المنقذ — منصة المرحلة الثانوية

أهداف الدرس

أُعرّف حالة الإلكترون، وأذكر أعداد الكَم الأربعة التي تصفها.
أُميّز بين عدد الكَمْ الرئيسي (n) وعدد الكَمْ الزّاوي (ℓ) وعدد الكَمْ المغناطيسي (mₗ) وعدد الكَمْ المِغْزَلي (mₛ).
أقارن بين أعداد الكَم من حيث التعريف.
أستنتج قيم أعداد الكَم الأربعة.
أحسب عدد الأفلاك (n²) وأقصى عدد من الإلكترونات (2n²) في مستوى الطاقة الرئيسي.
أصف أشكال أفلاك تحت مستويات الطاقة (s) و(p) و(d) و(f).

الشرح خطوة بخطوة

1 / 440:00

المقطع 1 من 6أين توجد الإلكترونات في ذرة ما؟2:27

لا يوجد صوت عربي على هذا الجهاز. الشرح الصوتي المسجّل سيتوفر لهذا الدرس قريبًا

مقاطع الدرس

0 من 6 مكتمل

أين توجد الإلكترونات في ذرة ما؟(ص 35)

لو طُلب منك أن تَصِف موقعك بالتحديد، هل يكفي أن تقول: «أنا في المدرسة»؟ بالطبع لن يكون الوصف دقيقًا. ستقول: في المدرسة، في الطابق الثاني، في الصف العاشر، في المقعد الثالث، وربما تحدد الجهة أيضًا. لاحظ أن كل معلومة تضيفها تجعل تحديد الموقع أدقّ؛ وهذه هي فكرة أعداد الكَم مع الإلكترون.(ص 35)

مثالنشاط: ضع القلم على الطاولة، اكتب خمس جمل توضح (تصف) مكان القلم لشخص من خارج المدرسة (في كل جملة وَصْف واحد). ثم أجب: ماذا تعلمت من هذا النشاط؟ مثال للإجابة: القلم في المدرسة / في الطابق الأول / في الصف العاشر / على الطاولة الثالثة / إلى يمين الكتاب. المستنتج: كلما زاد عدد الأوصاف صار تحديد المكان أدقّ.(ص 35)

كلما أردت تحديد الموقع بدقّة، ستحتاج معلومات أكثر. والآن تخيل أنك تحاول تحديد موقع إلكترون داخل الذرة. تكمن المشكلة في أنّ الإلكترون أصغر من أن يُرى، وأسرع من أن نحدّد مكانه. فكيف استطاع العلماء وصف مكانه؟(ص 36)

انتبهحالة الإلكترون: هي الوصف الكامل لوضع الإلكترون داخل الذرة من حيث الطاقة، الموقع و الاتجاه. ويتم تحديدها باستخدام أعداد الكَم.(ص 36)

لوصف حالة الإلكترون في أيّ ذرة، تُستخدم أعداد تُعرف بأعداد الكَمْ، وهي أربعة: تصِف بُعد الإلكترون عن النواة وطاقته، وشكل الفلك الذي يوجد به الإلكترون، واتجاه الفلك الذري بالنسبة للنواة، وأخيرًا حركة الدوران المِغْزَلِيَّة الذّاتية للإلكترون.(ص 36)

1 – عدد الكَمْ الرئيسي (n) — Principle Quantum Number(ص 36)

يرمز لعدد الكَمْ الرئيسي بالرمز (n)، وهو «عدد يصف طاقة المستوى الرئيسي ويحدّد بُعده عن النواة»، ويأخذ قيمًا صحيحة تساوي 1، 2، 3، 4، ... إلى ما لانهاية، وهي تمثل أرقام مستويات الطاقة الرئيسية المشغولة بالإلكترونات وعددها (7) مستويات وهي المعروفة حتى الآن. ولكل مستوى طاقة رئيسي رمزٌ خاصٌّ به.(ص 36)

تعلّمت فيما سبق أن العالم (بور) في نموذجه عيّن مستويات الطاقة الرئيسية التي تشغلها الإلكترونات، ويشير عدد الكَمْ الرئيسي إلى حجم المستوى (مقدار اتساع منطقة احتمال وجود الإلكترون حول النواة) وطاقته؛ إذ كلما ازدادت قيمة (n) زاد حجم المستوى وزادت طاقة الإلكترون في هذا المستوى.(ص 37)

2 – عدد الكَمْ الزّاوي (ℓ) — Angular Momentum Quantum Number(ص 37)

