Die Druckversion wird nicht mehr unterstützt und kann Darstellungsfehler aufweisen. Bitte aktualisiere deine Browser-Lesezeichen und verwende stattdessen die Standard-Druckfunktion des Browsers.

البنية الذرية والروابط الكيميائية

مقدمة

تبدأ الكيمياء من سؤال بسيط وعميق في الوقت نفسه: كيف تحدد البنية المجهرية للمادة خواصها التي نلاحظها في العالم من حولنا؟ للإجابة ستنتقل من مكونات الذرة إلى توزيع الإلكترونات، ثم إلى الجدول الدوري والاتجاهات الدورية، وأخيرا إلى كيفية تشكل الروابط الأيونية والتساهمية والفلزية وعلاقة كل نوع من البنية بالصلابة والتوصيل والذوبان ودرجات الانصهار وغيرها من الخواص.

هذه الدورة موجهة إلى طلاب المرحلة الثانوية العليا. يفترض أن تكون لديك معرفة أولية بمعاني العنصر والمركب والشحنة الكهربائية وبالرموز الكيميائية الأساسية. ستحتاج أيضا إلى قراءة بسيطة للجداول والرسوم، وإلى القدرة على تفسير الأنماط بدلا من حفظها فقط.

يعطي نموذج بور صورة تعليمية مفيدة عن مستويات الطاقة، لكنه ليس وصفا كاملا للإلكترون في الذرة الحديثة. ستتعلم لماذا نستخدم اليوم فكرة المدارات الذرية واحتمالات وجود الإلكترون بدلا من تصور مسارات كوكبية ثابتة.

أهداف التعلم

بعد إكمال هذه الدورة ستكون قادرا على أن:

تميز بين البروتون والنيوترون والإلكترون، وتربط عدد البروتونات بهوية العنصر.
تفسر العدد الذري والعدد الكتلي والنظائر والأيونات تفسيرا صحيحا.
تقارن بين نموذج بور والوصف الكمي الحديث للذرة دون الخلط بينهما.
تكتب توزيعات إلكترونية مناسبة للعناصر الرئيسة وتحدد إلكترونات التكافؤ.
تفسر الاتجاهات العامة لنصف القطر الذري وطاقة التأين والسالبية الكهربية باستخدام الشحنة النووية الفعالة والحجب الإلكتروني.
تميز بين الروابط الأيونية والتساهمية والفلزية وتستدل على نوع الرابطة من طبيعة الذرات والبنية.
تربط بين البنية المجهرية للمادة وخواصها مثل التوصيل والصلابة والهشاشة ودرجات الانصهار والذوبان.
تستخدم النماذج والمحاكاة والبيانات لبناء تفسير علمي مدعوم بالأدلة.

مكونات الذرة وتطور النماذج الذرية

النواة والإلكترونات

تتكون الذرة من نواة صغيرة جدا وموجبة الشحنة تحتوي على البروتونات والنيوترونات، وتحيط بها منطقة واسعة توجد فيها الإلكترونات باحتمالات مختلفة. شحنة البروتون موجبة، وشحنة الإلكترون سالبة بالمقدار نفسه، أما النيوترون فمتعادل كهربائيا. معظم كتلة الذرة متمركزة في النواة لأن كتلة الإلكترون صغيرة جدا مقارنة بكتلتي البروتون والنيوترون.

العدد الذري هو عدد البروتونات في النواة، وهو الذي يحدد هوية العنصر. إذا كان العدد الذري يساوي 8 فالعنصر هو الأكسجين مهما اختلف عدد النيوترونات أو الإلكترونات. في الذرة المتعادلة يتساوى عدد الإلكترونات مع عدد البروتونات. أما العدد الكتلي لنظير معين فيساوي مجموع البروتونات والنيوترونات.

