تجربة - كتاب العلوم - الصف 9 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

سؤال ماذا قرأت؟: كيف تكون الذرات الروابط التساهمية؟

الإجابة: تتكون ذرات بعض العناصر - من خلال الروابط التساهمية - جسيمات متعادلة؛ إذ تجري العدد نفسه من الشحنات الموجبة والسالبة. وهذه الجسيمات المتعادلة التي تتكون عند مشاركة الذرات في الإلكترونات تُسمى الجزيئات Molecules أو الجزيء. هو الوحدة الأساسية للمركبات الجزيئية. تأمل كيف تتكون الجزيئات من خلال مشاركة الإلكترونات في الشكل ١٧. لاحظ أنه لا يوجد أيونات في هذا التفاعل؛ لأنه لم يفقد أو يكتسب أي إلكترونات، والإلكترونات الأصلية ومنها كلوريد الصوديوم - لا يمكن تسميتها جزيئات؛ لأن الوحدة الأساسية لها هي الأيون، وليس الجزيء.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1: جدول المفاهيم الأساسية** | المفهوم | الوصف | |--------|-------| | **الذرة** | الوحدة الأساسية للعنصر، تحتوي على بروتونات موجبة وإلكترونات سالبة. | | **الرابطة التساهمية** | رابطة كيميائية تنشأ من **مشاركة** زوج أو أكثر من الإلكترونات بين ذرتين. | | **الجزيء** | جسيم متعادل يتكون من ذرتين أو أكثر مترابطتين بروابط تساهمية. |
2. **الخطوة 2: المبدأ المستخدم** مبدأ **مشاركة الإلكترونات** لتحقيق الاستقرار الإلكتروني، دون فقد أو كسب إلكترونات (كما في الروابط الأيونية).
3. **الخطوة 3: آلية تكوين الرابطة التساهمية** 1. تقترب ذرتان بحاجة إلى إلكترونات لملء مستوى طاقتها الخارجي (مثل الهيدروجين والكلور). 2. **تشارك** كل ذرة بإلكترون أو أكثر من مستوى الطاقة الخارجي لديها. 3. يصبح زوج الإلكترونات المشارك جزءاً من الغلاف الخارجي للذرتين معاً. 4. تؤدي هذه المشاركة إلى استقرار الذرتين، حيث يصبح عدد الإلكترونات في غلافهما الخارجي مماثلاً للغازات النبيلة القريبة.
4. **الخطوة 4: خصائص الناتج** - يتكون **جزيء** متعادل كهربائياً لأن: > عدد البروتونات الموجبة = عدد الإلكترونات السالبة. - لا توجد أيونات لأن العملية لم تتضمن انتقال إلكترونات كاملاً.
5. **الخطوة 5: الفرق بين المركب الجزيئي والأيوني** | نوع المركب | الوحدة الأساسية | آلية الترابط | مثال | |-------------|------------------|--------------|------| | **جزيئي** | الجزيء | مشاركة الإلكترونات | ماء (H₂O) | | **أيوني** | الأيون (كاتيون + أنيون) | انتقال إلكترونات (فقدان وكسب) | كلوريد الصوديوم (Na⁺Cl⁻) |
6. **الإجابة النهائية:** تتشكل **الروابط التساهمية** عندما تشارك ذرتان أو أكثر بالإلكترونات الموجودة في أغلفتها الخارجية لتحقيق الاستقرار الإلكتروني، مما ينتج عنه جسيمات متعادلة تسمى **الجزيئات**، وهي الوحدة الأساسية للمركبات الجزيئية.

سؤال 1: التحليل - 1: هل التوزيع الإلكتروني لذرتي الهيدروجين والكربون في جزيء الميثان يشبه التوزيع الإلكتروني لعناصر الغازات النبيلة؟ فسر إجابتك.