يرمز لعدد الكَمْ الزاوي بالحرف (ℓ)، وهو «عدد يحدد تحت مستوى الطاقة داخل مستوى الطاقة الرئيسي، كما يحدد شكل الفلك الذري الذي يشغله الإلكترون»، ويأخذ قيمًا صحيحة تتراوح من الصفر إلى القيمة (n − 1)؛ أيْ يأخذ القيم من المتتالية: صفر، 1، 2، ... وتأخذ تحت مستويات الطاقة الرئيسية الرموز s , p , d , f ولكل تحت مستوى طاقة قيمة عدد كَمْ زاوي (ℓ) خاصة به.(ص 37)

جدول (7) يوضح قيم عدد الكَمْ الرئيسي (n) وقيم عدد الكَمْ الزاوي (ℓ)، بالإضافة إلى رموز مستويات الطاقة الرئيسية وتحت مستويات الطاقة لكل منها.(ص 38)

انتبهلاحظ من الجدول (7) أن كل مستوى طاقة رئيسي يحتوي على عدد من تحت المستويات يساوي رقمه.(ص 38)

مثالتمرين (1): أكمل العبارات التالية بما يناسبها علميًّا: 1 – قيم عدد الكَمْ الزاوي المحتملة في مستوى الطاقة الرئيسي (M) ⟵ ℓ = 0 ، 1 ، 2 (لأن M تعني n = 3). 2 – إذا كانت قيمة n = 2، وقيمة ℓ = 0، فإن هذا يعني تحت مستوى الطاقة ⟵ 2s. 3 – في تحت مستوى الطاقة 3p تكون قيمة n = 3 ، ℓ = 1.(ص 38)

3 – عدد الكَمْ المغناطيسي (mₗ) — Magnetic Quantum Number(ص 39)

يرمز لعدد الكَمْ المغناطيسي بالرمز (mₗ)، ويأخذ قيمًا صحيحة تتراوح من (−ℓ) إلى (+ℓ) مرورًا بالصفر، وهو «عدد يحدد اتجاه الفلك الذري في الفراغ داخل تحت مستوى الطاقة»، وتستخدم قيم عدد الكَمْ المغناطيسي لتحديد اتجاه وأعداد الأفلاك لتحت مستويات الطاقة.(ص 39)

انتبهملاحظة: كل فلك يملأ بإلكترونين كحد أقصى.(ص 39)

مثالتمرين (2): علل لما يأتي تعليلاً علميًّا سليمًا: 1 – تحت مستوى الطاقة (s) يحتوي فلك واحد ⟵ لأن قيمة عدد الكَمْ الزاوي له ℓ = 0، فتكون قيمة عدد الكَمْ المغناطيسي mₗ = 0 فقط (قيمة واحدة)، وعدد الأفلاك يساوي عدد قيم mₗ، فيكون فلكًا واحدًا. 2 – تحت مستوى الطاقة (d) يملأ بعشرة إلكترونات كحد أقصى ⟵ لأن ℓ = 2 فتكون قيم mₗ خمس قيم (−2 ، −1 ، 0 ، +1 ، +2) أي خمسة أفلاك، وكل فلك يملأ بإلكترونين كحد أقصى، فيكون 5 × 2 = 10 إلكترونات.(ص 39)

أشكال أفلاك تحت مستويات الطاقة(ص 40)

فلك تحت مستوى الطاقة (s): فلك واحد، كروي الشكل، وتمثل سحابته الإلكترونية احتمال وجود الإلكترون حول النواة بشكل متساوٍ في جميع الاتجاهات.(ص 40)

فلك تحت مستوى الطاقة (p): ينقسم تحت مستوى الطاقة (p) إلى ثلاثة أفلاك متساوية في الطاقة لمستوى الطاقة الرئيسي الواحد، لكل فلك اتجاه مختلف في الفراغ، فالكثافة الإلكترونية حول كل فلك ذري تأخذ شكل فصين متقابلين عند الرأس، حيث تنعدم الكثافة الإلكترونية. يمكن رسم أفلاك تحت مستوى الطاقة (p) على ثلاثة محاور (pₓ , p_y , p_z).(ص 40)

أفلاك تحت مستوى الطاقة (d): ينقسم تحت مستوى الطاقة (d) إلى خمسة أفلاك، متساوية في الطاقة لمستوى الطاقة الرئيسي الواحد ومختلفة الاتجاه في الفراغ، أشكال أفلاكه أكثر تعقيدًا من أفلاك (s و p)، أربعة أفلاك متشابهة يكون شكلها يشبه زهرة رباعية البتلات، أما الفلك الخامس يتكون من فصين وحلقة حول المركز.(ص 41)