النظائر ذرات للعنصر نفسه لها العدد نفسه من البروتونات وتختلف في عدد النيوترونات. والأيون يتكون عندما تفقد الذرة إلكترونات أو تكتسبها؛ فقدان الإلكترونات يعطي كاتيونا موجبا، واكتسابها يعطي أنيونا سالبا. لا تتحول ذرة الصوديوم إلى عنصر آخر عندما تفقد إلكترونا، لأن عدد بروتوناتها لا يتغير.

محاكاة عربية تفاعلية: بناء الذرة تتيح لك إضافة البروتونات والنيوترونات والإلكترونات وملاحظة أثر كل جسيم في هوية العنصر وشحنته وكتلته.

من دالتون إلى الوصف الكمي

قدمت النماذج الذرية المتعاقبة تفسيرات متزايدة الدقة. تصور دالتون الذرات كوحدات مادية صغيرة للعناصر، ثم أظهر اكتشاف الإلكترون أن الذرة قابلة للتجزئة إلى جسيمات أصغر. قادت تجربة رذرفورد إلى نموذج النواة المركزة الموجبة، ثم اقترح بور مستويات طاقة محددة للإلكترون ونجح نموذجه خصوصا في تفسير طيف الهيدروجين.

في الوصف الكمي الحديث لا نصف الإلكترون بأنه يدور في مسار دائري محدد. نستخدم دالة احتمالية تقود إلى مناطق تسمى المدارات الذرية، وهي مناطق يكون احتمال وجود الإلكترون فيها مرتفعا. لذلك ينبغي أن تتعامل مع رسم بور كأداة تعليمية لمستويات الطاقة، لا كصورة حرفية لحركة الإلكترون.

البنية الإلكترونية والمدارات

مستويات الطاقة والمستويات الفرعية

تنتظم الإلكترونات في مستويات طاقة رئيسة، وداخلها مستويات فرعية يرمز إليها بالحروف العلمية s وp وd وf. يحتوي المستوى الفرعي s على مدار واحد يسع إلكترونين، ويحتوي p على ثلاثة مدارات تسع ستة إلكترونات، وd على خمسة مدارات تسع عشرة إلكترونات، وf على سبعة مدارات تسع أربعة عشر إلكترونا.

تتبع كتابة التوزيع الإلكتروني ثلاث أفكار أساسية. مبدأ البناء يعني أن الإلكترونات تشغل المدارات الأقل طاقة أولا في الحالة الأرضية. مبدأ استبعاد باولي يعني أن المدار الواحد يسع إلكترونين كحد أقصى ويختلفان في اتجاه اللف المغزلي. قاعدة هوند تعني أن المدارات المتساوية في الطاقة داخل المستوى الفرعي تشغل أولا بإلكترونات منفردة قبل حدوث الازدواج.

مثلا، توزيع الصوديوم في حالته الأرضية هو 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹، ولذلك يمتلك إلكترونا واحدا في أعلى مستوى رئيس مشغول. أما الكلور فتوزيعه 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵، وله سبعة إلكترونات تكافؤ. هذا الاختلاف يفسر لماذا يميل الصوديوم إلى فقد إلكترون، بينما يميل الكلور في كثير من مركباته إلى اكتساب إلكترون أو المشاركة بالإلكترونات.

إلكترونات التكافؤ وأهميتها

إلكترونات التكافؤ هي الإلكترونات الأكثر ارتباطا بالسلوك الكيميائي، ولا سيما في عناصر المجموعات الرئيسة. الذرات لا تسعى بوعي إلى إكمال غلاف، لكن تكوينات إلكترونية معينة تكون أقل طاقة وأكثر استقرارا في ظروف محددة. لذلك تعد قاعدة الثمانية أداة تقريبية مفيدة لكثير من مركبات العناصر الرئيسة وليست قانونا بلا استثناءات. الهيدروجين يستقر غالبا حول إلكترونين، وبعض الجزيئات تمتلك عددا فرديا من الإلكترونات، ويمكن لعناصر من الدورة الثالثة وما بعدها أن تظهر تراكيب لا تنطبق عليها الصيغة المبسطة للثمانية.

