تدرج خواص العناصر (٣)
هذه الصفحة مخصصة لتقويم الفصل الثاني وتثبيت المعلومات التي تعلمتها حول تدرج خواص العناصر في الجدول الدوري. أمامك مجموعة من الأسئلة تبدأ بالسؤال رقم 69 وتستمر حتى السؤال رقم 84، وتغطي أفكاراً مثل التوزيع الإلكتروني، وفئات الجدول الدوري، وطاقات التأين، ونصف القطر الذري، والكهروسالبية. لكي تحل هذه الأسئلة بطريقة صحيحة، ارجع دائماً إلى موقع العنصر في الجدول الدوري وتذكّر اتجاه تدرج الخواص؛ فمثلاً، نصف القطر يقل كلما اتجهنا يمين الدورة ويزداد كلما نزلت إلى أسفل المجموعة، بينما الكهروسالبية وطاقة التأين تزداد باتجاه اليمين وإلى الأعلى. في سؤال التفكير الناقد رقم 83، اكتب أولاً التوزيع الإلكتروني لكل من أيون الصوديوم وأيون الفلور، ثم تذكر أن توزيع كل منهما يشبه التوزيع الإلكتروني لأقرب غاز نبيل، وهو ما يفسر استقرارهما. اقرأ كل سؤال بعناية، وحلل المعطيات الموجودة فيه، وطبق القاعدة المرتبطة بها لتصل إلى الإجابة الدقيقة.
يدور درس تدرج خواص العناصر حول كيفية تغير صفات العناصر في الجدول الدوري مثل حجم الذرة وطاقة التأين بانتظام عبر المجموعات والدورات. الفكرة الأساسية تعتمد على جذب النواة للإلكترونات والبعد عن النواة؛ فكلما اتجهت أسفل المجموعة يزداد حجم الذرة بسبب إضافة مستويات طاقة جديدة، بينما يقل الحجم عند الاتجاه يمينا في الدورة لزيادة شحنة النواة الموجبة التي تشد الإلكترونات بقوة أكبر. على سبيل المثال، نصف قطر ذرة الصوديوم أكبر من نصف قطر ذرة الكلور لأن الصوديوم يقع على يسار الدورة الثالثة بينما الكلور يقع على يمينها.
الفكرة الأساسية
تتغير خواص العناصر في الجدول الدوري بانتظام مع زيادة العدد الذري، وهذا التدرج يعتمد على تركيب الإلكترونات وتوزيعها في المستويات الرئيسية والثانوية، وكيفية جذب النواة الموجبة لإلكترونات التكافؤ السالبة.
الشرح
انظر إلى الجدول الدوري: عندما تتحرك إلى أسفل في أي مجموعة، فإنك تضيف مستوى طاقة جديداً برمز لكل عنصر جديد، مما يجعل الإلكترونات أبعد عن النواة، فيزداد نصف قطر الذرة، وتقل طاقة التأين لأن نزع إلكترون بعيد عن النواة يكون أسهل. أما عندما تتحرك من اليسار إلى اليمين عبر الدورة، فإن العدد الذري يزداد وتزداد معه شحنة النواة الموجبة بينما يبقى مستوى الطاقة الرئيسي نفسه، مما يؤدي إلى جذب الإلكترونات بقوة أكبر نحو النواة، فيقل نصف قطر الذرة وتزداد طاقة التأين.
مثال محلول خطوة بخطوة
قارن بين نصفي قطر ذرتي الصوديوم والكلور في الجدول الدوري. الخطوة الأولى: حدد موقع العنصرين في الجدول الدوري. الصوديوم يقع في المجموعة الأولى والدورة الثالثة، والكلور يقع في المجموعة السابعة عشرة والدورة الثالثة. الخطوة الثانية: بما أن العنصرين في الدورة نفسها، قارن بين العدد الذري. العدد الذري للصوديوم وللكلور . الخطوة الثالثة: استنتج التأثير. شحنة النواة في الكلور أكبر () مقارنة بالصوديوم () مع وجودهما في نفس مستوى الطاقة، إذن تشد نواة الكلور الإلكترونات بقوة أكبر. النتيجة: نصف قطر ذرة الصوديوم أكبر من نصف قطر ذرة الكلور.
أخطاء شائعة
الاعتقاد بأن النزول أسفل المجموعة يقلل حجم الذرة بسبب زيادة الأعداد الذرية، والصواب أن إضافة مستويات طاقة جديدة تكبر حجم الذرة بغض النظر عن زيادة العدد الذري. الخلط بين نصف قطر الذرة ونصف قطر الأيون الموجب والسالب.
سؤالان للتدريب مع الإجابة
السؤال الأول: أي عنصرين له نصف قطر أكبر: الباريوم أم الكالسيوم ؟ الإجابة: الباريوم أكبر، لأنه يقع أسفل الكالسيوم في نفس المجموعة الثانية. السؤال الثاني: لماذا تكون طاقة التأين الأولى لعنصر الفلور أكبر من طاقة التأين الأولى لعنصر الليثيوم؟ الإجابة: لأن الفلور يقع إلى اليمين من الدورة نفسها فيكون نصف قطره أصغر ونواته أشد جذباً للإلكترونات، مما يتطلب طاقة أكبر لنزع إلكترون منه مقارنة بالليثيوم.