أفلاك تحت مستوى الطاقة (f): ينقسم تحت مستوى الطاقة إلى سبعة أفلاك متساوية في الطاقة لمستوى الطاقة الرئيسي الواحد ومختلفة الاتجاه في الفراغ، وتتميز بأن أشكالها معقدة ومتعددة الفصوص.(ص 41)

ويمكننا معرفة العدد الأقصى من الإلكترونات التي يمكن أن توجد في كل مستوى طاقة رئيسي في الذرة من العلاقة (2n²)، كما في الجدول (9).(ص 42)

انتبهملاحظة: لحساب عدد الأفلاك في مستوى الطاقة الرئيسي نستخدم العلاقة: عدد الأفلاك = n² (حيث n هي قيمة عدد الكَمْ الرئيسي).(ص 42)

مثالمثال (1): احسب عدد الأفلاك في مستوى الطاقة الرئيسي الثاني، و اذكر رموز تحت مستويات الطاقة. الحـــل: بما أن (n = 2) وباستخدام العلاقة: عدد الأفلاك = n² = (2)² = 4 أفلاك رموز تحت مستوى الطاقة في مستوى الطاقة الرئيسي الثاني هي: 2s ، 2p(ص 42)

مثالتمرين (3): احسب عدد الأفلاك في مستوى الطاقة الرئيسي M، واذكر رموز تحت مستويات الطاقة فيه. الحـــل: M تعني n = 3، وعدد الأفلاك = n² = (3)² = 9 أفلاك رموز تحت مستويات الطاقة فيه: 3s ، 3p ، 3d(ص 42)

4 – عدد الكَمْ المِغْزَلي (mₛ) — Spin Quantum Number(ص 43)

يرمز لعدد الكَمْ المغزلي بالرمز (mₛ)، وهو «عدد الكَمْ الذي يصف اتجاه دوران الإلكترون حول نفسه داخل الفلك الذري»، ويأخذ عدد الكَمْ المغزلي قيمتين فقط هما (+½ , −½)، وتصف كل من القيمتين الحركة المغزلية للإلكترون أي دورانه حول محوره داخل الفلك الذري الواحد؛ قد يكون في اتجاه دوران عقارب الساعة ويُعطى ذلك الاتجاه إشارةً موجبة، أو عكس دوران عقارب الساعة ويُعطى ذلك الاتجاه إشارةً سالبة. وعند وجود إلكترونين في نفس الفلك الذري تكون الحركة المغزلية لأحد الإلكترونين عكس الحركة المغزلية للآخر، ونتيجة لدوران الإلكترونين حول محورهما في الفلك الذري نفسه باتجاهين متعاكسين ينشأ مجالان مغناطيسيان متعاكسان في الاتجاه مما يقلل التنافر بينهما فيتجاذبان، وذلك يساعد على وجود الإلكترونين في الفلك نفسه.(ص 43)

حل تمرين (4) صفًّا صفًّا:
الصف الأول (K): n = 1 ، تحت مستوى الطاقة 1s ، ℓ = 0 ، mₗ = 0 ، عدد الأفلاك = 1 ، العدد الأقصى للإلكترونات = 2
الصف الثاني (2n² = 8): n² = 4 ⟵ n = 2 ⟵ الرمز L ، تحت المستويان 2s و2p ، ℓ = 0 ، 1 ، mₗ = 0 ؛ (−1 ، 0 ، +1) ، عدد الأفلاك = 4
الصف الثالث (M): n = 3 ، 3s ، 3p ، 3d ، ℓ = 0 ، 1 ، 2 ، mₗ = 0 ؛ (−1 ، 0 ، +1) ؛ (−2 ، −1 ، 0 ، +1 ، +2) ، عدد الأفلاك = 9 ، العدد الأقصى للإلكترونات = 18
الصف الرابع (n² = 16 و2n² = 32): n = 4 ⟵ الرمز N ، 4s ، 4p ، 4d ، 4f ، ℓ = 0 ، 1 ، 2 ، 3 ، mₗ = 0 ؛ (−1 ، 0 ، +1) ؛ (−2 ، −1 ، 0 ، +1 ، +2) ؛ (−3 ، −2 ، −1 ، 0 ، +1 ، +2 ، +3)

أكمل خريطة المفاهيم التالية مستعينًا بالمفاهيم بين الأقواس(ص 44)

إضاءات: إن الترتيب الإلكتروني حسب تحت مستويات الطاقة للعناصر المعروفة هي s , p , d , f ولكن بالتطبيق الرياضي للنموذج الميكانيكي الكمي للذرة، يظهر احتمالات رياضية لتحت مستويات الطاقة وهي g , h , i في المستويات الرئيسية العليا.(ص 44)