الجدول الدوري والاتجاهات الدورية

الجدول الدوري ليس مجرد قائمة للعناصر؛ إنه خريطة للبنية الإلكترونية. عناصر المجموعة الواحدة في المجموعات الرئيسة تمتلك أنماطا متشابهة في إلكترونات التكافؤ، ولذلك تتشابه جوانب كثيرة من كيميائها. أما رقم الدورة فيرتبط بأعلى مستوى رئيس مشغول في الحالة الأرضية للعناصر الرئيسة.

الشحنة النووية الفعالة والحجب

لفهم الاتجاهات الدورية تحتاج إلى فكرتين. الأولى هي الشحنة النووية الفعالة، أي مقدار الجذب الصافي الذي يشعر به إلكترون معين من النواة بعد أخذ تنافر الإلكترونات الأخرى في الحسبان. والثانية هي الحجب الإلكتروني؛ فالإلكترونات الداخلية تقلل من تأثير جذب النواة في إلكترونات التكافؤ الخارجية.

عبر الدورة من اليسار إلى اليمين يزداد عدد البروتونات بينما تضاف إلكترونات التكافؤ إلى المستوى الرئيس نفسه في معظم عناصر المجموعات الرئيسة. لذلك تزداد الشحنة النووية الفعالة عادة، فينكمش نصف القطر الذري بوجه عام. نزولا في المجموعة تضاف مستويات طاقة رئيسة جديدة ويزداد الحجب، لذلك يزداد نصف القطر الذري غالبا.

نصف القطر وطاقة التأين والسالبية الكهربية

نصف القطر الذري مقياس لحجم الذرة ويعتمد تعريفه العملي على نوع الترابط والقياس. طاقة التأين الأولى هي الطاقة اللازمة لإزالة إلكترون من ذرة غازية متعادلة في حالتها الأرضية. ترتفع طاقة التأين عموما عبر الدورة، وتنخفض عموما نزولا في المجموعة، مع وجود استثناءات مهمة بسبب بنية المستويات الفرعية والتنافر بين الإلكترونات.

السالبية الكهربية تصف قدرة الذرة المرتبطة على جذب كثافة الإلكترونات في الرابطة نحوها. ترتفع عموما نحو أعلى يمين الجدول الدوري بين العناصر التي تقاس لها هذه الخاصية عادة، ويعد الفلور الأعلى سالبية في مقياس باولنغ. فرق السالبية يساعد في تقدير قطبية الرابطة، لكن الحدود الفاصلة بين الأيونية والتساهمية تقريبية، وكثير من الروابط لها طابع مختلط.

الاتجاه في الجدول الدوري	نصف القطر الذري	طاقة التأين الأولى	السالبية الكهربية
عبر الدورة من اليسار إلى اليمين	ينخفض غالبا	ترتفع غالبا	ترتفع غالبا
نزولا في المجموعة	يزداد غالبا	تنخفض غالبا	تنخفض غالبا

لا تحفظ الأسهم وحدها. اسأل دائما: هل تغير عدد مستويات الطاقة؟ هل زادت الشحنة النووية الفعالة؟ هل ازداد الحجب؟ بهذه الأسئلة تستطيع تفسير الاتجاه بدلا من استظهاره.

الرابطة الأيونية

تتكون الرابطة الأيونية عندما توجد أيونات موجبة وسالبة تتجاذب بقوى كهروستاتيكية في بنية ممتدة. يحدث ذلك كثيرا عند تفاعل فلزات منخفضة نسبيا في طاقة التأين مع لافلزات قادرة على استقرار شحنة سالبة. المثال المدرسي الشائع هو كلوريد الصوديوم: يفقد الصوديوم إلكترونا مكونا Na⁺، ويكتسب الكلور إلكترونا مكونا Cl⁻، ثم تنتظم الأيونات في شبكة بلورية ثلاثية الأبعاد.

