حل الفصل الرابع الذرات والعناصر والجدول الدوري علوم اول متوسط ف1
عن حلول علوم
حل الفصل الرابع: الذرات والعناصر والجدول الدوري – علوم أول متوسط ف1
الفصل الرابع: الذرات والعناصر والجدول الدوري
الفكرة العامة: جميع أشكال المادة من عناصر ومركبات ومخاليط تتكون من ذرات.
- الدرس الأول: تركيب المادة.
- الفكرة الرئيسة: تحتوي الذرات على بروتونات ونيوترونات في نوى صغيرة تدور حولها سحابة من الإلكترونات.
- الدرس الثاني: العناصر والمركبات والمخاليط.
- الفكرة الرئيسة: يتكون العنصر من ذرات تحتوي على العدد نفسه من البروتونات، في حين أن المركبات تحتوي على أنواع مختلفة من الذرات مرتبطة معاً.
الدرس الأول: تركيب المادة
ما المادة؟
المادة هي أي شيء له كتلة ويشغل حييزاً.
ماذا قرأت؟ لماذا يعد الهواء مادة، ولا يعد الضوء كذلك؟
لأن الهواء له كتلة ويشغل حيزاً، عكس الضوء فليس له كتلة ولا يشغل حيزاً.
الشكل 1: حدد أي هذه الأشياء مواد؟
العلبة النحاسية وثمرة اليقطين والقطرات التي يمر عبرها الضوء ليكون قوس قزح مواد، أما قوس المطر نفسه فهو ضوء وليس مادة.
ما مكونات المادة؟
تعريف الذرة: أصغر جزء من المادة وتتكون من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات.
قانون حفظ المادة (مسهمات لافوازييه):
ينص قانون حفظ المادة على أن: المادة لا تفنى ولا تستحدث إلا بقدرة الله تعالى، وإنما تتحول من شكل إلى آخر.
مثال: كتلة الخشب + الأكسجين = كتلة الرماد + الغازات + بخار الماء.
استنتج (الشكل 2): ما مصدر الأكسجين اللازم لاحتراق الخشب في المدفأة؟
مصدره الهواء الجوي.
تطور النماذج الذرية
- نموذج دالتون: المادة تتكون من ذرات صغيرة جداً لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، وكل نوع من المادة يتكون من نوع واحد من الذرات.
- نموذج طومسون: الذرة تتكون من كرة متجانسة موجبة الشحنة تتوزع فيها إلكترونات سالبة الشحنة.وضّح كيف توصل طومسون إلى معرفة أن الذرة تتكون من شحنات موجبة وشحنات سالبة؟
توصل طومسون إلى ذلك عندما اكتشف وجود إلكترونات سالبة الشحنة في تركيب الذرة، ولكنه وجد أن هناك ذرات متعادلة؛ مما استنتج من خلاله وجود شحنات موجبة تساوي عدد الشحنات السالبة حتى تتعادل. - نموذج رذرفورد: معظم حجم الذرة فراغ، وتتكون من نواة صغيرة جداً تحوي بداخلها بروتونات موجبة الشحنة، وتنتشر الإلكترونات في الفراغ المحيط بالنواة. (واكتشف شادويك النيوترون المتعادل داخل النواة).حدد أين يمكن أن تتركز كتلة الذرة (الشكل 4)؟
تتركز في النواة. - نموذج بور: تدور الإلكترونات حول نواة الذرة في مستويات طاقة مختلفة ومدارات تبعد عن النواة مسافات محددة.
- النموذج الذري الحديث (السحابة الإلكترونية): الإلكترونات توجد حول النواة على شكل سحابة إلكترونية، واللون الغامق يمثل المنطقة التي يزيد احتمال وجود الإلكترون فيها.
مراجعة الدرس الأول (اختبر نفسك)
1. اذكر خمسة أمثلة على المادة، وخمسة أمثلة على أشياء ليست مادة. وضح إجابتك.
- أمثلة على المادة: الأتربة، الماء، الصخور، التربة، المعادن، الحيوانات (لأن لها كتلة وتشغل حيزاً).
- أمثلة على غير المادة: الصوت، الضوء، الحرارة، الموجات، الأفكار (لأن ليس لها كتلة ولا تشغل حيزاً).