عدد الأفلاك — قيمة (ℓ) — رمز تحت مستوى الطاقة(ص 44)

مثالو الآن هل تستطيع أن تحدد نظريًّا عدد الإلكترونات التي يمكن أن يشغلها مستوى الطاقة الرئيسي الخامس؟ الحـــل: n = 5 ⟵ عدد الأفلاك = n² = (5)² = 25 فلكًا العدد الأقصى للإلكترونات = 2n² = 2 × 25 = 50 إلكترونًا وللتحقق: 5s (1) + 5p (3) + 5d (5) + 5f (7) + 5g (9) = 25 فلكًا × 2 = 50 إلكترونًا(ص 44)

حل المسائل على السبورة

شاهد المعلم يكتب الحل سطرًا سطرًا، أوقفه، أعد الخطوة، واسأل «لماذا؟» — ثم حُلّ مسألة مشابهة بنفسك لتكسب نجمة.

7 مسائل تُحل أمامك خطوة خطوة، وبعد كل مسألة سؤال قصير تكسب به نجمة.0 من 7

المسألة · الكتاب ص 42
احسب عدد الأفلاك في مستوى الطاقة الرئيسي الثاني، و اذكر رموز تحت مستويات الطاقة.
المعطيات
1. مستوى الطاقة الرئيسي الثاني ⟵ n = 2من هنا
2. عدد الأفلاك = n²
3. قيم ℓ من الصفر إلى (n − 1)
4. المطلوب: عدد الأفلاك ورموز تحت مستويات الطاقة
1. n = 2
  تحويل الترتيب إلى قيمة
المعلم: نَبْدَأُ كَما يَبْدَأُ الكِتابُ: نُحَوِّلُ الكَلامَ إِلَى رَقْمٍ. قِيلَ لَنا مُسْتَوَى الطّاقَةِ الرَّئِيسِيُّ الثّانِي، فَقِيمَةُ عَدَدِ الكَمِّ الرَّئِيسِيِّ تُساوِي اثْنَيْنِ. اُكْتُبْها أَوَّلًا، فَكُلُّ ما بَعْدَها مَبْنِيٌّ عَلَيْها.
الخطوة 1 من 5

الملخص

حالة الإلكترون هي الوصف الكامل لوضع الإلكترون داخل الذرة من حيث الطاقة والموقع والاتجاه، ويتم تحديدها باستخدام أعداد الكَم.
أعداد الكَم أربعة: الرئيسي (n)، والزّاوي (ℓ)، والمغناطيسي (mₗ)، والمِغْزَلي (mₛ).
عدد الكَمْ الرئيسي (n): يصف طاقة المستوى الرئيسي ويحدّد بُعده عن النواة، وقيمه 1، 2، 3، 4، ... والمشغول بالإلكترونات سبعة مستويات رموزها K, L, M, N, O, P, Q. وكلما ازدادت قيمة (n) زاد حجم المستوى وزادت طاقة الإلكترون فيه.
عدد الكَمْ الزّاوي (ℓ): يحدد تحت مستوى الطاقة داخل المستوى الرئيسي، كما يحدد شكل الفلك الذري، وقيمه من الصفر إلى (n − 1)، ورموز تحت المستويات: s (0)، p (1)، d (2)، f (3).
عدد الكَمْ المغناطيسي (mₗ): يحدد اتجاه الفلك الذري في الفراغ داخل تحت مستوى الطاقة، وقيمه من (−ℓ) إلى (+ℓ) مرورًا بالصفر، وعدد قيمه = عدد الأفلاك: s ⟵ 1، p ⟵ 3، d ⟵ 5، f ⟵ 7.
عدد الكَمْ المِغْزَلي (mₛ): يصف اتجاه دوران الإلكترون حول نفسه داخل الفلك الذري، وله قيمتان فقط (+½ , −½)، وكل فلك يملأ بإلكترونين كحد أقصى حركتهما المغزلية متعاكسة.
عدد الأفلاك في مستوى الطاقة الرئيسي = n²، وأقصى عدد من الإلكترونات فيه = 2n²، وعدد تحت مستويات الطاقة في المستوى الرئيسي يساوي رقمه.
أشكال الأفلاك: (s) فلك واحد كروي، (p) ثلاثة أفلاك كل منها فصان متقابلان عند الرأس، (d) خمسة أفلاك أربعة منها تشبه زهرة رباعية البتلات والخامس فصان وحلقة حول المركز، (f) سبعة أفلاك معقدة ومتعددة الفصوص.