من المهم التمييز بين انتقال الإلكترون والرابطة نفسها. انتقال الإلكترون يكوّن الأيونات، أما الرابطة الأيونية فهي التجاذب الكهروستاتيكي بين الأيونات المتعاكسة داخل البنية. لا توجد في بلورة كلوريد الصوديوم جزيئات منفصلة من NaCl بالمعنى نفسه الموجود في كثير من المركبات التساهمية الجزيئية؛ بل توجد شبكة ممتدة بنسبة عددية منتظمة من الأيونات.

العلاقة بين البنية والخواص: التجاذبات الكهروستاتيكية القوية في الشبكة تجعل كثيرا من المركبات الأيونية مواد صلبة ذات درجات انصهار مرتفعة نسبيا. وهي غالبا هشة؛ فعند انزلاق طبقات الشبكة قد تتقابل أيونات متماثلة الشحنة فيحدث تنافر يؤدي إلى كسر البلورة. في الحالة الصلبة تكون الأيونات مقيدة في مواقعها فلا توصل الكهرباء عادة، أما عند الانصهار أو الذوبان في الماء إذا كان المركب قابلا للذوبان فتصبح الأيونات متحركة ويمكن للمادة أن توصل التيار.

الرابطة التساهمية وبنية الجزيئات

في الرابطة التساهمية تتشارك الذرات كثافة إلكترونية. يحدث هذا كثيرا بين ذرات اللافلزات. الرابطة الأحادية تتضمن عادة زوجا إلكترونيا رابطا واحدا، وقد توجد روابط ثنائية أو ثلاثية عندما تشارك الذرات بعدد أكبر من أزواج الإلكترونات. مشاركة الإلكترونات لا تعني دائما تقاسما متساويا؛ إذا اختلفت السالبية الكهربية تنجذب كثافة الإلكترونات أكثر نحو الذرة الأعلى سالبية فتكون الرابطة قطبية.

شكل الجزيء والقطبية

يعتمد شكل كثير من الجزيئات على تنافر مناطق كثافة الإلكترونات حول الذرة المركزية. تساعد فكرة تنافر أزواج إلكترونات غلاف التكافؤ في توقع الأشكال الأساسية. فالميثان له شكل رباعي السطوح تقريبا، والأمونيا هرمية ثلاثية، والماء منحني. وجود روابط قطبية لا يضمن أن الجزيء كله قطبي؛ يجب جمع اتجاهات ثنائيات القطب مع مراعاة الشكل الهندسي.

في الماء تكون روابط الأكسجين والهيدروجين قطبية، وبسبب الشكل المنحني لا تلغي اتجاهات القطبية بعضها بعضا، ولذلك يكون للجزيء عزم ثنائي قطب صاف. هذا يؤثر في قوى التجاذب بين جزيئات الماء وفي كثير من خواصه الفيزيائية.

محاكاة عربية تفاعلية: أشكال الجزيئات تساعدك على تغيير عدد مناطق الإلكترونات ومشاهدة أثرها في الشكل والزوايا.

مواد جزيئية وشبكات تساهمية

لا تكفي عبارة "مادة تساهمية" وحدها للتنبؤ بالخواص؛ يجب معرفة نوع البنية. كثير من المواد التساهمية الجزيئية تتكون من جزيئات منفصلة ترتبط فيما بينها بقوى بين جزيئية أضعف من الروابط داخل الجزيء، ولذلك قد تكون درجات انصهارها وغليانها أقل من مواد الشبكات الأيونية أو التساهمية الممتدة.