الإجابة: نعم، لأن ذرة الكربون تشارك بأربعة إلكترونات، وذرة الهيدروجين تشارك بإلكترون واحد، وبذلك تصل ذرة الكربون إلى حالة الاستقرار، وذرة الهيدروجين إلى حالة الاستقرار.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1: جدول المعطيات والمطلوب** | العنصر | الرمز | العدد الذري | التوزيع الإلكتروني قبل المشاركة | عدد إلكترونات التكافؤ | |--------|-------|-------------|-----------------------------------|------------------------| | الكربون | C | 6 | $1s^2 \, 2s^2 \, 2p^2$ | 4 إلكترونات | | الهيدروجين | H | 1 | $1s^1$ | 1 إلكترون | **المطلوب:** مقارنة التوزيع الإلكتروني للكربون والهيدروجين في جزيء **الميثان (CH₄)** بتوزيع الغازات النبيلة.
2. **الخطوة 2: المبدأ المستخدم** قاعدة **الثمانية** (للكربون) وقاعدة **الثنائي** (للهيدروجين)؛ حيث تسعى الذرات للمشاركة بالإلكترونات لتحقيق التوزيع الإلكتروني المستقر للغازات النبيلة الأقرب لها.
3. **الخطوة 3: تحليل ذرة الكربون في الميثان** 1. ذرة الكربون (C) تحتوي على **4 إلكترونات تكافؤ**. 2. لتحقيق الاستقرار (مثل **النيون**، الغاز النبيل القريب، الذي له 8 إلكترونات في غلافه الخارجي)، تحتاج إلى **4 إلكترونات إضافية**. 3. في جزيء الميثان، تشارك ذرة الكربون **بأربعة إلكترونات** مع أربع ذرات هيدروجين. 4. نتيجة المشاركة، يصبح للكربون إمكانية اعتبار **8 إلكترونات** (4 إلكترونات خاصة بها + 4 إلكترونات مشاركة من الهيدروجين) في غلافها الخارجي، مما يحقق قاعدة الثمانية.
4. **الخطوة 4: تحليل ذرة الهيدروجين في الميثان** 1. ذرة الهيدروجين (H) تحتوي على **1 إلكترون تكافؤ**. 2. لتحقيق الاستقرار (مثل **الهيليوم**، الغاز النبيل القريب، الذي له 2 إلكترون في غلافه الأول)، تحتاج إلى **1 إلكترون إضافي**. 3. في جزيء الميثان، تشارك كل ذرة هيدروجين **بإلكترونها الواحد** مع الكربون. 4. نتيجة المشاركة، يصبح لكل هيدروجين إمكانية اعتبار **2 إلكترون** (إلكترونها الخاص + إلكترون مشارك من الكربون) في غلافها، مما يحقق قاعدة الثنائي.
5. **الإجابة النهائية:** نعم، التوزيع الإلكتروني لذرة **الكربون** وذرات **الهيدروجين** في جزيء الميثان يصبح مشابهاً للتوزيع الإلكتروني المستقر للغازات النبيلة؛ حيث تحقق ذرة الكربون قاعدة **الثمانية** (مشابهة للنيون)، وتحقق كل ذرة هيدروجين قاعدة **الثنائي** (مشابهة للهيليوم)، وذلك من خلال **مشاركة الإلكترونات** في الروابط التساهمية.