الأفكار الرئيسية

لا يمكن تحديد مكان الإلكترون كما نحدد مكان جسم كبير؛ لأنه أصغر من أن يُرى وأسرع من أن نحدّد مكانه، لذلك نصف حالته بأربعة أعداد كَم تصف طاقته وبُعده عن النواة وشكل فلكه واتجاهه ودورانه حول نفسه.
أعداد الكَم متسلسلة يولّد بعضها بعضًا: قيمة (n) تحدد قيم (ℓ)، وقيمة (ℓ) تحدد قيم (mₗ)، وعدد قيم (mₗ) هو عدد الأفلاك، وكل فلك يسع إلكترونين بحركتين مغزليتين متعاكستين.
العلاقتان (n²) و(2n²) تختصران حساب عدد الأفلاك وأقصى عدد من الإلكترونات في أي مستوى طاقة رئيسي.

الأسئلة المهمة

عرّف حالة الإلكترون.

هي الوصف الكامل لوضع الإلكترون داخل الذرة من حيث الطاقة، الموقع و الاتجاه، ويتم تحديدها باستخدام أعداد الكَم.

الكتاب صفحة 36

عرّف عدد الكَمْ الرئيسي (n)، وما القيم التي يأخذها؟

هو عدد يصف طاقة المستوى الرئيسي ويحدّد بُعده عن النواة. ويأخذ قيمًا صحيحة تساوي 1، 2، 3، 4، ... إلى ما لانهاية، وهي تمثل أرقام مستويات الطاقة الرئيسية المشغولة بالإلكترونات وعددها (7) مستويات وهي المعروفة حتى الآن.

الكتاب صفحة 36

عرّف عدد الكَمْ الزّاوي (ℓ)، وما القيم التي يأخذها؟

هو عدد يحدد تحت مستوى الطاقة داخل مستوى الطاقة الرئيسي، كما يحدد شكل الفلك الذري الذي يشغله الإلكترون. ويأخذ قيمًا صحيحة تتراوح من الصفر إلى القيمة (n − 1).

الكتاب صفحة 37

عرّف عدد الكَمْ المغناطيسي (mₗ)، وفيمَ تُستخدم قيمه؟

هو عدد يحدد اتجاه الفلك الذري في الفراغ داخل تحت مستوى الطاقة. ويأخذ قيمًا صحيحة تتراوح من (−ℓ) إلى (+ℓ) مرورًا بالصفر، وتستخدم قيمه لتحديد اتجاه وأعداد الأفلاك لتحت مستويات الطاقة.

الكتاب صفحة 39

عرّف عدد الكَمْ المِغْزَلي (mₛ)، وما قيمتاه؟

هو عدد الكَمْ الذي يصف اتجاه دوران الإلكترون حول نفسه داخل الفلك الذري، ويأخذ قيمتين فقط هما (+½ , −½).

الكتاب صفحة 43

قارن بين مستوى الطاقة الرئيسي الأول (n = 1) والسابع (n = 7) من حيث الطاقة وحجم المستوى.

عند (n = 1) تكون الطاقة أقل وحجم مستوى الطاقة الرئيسي أصغر، وعند (n = 7) تكون الطاقة أعلى وحجم مستوى الطاقة الرئيسي أكبر؛ لأنه كلما ازدادت قيمة (n) زاد حجم المستوى وزادت طاقة الإلكترون في هذا المستوى.

الكتاب صفحة 37

اذكر العلاقتين المستخدمتين لحساب عدد الأفلاك وأقصى عدد من الإلكترونات في مستوى الطاقة الرئيسي.

عدد الأفلاك = n² ، والعدد الأقصى من الإلكترونات = 2n² (حيث n هي قيمة عدد الكَمْ الرئيسي).

الكتاب صفحة 42

علل: عند وجود إلكترونين في الفلك الذري نفسه تكون حركتهما المغزلية متعاكسة.

لأنه نتيجة لدوران الإلكترونين حول محورهما في الفلك الذري نفسه باتجاهين متعاكسين ينشأ مجالان مغناطيسيان متعاكسان في الاتجاه مما يقلل التنافر بينهما فيتجاذبان، وذلك يساعد على وجود الإلكترونين في الفلك نفسه.

الكتاب صفحة 43

الواجب

أسئلة تطبيقية لتحلها في البيت. يمكنك طباعتها من الأعلى.

احسب عدد الأفلاك وأقصى عدد من الإلكترونات في مستوى الطاقة الرئيسي (O).

متوسط

قارن بين مستوى الطاقة الرئيسي الأول والسابع من حيث الطاقة وحجم المستوى، مع ذكر السبب.

متوسط

علل تعليلاً علميًّا سليمًا: تحت مستوى الطاقة (d) يملأ بعشرة إلكترونات كحد أقصى.