أما الشبكات التساهمية مثل الماس فتتكون من عدد هائل من الذرات المرتبطة تساهميا في بنية ممتدة، ولذلك تكون شديدة الصلابة ومرتفعة درجة الانصهار أو التسامي. الجرافيت أيضا شبكة تساهمية، لكنه ذو طبقات؛ توجد روابط قوية داخل الطبقات وتفاعلات أضعف بينها، كما توجد إلكترونات قادرة على الحركة داخل البنية، ولذلك يجمع بين الليونة النسبية والتوصيل الكهربائي. هذا مثال واضح على أن نوع الذرات وحده لا يحدد الخاصية؛ الهندسة والترابط الإلكتروني حاسمان أيضا.

الرابطة الفلزية

في الفلزات تنتظم النوى الأيونية الموجبة نسبيا في شبكة، بينما تكون إلكترونات التكافؤ غير متمركزة على رابطة واحدة بعينها وقادرة على الحركة خلال البنية. يشار إلى هذا أحيانا بنموذج "بحر الإلكترونات"، وهو تبسيط تعليمي لفكرة إلكترونات ممتدة عبر البلورة.

تفسر الإلكترونات المتحركة التوصيل الكهربائي والتوصيل الحراري الجيدين في كثير من الفلزات. كما أن الترابط الفلزي غير اتجاهي بالقدر نفسه الموجود في كثير من الروابط التساهمية؛ لذلك يمكن لطبقات الذرات أن تنزلق من دون انهيار الترابط كله، فتظهر قابلية الطرق والسحب. ومع ذلك تختلف الفلزات كثيرا في الصلابة ودرجة الانصهار لأن قوة الترابط والبنية البلورية وعدد الإلكترونات المشاركة تختلف من فلز إلى آخر.

محاكاة عربية تفاعلية: التفاعلات الذرية تتيح لك استكشاف كيف تتغير طاقة نظام مكون من ذرتين مع المسافة بينهما، وهو مدخل مهم لفهم التوازن بين قوى التجاذب والتنافر في تكوين الروابط.

من البنية إلى الخواص

التنبؤ الجيد بالخواص يبدأ من السؤال عن الوحدات البنائية ثم نوع التجاذب ثم قدرة الجسيمات المشحونة على الحركة. استخدم الجدول التالي كإطار تفكير لا كقائمة جامدة، لأن الاستثناءات موجودة وتفاصيل البنية مهمة.

نوع البنية	ما الذي يمسك البنية معا؟	التوصيل الكهربائي	السلوك الميكانيكي	درجات الانصهار المتوقعة
شبكة أيونية	تجاذب بين كاتيونات وأنيونات	ضعيف في الصلب وجيد عند حركة الأيونات	صلبة وهشة غالبا	مرتفعة غالبا
جزيئات تساهمية منفصلة	روابط تساهمية داخل الجزيء وقوى بين جزيئية بين الجزيئات	ضعيف غالبا	متنوع وقد تكون المواد لينة أو متطايرة	منخفضة إلى متوسطة غالبا بحسب القوى بين الجزيئية
شبكة تساهمية ممتدة	روابط تساهمية عبر البنية	ضعيف في الماس وقد يكون جيدا في الجرافيت	شديدة الصلابة في بعض الشبكات	مرتفعة جدا غالبا
شبكة فلزية	تجاذب بين مراكز موجبة وإلكترونات غير متمركزة	جيد غالبا	قابلة للطرق والسحب غالبا	متغيرة من فلز إلى آخر

للتطبيق، قارن النحاس وكلوريد الصوديوم والماس والشمع. النحاس موصل وقابل للسحب لأن إلكتروناته الممتدة تتحرك خلال الشبكة الفلزية. بلورة كلوريد الصوديوم صلبة وهشة ولا توصل في حالتها الصلبة لأن الأيونات ثابتة. الماس شديد الصلابة لأن الروابط التساهمية تمتد في شبكة ثلاثية الأبعاد. الشمع يتكون أساسا من جزيئات كبيرة منفصلة تتجاذب بقوى بين جزيئية، ولذلك يلين وينصهر عند درجات أقل بكثير من الماس.

