الوحدة الأولى - الدرس 2: تدرج خواص العناصر في الجدول الدوري الحديث (الحجم الذري، السالبية الكهربية والمركبات القطبية، والخاصية الفلزية واللافلزية)
يعكس تدرج خواص العناصر في الجدول الدوري الحديث التناغم الكيميائي المذهل للطبيعة الذرية، حيث ترتبط الخواص الفيزيائية والكيميائية ارتباطاً وثيقاً بتركيب الغلاف الإلكتروني وقوى الجذب النووي الفعالة. ويتجلى ذلك في تدرج الحجم الذري المقاس بوحدة البيكومتر الدقيقة، وتناقصه عبر الدورة الأفقية بزيادة شحنة النواة الموجبة، مقابل تزايده المستمر هبوطاً في المجموعة بزيادة عدد مستويات الطاقة الرئيسية المشغولة. كما يؤسس مفهوم السالبية الكهربية لفهم طبيعة الروابط والمركبات القطبية كالماء والنشادر، وصولاً إلى تدرج الخاصيتين الفلزية واللافلزية وظهور أشباه الفلزات والأكاسيد القاعدية والحامضية والمترددة التي تفسر السلوك التفاعلي المتنوع للعناصر وفق معايير التقييم الوطنية والمنهج الوزاري المعتمد.
1. تدرج الحجم الذري
يُقاس الحجم الذري بنصف قطر الذرة بوحدة البيكومتر (pm) حيث: 1 بيكومتر = 1 × 10⁻¹² متر:
- في الدورات الأفقية:
يقل الحجم الذريبزيادة العدد الذري (من اليسار لليمين)؛ لزيادة قوة جذب النواة الموجبة لإلكترونات مستوى الطاقة الخارجي. - في المجموعات الرأسية:
يزداد الحجم الذريبزيادة العدد الذري (من أعلى لأسفل)؛ لزيادة عدد مستويات الطاقة الرئيسية المشغولة بالإلكترونات. - أكبر العناصر حجماً ذرياً: عنصر السيزيوم (Cs) ويقع أسفل يسار الجدول (المجموعة 1A).
- أصغر العناصر حجماً ذرياً: عنصر الفلور (F) ويقع أعلى يمين الجدول (المجموعة 7A).
2. السالبية الكهربية والمركبات القطبية
السالبية الكهربية: هي مقدرة الذرة في الجزيء التساهمي على جذب إلكترونات الرابطة الكيميائية نحوها:
- المركب القطبي: مركب تساهمي يكون الفرق في السالبية الكهربية بين عنصريه كبيراً نسبياً.
- أمثلة شهيرة:
• جزيء الماء (H₂O): قطبي لأن الفرق في السالبية بين الأكسجين والهيدروجين كبير نسبياً.
• جزيء النشادر (NH₃): قطبي لأن الفرق بين النيتروجين والهيدروجين كبير نسبياً.
• قطبية جزيء الماء أقوى من قطبية جزيء النشادر؛ لأن الفرق في السالبية بين O و H أكبر من الفرق بين N و H.
3. الخاصية الفلزية واللافلزية وأشباه الفلزات
تنقسم العناصر إلى أربعة أصناف رئيسية تبعاً لخواصها وتوزيعها الإلكتروني:
| الصنف | إلكترونات التكافؤ | السلوك الكيميائي | الرمز والأمثلة |
|---|---|---|---|
| الفلزات | أقل من 4 إلكترونات | تميل لفقد إلكترونات وتكوين أيونات موجبة (كاتيونات) | Na، Mg، Al |
| اللافلزات | أكثر من 4 إلكترونات | تميل لاكتساب إلكترونات وتكوين أيونات سالبة (أنيونات) | O، N، Cl |
| أشباه الفلزات | خواص وسيطة | تجمع بين خواص الفلزات واللافلزات | السيليكون Si، البورون B، الجرمانيوم Ge |
تدرج الخاصية في الدورة: تبدأ الدورة بفلز قوي، ثم تقل الخاصية الفلزية حتى نصل لشبه فلز، ثم تظهر الخاصية اللافلزية وتزداد حتى نصل لأقوى اللافلزات (الهالوجينات)، وتنتهي بغاز خامل.