صعب

اذكر رموز تحت مستويات الطاقة في مستوى الطاقة الرئيسي (N)، وقيمة عدد الكَمْ الزّاوي لكل منها.

متوسط

فسّر: عند وجود إلكترونين في الفلك الذري نفسه يتجاذبان بدلاً من أن يتنافرا.

صعب

مصطلحات الدرس

حالة الإلكترون: الوصف الكامل لوضع الإلكترون داخل الذرة من حيث الطاقة، الموقع و الاتجاه، ويتم تحديدها باستخدام أعداد الكَم.
أعداد الكَم — Quantum Numbers: أربعة أعداد تُستخدم لوصف حالة الإلكترون في أيّ ذرة؛ تصف بُعد الإلكترون عن النواة وطاقته، وشكل الفلك الذي يوجد به، واتجاه الفلك الذري بالنسبة للنواة، وحركة الدوران المِغْزَلِيَّة الذّاتية للإلكترون.
عدد الكَمْ الرئيسي (n) — Principle Quantum Number: عدد يصف طاقة المستوى الرئيسي ويحدّد بُعده عن النواة.
عدد الكَمْ الزّاوي (ℓ) — Angular Momentum Quantum Number: عدد يحدد تحت مستوى الطاقة داخل مستوى الطاقة الرئيسي، كما يحدد شكل الفلك الذري الذي يشغله الإلكترون.
عدد الكَمْ المغناطيسي (mₗ) — Magnetic Quantum Number: عدد يحدد اتجاه الفلك الذري في الفراغ داخل تحت مستوى الطاقة.
عدد الكَمْ المِغْزَلي (mₛ) — Spin Quantum Number: عدد الكَمْ الذي يصف اتجاه دوران الإلكترون حول نفسه داخل الفلك الذري.

تمارين الكتاب كاملة

كل سؤال ونشاط وتمرين ورد في صفحات هذا الدرس، بنصه وإجابته النموذجية. 21 تمرينًا.

افتتاحية الدرسلو طُلب منك أن تَصِف موقعك بالتحديد ... هل يكفي أن تقول: «أنا في المدرسة»؟(ص 35)

لا يكفي؛ بالطبع لن يكون الوصف دقيقًا. بل ستقول: في المدرسة، في الطابق الثاني، في الصف العاشر، في المقعد الثالث، وربما تحدد الجهة أيضًا. فكلما أردت تحديد الموقع بدقّة احتجت معلومات أكثر.

افتتاحية الدرسأين توجد الإلكترونات في ذرة ما ؟(ص 35)

لا يمكن تحديد مكان الإلكترون بالطريقة المعتادة؛ لأن الإلكترون أصغر من أن يُرى وأسرع من أن نحدّد مكانه. ولذلك تُستخدم لوصف حالة الإلكترون في أيّ ذرة أعداد تُعرف بأعداد الكَم وهي أربعة، تصِف بُعد الإلكترون عن النواة وطاقته، وشكل الفلك الذي يوجد به، واتجاه الفلك الذري بالنسبة للنواة، وحركة الدوران المِغْزَلِيَّة الذّاتية للإلكترون.

نشاطضع القلم على الطاولة، اكتب خمس جمل توضح (تصف) مكان القلم لشخص من خارج المدرسة (في كل جملة وَصْف واحد).(ص 35)

إرشاد الإجابة — خمس جمل في كل منها وصف واحد، مثل: 1) القلم في المدرسة. 2) القلم في الطابق الأول. 3) القلم في الصف العاشر. 4) القلم على الطاولة الثالثة. 5) القلم إلى يمين الكتاب. ويُقبل أي ترتيب يبدأ من الوصف العام وينتهي بالوصف الدقيق.

نشاطماذا تعلمت من هذا النشاط؟(ص 35)

تعلّمت أن الوصف الواحد لا يكفي لتحديد الموقع بدقّة، وأنه كلما أردت تحديد الموقع بدقّة احتجت معلومات أكثر. وهذا ما ينطبق على الإلكترون داخل الذرة؛ فوصف حالته يحتاج أربعة أعداد كَم لا عددًا واحدًا.

تمرين (1) — 1أكمل العبارات التالية بما يناسبها علميًّا: 1 – قيم عدد الكَمْ الزاوي المحتملة في مستوى الطاقة الرئيسي ( M ) ........................(ص 38)

ℓ = 0 ، 1 ، 2 ؛ لأن الرمز (M) يقابل قيمة عدد الكَمْ الرئيسي n = 3، وقيم ℓ تتراوح من الصفر إلى القيمة (n − 1) = 2.