مفاهيم شائعة تحتاج إلى تصحيح

الإلكترون ليس كوكبا صغيرا يدور في مسار دائري محدد. هذا تصوير خاص بنموذج تاريخي مفيد، بينما الوصف الحديث احتمالي ويعتمد المدارات.

الرابطة الأيونية ليست مجرد نقل إلكترون. النقل يكوّن الأيونات، أما الرابطة فهي التجاذب بين الشحنات المتعاكسة في البنية.

القاعدة الثمانية ليست قاعدة مطلقة. إنها نمط مفيد لكثير من عناصر المجموعات الرئيسة، لكنها لا تفسر كل الجزيئات والأيونات.

كل مادة تساهمية ليست منخفضة الانصهار. الشبكات التساهمية الممتدة قد تكون شديدة الصلابة ومرتفعة الانصهار، كما في الماس.

الاتجاهات الدورية ليست خطوطا بلا استثناءات. التوزيع في المستويات الفرعية والتنافر الإلكتروني يؤديان إلى انحرافات عن الاتجاه العام، لذلك استخدم الاتجاهات للتفسير والمقارنة مع إدراك حدودها.

مهام تفاعلية

اختبار: اختبر معرفتك

ما الذي يحدد هوية العنصر الكيميائي تحديدا مباشرا؟ (عدد البروتونات) (!عدد النيوترونات) (!عدد مستويات الطاقة) (!عدد الروابط)

كم إلكترونا يمكن أن يستوعبه المستوى الفرعي p عند امتلائه؟ (ستة إلكترونات) (!إلكترونان) (!أربعة إلكترونات) (!عشرة إلكترونات)

ما الاتجاه العام لنصف القطر الذري عبر دورة من اليسار إلى اليمين؟ (ينخفض غالبا) (!يزداد دائما) (!يبقى ثابتا) (!يتغير عشوائيا فقط)

ما الاتجاه العام للسالبية الكهربية عند النزول في مجموعة رئيسة؟ (تنخفض غالبا) (!ترتفع دائما) (!تبقى مساوية للصفر) (!لا ترتبط بالبنية الإلكترونية)

ما أفضل وصف للرابطة الأيونية؟ (تجاذب كهروستاتيكي بين أيونات متعاكسة الشحنة) (!مشاركة متساوية دائما لزوج إلكتروني) (!تجاذب بين نيوترونات الذرات) (!حركة بروتونات بين النوى)

لماذا لا يوصل كلوريد الصوديوم الصلب الكهرباء عادة؟ (لأن أيوناته مقيدة في مواقع الشبكة) (!لأنه لا يحتوي على جسيمات مشحونة) (!لأن ذراته تتحول إلى غاز) (!لأن إلكتروناته كلها حرة الحركة)

ما السمة الأساسية للرابطة التساهمية؟ (تشارك الذرات كثافة إلكترونية) (!انتقال النيوترونات بين الذرات) (!تكون شبكة من البروتونات الحرة) (!اختفاء الشحنة النووية)

لماذا يكون الماس شديد الصلابة؟ (لأنه شبكة تساهمية ممتدة ثلاثية الأبعاد) (!لأنه مكون من جزيئات منفصلة ضعيفة التجاذب) (!لأنه يحتوي على أيونات حرة الحركة) (!لأنه فلز ذو إلكترونات حرة)

ما الذي يفسر التوصيل الكهربائي الجيد في كثير من الفلزات؟ (وجود إلكترونات غير متمركزة قادرة على الحركة) (!ثبات جميع الإلكترونات حول ذرة واحدة) (!انتقال النيوترونات بين مواقع الشبكة) (!غياب الشحنات تماما)

لماذا يعد جزيء الماء قطبيا؟ (لأن روابطه قطبية وشكله المنحني يعطي عزم قطب صافيا) (!لأن ذراته الثلاث متساوية في السالبية) (!لأنه يحتوي على رابطة فلزية) (!لأن شكله الخطي يلغي كل القطبية)

لعبة الذاكرة

البروتون	جسيم نووي موجب يحدد عدده هوية العنصر
النيوترون	جسيم نووي متعادل يؤثر عدده في النظير والعدد الكتلي
إلكترون التكافؤ	إلكترون في الجزء الخارجي من البنية الإلكترونية يشارك بقوة في السلوك الكيميائي
طاقة التأين	طاقة لازمة لإزالة إلكترون من ذرة غازية متعادلة
السالبية الكهربية	قدرة الذرة المرتبطة على جذب كثافة الإلكترونات نحوها
الرابطة الأيونية	تجاذب بين كاتيونات وأنيونات في بنية
الرابطة الفلزية	ترابط في شبكة فلزية تشارك فيه إلكترونات غير متمركزة

السحب والإفلات

طابق الوصف البنيوي مع النتيجة الصحيحة.	العلاقة بين البنية والخاصية
ذرات فلزية في شبكة مع إلكترونات غير متمركزة	رابطة فلزية وتوصيل كهربائي جيد غالبا
كاتيونات وأنيونات في شبكة بلورية	رابطة أيونية وصلابة وهشاشة شائعتان
ذرتان لافلزيتان تتشاركان زوجا إلكترونيا	رابطة تساهمية
شبكة تساهمية ممتدة ثلاثية الأبعاد	صلابة مرتفعة غالبا
جزيئات منفصلة بقوى بين جزيئية ضعيفة نسبيا	درجات انصهار أقل عادة من الشبكات الممتدة

كلمات متقاطعة

بروتون	ما الجسيم النووي الموجب الذي يحدد عدده هوية العنصر؟
نيوترون	ما الجسيم النووي المتعادل الذي يختلف عدده بين نظائر العنصر؟
تساهمية	ما نوع الرابطة التي تقوم على تشارك الكثافة الإلكترونية بين الذرات؟
أيونية	ما نوع الرابطة الناتجة عن التجاذب بين أيونات متعاكسة الشحنة؟
فلزية	ما نوع الرابطة المرتبطة بإلكترونات غير متمركزة في شبكة من الذرات الفلزية؟
كهروسالبية	ما الخاصية التي تصف قدرة الذرة المرتبطة على جذب كثافة الإلكترونات؟

مهام مفتوحة

سهل

ارسم ذرة وفسرها: اختر عنصرا من الدورات الثلاث الأولى، وارسم له تمثيلا تعليميا بمستويات الطاقة، ثم اكتب فقرة توضح لماذا لا يمثل هذا الرسم مسارا حرفيا للإلكترون.
خريطة الاتجاهات الدورية: أنشئ مخططا عربيا يبين اتجاهات نصف القطر وطاقة التأين والسالبية، وأضف تحت كل سهم سببا مرتبطا بالشحنة النووية الفعالة أو الحجب.
بطاقات أنواع الروابط: اصنع بطاقات لست مواد مألوفة وصنف البنية المتوقعة لكل منها إلى أيونية أو تساهمية جزيئية أو شبكة تساهمية أو فلزية، مع جملة تفسير واحدة لكل بطاقة.
ملاحظة مواد آمنة: افحص بصريا وتحت إشراف مناسب عينات آمنة مثل سلك نحاس وبلورة ملح وقطعة شمع، وسجل الصلابة النسبية والمرونة والمظهر ثم اربط ملاحظاتك بالبنية المتوقعة.