4. الخواص الكيميائية والأكاسيد
السلوك الكيميائي للفلزات واللافلزات والأكاسيد الناتجة:
- الأكاسيد القاعدية: أكاسيد فلزية يذوب بعضها في الماء مكوناً محاليل قلوية تزرق صبغة عباد الشمس:
2Mg + O₂ ➔ 2MgO(أكسيد المغنيسيوم)
MgO + H₂O ➔ Mg(OH)₂(هيدروكسيد المغنيسيوم - قلوي). - الأكاسيد الحامضية: أكاسيد لافلزية تذوب في الماء مكونة محاليل حمضية تحمر صبغة عباد الشمس:
C + O₂ ➔ CO₂(ثاني أكسيد الكربون)
CO₂ + H₂O ➔ H₂CO₃(حمض الكربونيك). - الأكاسيد المترددة: تتفاعل مع الأحماض كأكاسيد قاعدية، ومع القواعد كأكاسيد حامضية وتعطي ملحاً وماء مثل أكسيد الألومنيوم Al₂O₃.
تمرين 1: مقارنة الحجم الذري في دورة
المسألة: رتب العناصر الآتية تنازلياً حسب الحجم الذري: ¹¹Na ، ¹²Mg ، ¹⁷Cl.
• جميعها تقع في الدورة الثالثة.
• في الدورة الواحدة: يقل الحجم الذري بزيادة العدد الذري.
• إذن الترتيب التنازلي: ¹¹Na > ¹²Mg > ¹⁷Cl.
تمرين 2: تفسير قطبية جزيء الماء
المسألة: علل: جزيء الماء من المركبات التساهمية القطبية.
• لأن الفرق في السالبية الكهربية بين عنصريه (الأكسجين والهيدروجين) كبير نسبياً، حيث تنجذب إلكترونات الرابطة نحو ذرة الأكسجين الأعلى سالبية.
تمرين 3: تفاعل الفلزات مع الأحماض المخففة
المسألة: ماذا يحدث عند وضع شريط من المغنيسيوم في أنبوبة بها حمض هيدروكلوريك مخفف؟ اكتب المعادلة الموزونة.
• يحدث تفاعل ويتصاعد غاز الهيدروجين الذي يشتعل بفرقعة وتتكون أملاح كلوريد المغنيسيوم.
• المعادلة: Mg + 2HCl ➔ MgCl₂ + H₂ ↑.
تمرين 4: لا فلز مع حمض مخفف
المسألة: ماذا يحدث عند وضع قطعة فحم (كربون) في حمض هيدروكلوريك مخفف؟
• لا يحدث تفاعل؛ لأن اللافلزات (كالكربون) لا تتفاعل عموماً مع الأحماض المخففة.
تمرين 5: إثبات قلوية أكسيد فلزي
المسألة: وضح بالمعادلات الرمزية كيف تحصل على محلول قلوي يزرق عباد الشمس من عنصر المغنيسيوم.
• 1. احتراق المغنيسيوم في الأكسجين: 2Mg + O₂ ➔ 2MgO.
• 2. ذوبان أكسيد المغنيسيوم في الماء: MgO + H₂O ➔ Mg(OH)₂ (هيدروكسيد المغنيسيوم يزرق صبغة عباد الشمس).
تمرين 6: التعرف على الأكاسيد المترددة
المسألة: ما المقصود بالأكسيد المتردد؟ اذكر مثالاً شائعاً له.
• الأكسيد المتردد: أكسيد يتفاعل مع الأحماض كأكسيد قاعدي، ومع القواعد كأكسيد حامض، وفي الحالتين يعطي ملحاً وماء.
• المثال: أكسيد الألومنيوم Al₂O₃.
تمرين 7: علل: قطبية الماء أقوى من النشادر
المسألة: علل: قطبية جزيء الماء أقوى من قطبية جزيء النشادر.
• لأن الفرق في السالبية الكهربية بين الأكسجين والهيدروجين في جزيء الماء أكبر من الفرق في السالبية الكهربية بين النيتروجين والهيدروجين في جزيء النشادر.
تمرين 8: سلوك النحاس مع الأحماض
المسألة: علل: لا يتفاعل النحاس مع حمض الهيدروكلوريك المخفف رغم أنه فلز.
• لأن النحاس يلي الهيدروجين في متسلسلة النشاط الكيميائي فلا يستطيع أن يحل محله في محاليل أحماضه المخففة.
اضغط على أي بطاقة لاكتشاف المعنى الدقيق، واضغط على أيقونة الصوت للاستماع للنطق:
اضغط على الإجابة لتتحقق من فهمك وتكتشف التفسير النموذجي فورياً: