج) 32 إلكتروناً.
• د) 50 إلكتروناً.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: 32 إلكتروناً.

الشرح: لحساب أقصى عدد من الإلكترونات في مستوى طاقة معين، نستخدم الصيغة $2n^2$. عند n=4، يكون الحساب: $2 imes (4)^2 = 2 imes 16 = 32$.

تلميح: اضرب مربع رقم المستوى في 2.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: متوسط