متوسط

تحقيق رقمي في بناء الذرة: استخدم محاكاة بناء الذرة العربية، وأنشئ عدة ذرات وأيونات ونظائر ثم سجل كيف يؤثر تغيير كل من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات في الهوية والكتلة والشحنة.
مقارنة أشكال الجزيئات: استخدم محاكاة أشكال الجزيئات لمقارنة الماء والأمونيا والميثان، وارسم الأشكال وفسر أثر الأزواج الإلكترونية غير الرابطة في الهندسة والقطبية.
اختبار توصيل منخفض الجهد: بإشراف المعلم وباستخدام مصدر جهد منخفض آمن، قارن توصيل مادة فلزية وماء مقطر ومحلول ملحي، ثم اشرح النتائج بحسب الجسيمات القادرة على الحركة.
مقابلة مهنية قصيرة: أجر مقابلة مع فني مختبر أو مهندس أو معلم علوم حول كيفية اختيار مادة لخاصية معينة مثل التوصيل أو الصلابة، ثم لخص العلاقة بين البنية المجهرية والاختيار العملي.

متقدم

تشخيص مادة مجهولة: صمم جدول أدلة لمادة افتراضية تتضمن حالتها الفيزيائية وهشاشتها وذوبانها وتوصيلها في الصلب والمصهور، ثم استنتج نوع البنية الأكثر ترجيحا ودافع عن استنتاجك.
فيديو من البنية إلى الخاصية: أنشئ فيديو علميا قصيرا باللغة العربية يشرح سلسلة سببية كاملة من التوزيع الإلكتروني إلى نوع الرابطة ثم البنية ثم خاصية قابلة للملاحظة، مستخدما رسوما من إنتاجك أو وسائط مرخصة.
تحليل بيانات دورية: اجمع من مصدر علمي موثوق بيانات نصف القطر أو طاقة التأين لعناصر متتالية في دورة ومجموعة، ومثلها بيانيا ثم حدد الاتجاه العام والاستثناءات وفسرها بنيويا.
تصميم مادة بخصائص مستهدفة: اقترح مادة أو بنية نموذجية يجب أن تجمع بين خاصيتين مثل التوصيل والمرونة أو الصلابة والعزل، وحدد نوع الترابط والبنية التي تتوقع أن تحقق ذلك وناقش حدود اقتراحك.

مجالات تعلم مرتبطة

البنية الذرية والروابط الكيميائية

مسرد

المصطلح	التعريف
العدد الذري	عدد البروتونات في نواة الذرة، وهو الذي يحدد هوية العنصر.
العدد الكتلي	مجموع عدد البروتونات والنيوترونات في نواة نظير معين.
النظير	ذرة لعنصر معين لها عدد البروتونات نفسه وتختلف في عدد النيوترونات.
الأيون	ذرة أو مجموعة ذرات تحمل شحنة صافية بسبب فقد إلكترونات أو اكتسابها.
المدار الذري	وصف كمي لمنطقة احتمالية مرتبطة بإلكترون في الذرة.
إلكترون التكافؤ	إلكترون خارجي يشارك بدرجة كبيرة في تكوين الروابط والسلوك الكيميائي.
الشحنة النووية الفعالة	مقدار الجذب الصافي الذي يشعر به إلكترون من النواة بعد تأثير الحجب والتنافر الإلكتروني.
الحجب الإلكتروني	تقليل جذب النواة لإلكترون خارجي بسبب وجود إلكترونات أخرى بينه وبين النواة.
طاقة التأين	الطاقة اللازمة لإزالة إلكترون من ذرة غازية متعادلة في حالتها الأرضية.
السالبية الكهربية	مقياس لقدرة الذرة المرتبطة على جذب كثافة الإلكترونات في الرابطة.
الرابطة الأيونية	تجاذب كهروستاتيكي بين أيونات ذات شحنات متعاكسة.
الرابطة التساهمية	رابطة تنشأ من تشارك الذرات كثافة إلكترونية.
الرابطة الفلزية	ترابط في شبكة فلزية تشترك فيه إلكترونات غير متمركزة على ذرة واحدة.
الشبكة التساهمية	بنية ممتدة ترتبط فيها الذرات بروابط تساهمية عبر جزء كبير من المادة.
القطبية	عدم تماثل توزيع الشحنة في رابطة أو جزيء بسبب اختلاف جذب الإلكترونات والهندسة الجزيئية.