تمرين (1) — 22 – إذا كانت قيمة n = 2 ، وقيمة ℓ = 0 . فإن هذا يعني تحت مستوى الطاقة ................(ص 38)

تحت مستوى الطاقة (2s)؛ لأن الرقم 2 هو قيمة عدد الكَمْ الرئيسي، والقيمة ℓ = 0 يقابلها الرمز (s) في جدول (6).

تمرين (1) — 33 – في تحت مستوى الطاقة 3p تكون قيمة n =..................... ، ℓ = ..................(ص 38)

n = 3 ، ℓ = 1 ؛ لأن الرقم في رمز تحت المستوى هو قيمة عدد الكَمْ الرئيسي، والحرف (p) يقابل قيمة عدد الكَمْ الزاوي ℓ = 1.

تمرين (2) — 1علل لما يأتي تعليلاً علميًّا سليمًا: 1 – تحت مستوى الطاقة (s) يحتوي فلك واحد.(ص 39)

لأن قيمة عدد الكَمْ الزاوي له ℓ = 0، فتكون قيمة عدد الكَمْ المغناطيسي mₗ = 0 وهي قيمة واحدة فقط، وعدد الأفلاك يساوي عدد قيم mₗ، فيكون فيه فلك واحد.

تمرين (2) — 22 – تحت مستوى الطاقة (d) يملأ بعشرة إلكترونات كحد أقصى.(ص 39)

لأن قيمة عدد الكَمْ الزاوي له ℓ = 2، فتكون قيم عدد الكَمْ المغناطيسي خمس قيم هي (−2 ، −1 ، 0 ، +1 ، +2) أي خمسة أفلاك، وكل فلك يملأ بإلكترونين كحد أقصى، فيكون 5 × 2 = 10 إلكترونات.

مثال (1)احسب عدد الأفلاك في مستوى الطاقة الرئيسي الثاني، و اذكر رموز تحت مستويات الطاقة.(ص 42)

الحـــل: بما أن (n = 2) وباستخدام العلاقة: عدد الأفلاك = n² = (2)² = 4 أفلاك. ورموز تحت مستوى الطاقة في مستوى الطاقة الرئيسي الثاني هي: 2s ، 2p.

تمرين (3)احسب عدد الأفلاك في مستوى الطاقة الرئيسي M ، واذكر رموز تحت مستويات الطاقة فيه.(ص 42)

الرمز (M) يقابل n = 3، وباستخدام العلاقة: عدد الأفلاك = n² = (3)² = 9 أفلاك. ورموز تحت مستويات الطاقة فيه: 3s ، 3p ، 3d.

تمرين (4)أكمل الجدول التالي: (رمز مستوى الطاقة الرئيسي — قيم عدد الكم الرئيسي (n) — رموز تحت مستويات الطاقة — قيم عدد الكم الزّاوي (ℓ) — قيم عدد الكم المغناطيسي (mₗ) — عدد الأفلاك في مستوى الطاقة الرئيسي (n²) — العدد الأقصى للإلكترونات في مستوى الطاقة الرئيسي (2n²)).(ص 43)

الصف الأول (K): n = 1 ، تحت مستويات الطاقة: 1s ، ℓ = 0 ، mₗ = 0 ، عدد الأفلاك = 1 ، العدد الأقصى للإلكترونات = 2. الصف الثاني (المعطى فيه 2n² = 8): n² = 4 ⟵ n = 2 ⟵ الرمز L ، تحت مستويات الطاقة: 2s ، 2p ، ℓ = 0 ، 1 ، mₗ = 0 ؛ (−1 ، 0 ، +1) ، عدد الأفلاك = 4. الصف الثالث (M): n = 3 ، تحت مستويات الطاقة: 3s ، 3p ، 3d ، ℓ = 0 ، 1 ، 2 ، mₗ = 0 ؛ (−1 ، 0 ، +1) ؛ (−2 ، −1 ، 0 ، +1 ، +2) ، عدد الأفلاك = 9 ، العدد الأقصى للإلكترونات = 18. الصف الرابع (المعطى فيه n² = 16 و 2n² = 32): n = 4 ⟵ الرمز N ، تحت مستويات الطاقة: 4s ، 4p ، 4d ، 4f ، ℓ = 0 ، 1 ، 2 ، 3 ، mₗ = 0 ؛ (−1 ، 0 ، +1) ؛ (−2 ، −1 ، 0 ، +1 ، +2) ؛ (−3 ، −2 ، −1 ، 0 ، +1 ، +2 ، +3).