سؤال 2: التحليل - 2: هل لجزيء الميثان شحنة كهربائية؟

الإجابة: لا، لأن عدد البروتونات يساوي عدد الإلكترونات.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1: جدول المعطيات والمطلوب** | الجزيء | الصيغة | عدد الذرات | نوع الرابطة | |--------|--------|-------------|-------------| | الميثان | CH₄ | 1 كربون + 4 هيدروجين | تساهمية | **المطلوب:** تحديد ما إذا كان لجزيء الميثان شحنة كهربائية صافية.
2. **الخطوة 2: المبدأ المستخدم** مبدأ **التعادل الكهربائي**: أي جسيم (ذرة، جزيء، أيون) يكون **متعادلاً كهربائياً** إذا كان عدد البروتونات الموجبة ($p^+$) يساوي تماماً عدد الإلكترونات السالبة ($e^-$). > الشحنة الصافية = $\sum(p^+) - \sum(e^-)$
3. **الخطوة 3: حساب عدد البروتونات والإلكترونات في جزيء الميثان (CH₄)** 1. **ذرة الكربون (C)**: العدد الذري = 6، لذا تحتوي على: - بروتونات: $6 p^+$ - إلكترونات: $6 e^-$ 2. **ذرة الهيدروجين (H)**: العدد الذري = 1، لذا تحتوي كل ذرة على: - بروتونات: $1 p^+$ - إلكترونات: $1 e^-$ 3. **المجموع في جزيء الميثان (CH₄)**: | المكون | عدد الذرات | مجموع البروتونات | مجموع الإلكترونات | |---------|-------------|-------------------|--------------------| | كربون | 1 | $1 \times 6 = 6$ | $1 \times 6 = 6$ | | هيدروجين | 4 | $4 \times 1 = 4$ | $4 \times 1 = 4$ | | **الإجمالي** | | **$6+4=10$ بروتون** | **$6+4=10$ إلكترون** |
4. **الخطوة 4: تحليل الشحنة الصافية** - الشحنة الصافية = (مجموع البروتونات) - (مجموع الإلكترونات) - الشحنة الصافية = $10 - 10 = 0$ > النتيجة: **صفر**، مما يعني عدم وجود فائض في الشحنة الموجبة أو السالبة.
5. **الخطوة 5: سبب التعادل في الروابط التساهمية** - في **الرابطة التساهمية** لا توجد عملية **فقدان** أو **كسب** كاملة للإلكترونات (كما في الرابطة الأيونية). - فقط تتم **مشاركة** الإلكترونات، لذا يبقى عدد الإلكترونات الإجمالي في الجزيء كما هو دون نقصان أو زيادة.
6. **الإجابة النهائية:** جزيء الميثان **متعادل كهربائياً وليس له شحنة صافية**، لأن إجمالي عدد البروتونات الموجبة (10) يساوي تماماً إجمالي عدد الإلكترونات السالبة (10)، وذلك نتيجة طبيعة **مشاركة الإلكترونات** في الروابط التساهمية المكونة له.

ما الرابطة الكيميائية التي تنشأ بين ذرات العناصر اللافلزية من خلال التشارك بالإلكترونات؟

• أ) الرابطة الأيونية
• ب) الرابطة الفلزية
• ج) الرابطة التساهمية
• د) الرابطة الهيدروجينية

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: الرابطة التساهمية

الشرح: الرابطة التساهمية هي نوع من الروابط الكيميائية تتشكل عندما تتشارك ذرتان أو أكثر في زوج أو أكثر من الإلكترونات، وغالبًا ما تحدث بين ذرات العناصر اللافلزية لتحقيق الاستقرار الإلكتروني.

تلميح: تذكر طبيعة العناصر التي تكوّن هذا النوع من الروابط وكيف تصل إلى الاستقرار.

التصنيف: تعريف | المستوى: سهل

ما الجسيمات المتعادلة التي تتكون عند مشاركة الذرات في الإلكترونات وتعد الوحدة الأساسية للمركبات الجزيئية؟

• أ) الأيونات
• ب) الذرات
• ج) الجزيئات
• د) النظائر

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: الجزيئات

الشرح: عندما تتشارك الذرات في الإلكترونات لتكوين روابط تساهمية، تتشكل جسيمات متعادلة كهربائياً تُسمى الجزيئات، وهي الوحدة الأساسية التي تبنى منها المركبات الجزيئية.

تلميح: هذه الجسيمات هي نتاج الروابط التساهمية وتكون مستقرة كهربائياً.

التصنيف: تعريف | المستوى: سهل

لماذا يصعب على ذرة الكربون أن تفقد أو تكتسب أربعة إلكترونات للوصول إلى حالة الاستقرار، وتلجأ بدلاً من ذلك إلى المشاركة بالإلكترونات؟

• أ) لأنها تمتلك عددًا قليلاً جدًا من البروتونات.
• ب) لأن فقد أو اكتساب هذا القدر من الإلكترونات يتطلب طاقة كبيرة جدًا.
• ج) لأنها لا تتفاعل مع أي عناصر أخرى.
• د) لأنها تفضل تكوين أيونات سالبة فقط.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: لأن فقد أو اكتساب هذا القدر من الإلكترونات يتطلب طاقة كبيرة جدًا.

الشرح: لكي تصل ذرة الكربون إلى حالة الاستقرار تحتاج إلى فقدان أو اكتساب أربعة إلكترونات. هذه العملية تتطلب طاقة كبيرة جداً، مما يجعلها صعبة الحدوث. لذلك، تلجأ ذرة الكربون إلى المشاركة بالإلكترونات لتكوين روابط تساهمية وتحقيق الاستقرار.

تلميح: فكر في مقدار الطاقة اللازمة للتأثير على عدد كبير من الإلكترونات في الغلاف الخارجي.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

هل لجزيء الميثان (CH₄) شحنة كهربائية صافية، ولماذا؟

• أ) نعم، لأنه يكتسب إلكترونات من ذرات الهيدروجين.
• ب) لا، ليس له شحنة كهربائية صافية؛ لأن العدد الإجمالي للبروتونات يساوي العدد الإجمالي للإلكترونات فيه.
• ج) نعم، لأنه يفقد بروتونات أثناء التفاعل.
• د) لا، لأن جميع الروابط التساهمية تكون مشحونة.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: لا، ليس له شحنة كهربائية صافية؛ لأن العدد الإجمالي للبروتونات يساوي العدد الإجمالي للإلكترونات فيه.

الشرح: جزيء الميثان متعادل كهربائياً وليس له شحنة صافية. في الروابط التساهمية، لا يحدث فقدان أو اكتساب كامل للإلكترونات، بل تتم المشاركة فقط. وهذا يعني أن العدد الإجمالي للبروتونات الموجبة في الجزيء يساوي تماماً العدد الإجمالي للإلكترونات السالبة، مما يلغي الشحنة الصافية.

تلميح: تذكر طبيعة الروابط التساهمية وما إذا كانت تتضمن فقدان أو اكتساب كامل للإلكترونات.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: متوسط

ما الوحدة الأساسية التي تتكون منها المركبات الجزيئية، وما الفرق بينها وبين الوحدة الأساسية للمركبات الأيونية؟

• أ) الوحدة الأساسية للمركبات الجزيئية هي 'الذرة'، بينما الأيونية هي 'الجزيء'.
• ب) الوحدة الأساسية للمركبات الجزيئية هي 'الجزيء'، بينما الوحدة الأساسية للمركبات الأيونية هي 'الأيون'.
• ج) الوحدة الأساسية للمركبات الجزيئية هي 'الأيون'، بينما الأيونية هي 'الذرة'.
• د) الوحدة الأساسية للمركبات الجزيئية والأيونية على حد سواء هي 'الذرة'.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: الوحدة الأساسية للمركبات الجزيئية هي 'الجزيء'، بينما الوحدة الأساسية للمركبات الأيونية هي 'الأيون'.

الشرح: تتكون المركبات الجزيئية من الجزيئات، وهي جسيمات متعادلة تنتج عن مشاركة الإلكترونات. أما المركبات الأيونية، فتتكون من أيونات (كاتيونات وأنيونات) تتشكل نتيجة انتقال كامل للإلكترونات.

تلميح: تذكر طبيعة كل نوع من المركبات وماذا يتشكل منها.

التصنيف: فرق بين مفهومين | المستوى: متوسط