تحقق مما تعلمت — خريطة المفاهيمأكمل خريطة المفاهيم التالية مستعينًا بالمفاهيم بين الأقواس: (عدد الكم الرئيسي – عدد الكم الزّاوي – عدد الكم المغناطيسي – عدد الكم المغزلي).(ص 44)

الصندوق الذي رمزه (n) وتعريفه «عدد يصف طاقة المستوى الرئيسي و يحدد بُعده عن النواة» ⟵ عدد الكم الرئيسي. الصندوق الذي رمزه (ℓ) وتعريفه «عدد يحدد تحت المستوى داخل مستوى الطاقة الرئيسي، وشكل الفلك الذري الذي يشغله الإلكترون» ⟵ عدد الكم الزّاوي. الصندوق الذي رمزه (mₗ) وتعريفه «عدد يحدد اتجاه الفلك الذري في الفراغ داخل تحت مستويات الطاقة» ⟵ عدد الكم المغناطيسي. الصندوق الذي رمزه (mₛ) وتعريفه «عدد الكم الذي يصف اتجاه دوران الإلكترون حول نفسه داخل الفلك الذري» ⟵ عدد الكم المغزلي.

إضاءاتو الآن هل تستطيع أن تحدد نظريًّا عدد الإلكترونات التي يمكن أن يشغلها مستوى الطاقة الرئيسي الخامس؟(ص 44)

نعم؛ مستوى الطاقة الرئيسي الخامس قيمته n = 5، فعدد الأفلاك = n² = (5)² = 25 فلكًا، والعدد الأقصى للإلكترونات = 2n² = 2 × 25 = 50 إلكترونًا. ويمكن التحقق بجمع أفلاك تحت المستويات: 5s (فلك) + 5p (3) + 5d (5) + 5f (7) + 5g (9) = 25 فلكًا، وكل فلك يملأ بإلكترونين، فيكون 25 × 2 = 50 إلكترونًا.

أنت الكيميائي — السؤال الأول (1)اكتب المصطلح العلمي الذي تدل عليه كل عبارة من العبارات الآتية: 1 – عدد يصف طاقة المستوى الرئيسي و يحدد بُعده عن النواة.(ص 45)

عدد الكَمْ الرئيسي (n).

أنت الكيميائي — السؤال الأول (2)2 – عدد يحدد تحت مستوى الطاقة داخل مستوى الطاقة الرئيسي، كما يحدّد شكل الفلك الذري الذي يشغله الإلكترون.(ص 45)

عدد الكَمْ الزّاوي (ℓ).

أنت الكيميائي — السؤال الثاني (1)أجب على الأسئلة التالية: في مستوى الطاقة الرئيسي n = 4 : 1 – عدد تحت مستويات الطاقة.(ص 45)

أربعة تحت مستويات هي: 4s ، 4p ، 4d ، 4f ؛ لأن كل مستوى طاقة رئيسي يحتوي على عدد من تحت المستويات يساوي رقمه.

أنت الكيميائي — السؤال الثاني (2)2 – عدد الأفلاك.(ص 45)

عدد الأفلاك = n² = (4)² = 16 فلكًا.

أنت الكيميائي — السؤال الثاني (3)3 – أقصى عدد من الإلكترونات الذي يمكن أن يمتلئ به هذا المستوى.(ص 45)

أقصى عدد من الإلكترونات = 2n² = 2 × (4)² = 32 إلكترونًا.

أنت الكيميائي — السؤال الثاني (4)4 – قيم عدد الكَمْ الزاوي المحتملة في هذا المستوى.(ص 45)

ℓ = 0 ، 1 ، 2 ، 3 ؛ لأن قيم عدد الكَمْ الزاوي تتراوح من الصفر إلى القيمة (n − 1) = 3.

أنت الكيميائي — السؤال الثالثأجب عما يلي: فلك واحد فيه إلكترون له قيمة عدد كم مغزلي mₛ = +½ . فإذا أردنا إضافة إلكترون ثاني لنفس الفلك، ما هي قيمة mₛ له؟ فسر اجابتك.(ص 45)

قيمة عدد الكَمْ المِغْزَلي للإلكترون الثاني mₛ = −½ . التفسير: يأخذ عدد الكَمْ المغزلي قيمتين فقط هما (+½ , −½)، وعند وجود إلكترونين في نفس الفلك الذري تكون الحركة المغزلية لأحد الإلكترونين عكس الحركة المغزلية للآخر؛ ونتيجة لدورانهما حول محورهما في الفلك الذري نفسه باتجاهين متعاكسين ينشأ مجالان مغناطيسيان متعاكسان في الاتجاه مما يقلل التنافر بينهما فيتجاذبان، وذلك يساعد على وجود الإلكترونين في الفلك نفسه.