2. صف أهم مكونات الذرة.
تتكون الذرة من:
- نواة: تحتوي على:
- بروتونات: شحنتها موجبة.
- نيوترونات: شحنتها متعادلة.
- إلكترونات: شحنتها سالبة وتتحرك في السحابة الإلكترونية حول النواة.
3. فسر لماذا كان اختيار كلمة (ذرة) مناسباً لفكرة ديمقريطس؟
لأن كلمة الذرة تعني الجسم غير القابل للانقسام.
4. اشرح قانون حفظ المادة.
ينص على أن المادة لا تفنى ولا تستحدث من عدم؛ فمثلاً عند احتراق كتلة من الخشب، فإن كتلة الخشب قبل الحرق مضافاً إليها كتلة الأوكسجين المتفاعل معها تساوي كتلة المواد الناتجة بعد الحرق من غازات ورماد وماء.
5. التفكير الناقد: كيف يختلف نموذج السحابة الإلكترونية عن نموذج بور للذرة؟
نموذج السحابة الإلكترونية، بخلاف نموذج بور، لا يتضمن حركة الإلكترونات في مدارات محددة حول النواة بالطريقة التي تدور بها الكواكب في مداراتها حول الشمس، بل توجد على شكل غيمة أو سحابة إلكترونية يتوقع وجود الإلكترون فيها.
6. تطبيق المهارات: صنف العلماء الذين وردت أسماؤهم في هذا الدرس حسب مساهماتهم العلمية، وفسر لماذا وضعت كلاً منهم في مجموعته.
- ديموقريطس ودالتون: كلاهما تصورا أن الذرة أصغر جزء من المادة ولا يمكن تقسيمها إلى أجزاء أصغر.
- طومسون وراذرفورد وتشادويك: جميعهم ساهموا في اكتشاف النواة وما بها من جسيمات (إلكترونات، بروتونات، نيوترونات).
- بور: اهتم بدراسة الإلكترونات وتحديد مستويات طاقتها حول النواة.
7. تقويم البيانات والنتائج: راجع نقاط الضعف والقوة في نظرية طومسون، وحللها وانقدها مستعملاً نموذج رذرفورد.
- مواطن القوة: أن الذرة قابلة للانقسام وتتكون من جسيمات شحناتها موجبة وسالبة.
- مواطن الضعف: اعتبر الذرة كرة صلبة متجانسة ولم يوضح أن معظم حجم الذرة فراغ وأن الشحنة الموجبة تتركز في النواة.
الدرس الثاني: العناصر والمركبات والمخاليط
العناصر والجدول الدوري
العنصر: مادة تتكون من نوع واحد من الذرات. عدد العناصر المعروفة في الجدول الدوري حتى الآن 118 عنصراً، منها 92 عنصراً موجوداً في الطبيعة.
الجدول الدوري: مخطط لتنظيم وعرض العناصر:
- الدورات: الصفوف الأفقية، والعناصر في الدورة الواحدة متساوية في عدد مستويات الطاقة.
- المجموعات: الأعمدة الرأسية، وتتميز العناصر في المجموعة نفسها بخصائص كيميائية متشابهة.
ماذا قرأت؟ ما العدد الذري لكل من: Pb, Cs, Ne؟
- Ne (النيون) = 10
- Pb (الرصاص) = 82
- Cs (السيزيوم) = 55
العدد الذري والعدد الكتلي والنظائر
- العدد الذري: عدد البروتونات في نواة الذرة.
- العدد الكتلي: مجموع عدد البروتونات وعدد النيوترونات في نواة الذرة.
معادلة العدد الكتلي: العدد الكتلي = عدد البروتونات + عدد النيوترونات
- النظائر: ذرات للعنصر نفسه، لها عدد البروتونات نفسه، ولكنها تختلف في عدد النيوترونات (وبالتالي تختلف في العدد الكتلي).مثال: كلور-35 (تحوي 18 نيوتروناً) وكلور-37 (تحوي 20 نيوتروناً).
- الكتلة الذرية: متوسط كتل النظائر للعنصر الواحد، وتقاس بوحدة الكتلة الذرية (و.ك.ذ / amu).
تطبيق الرياضيات (مسائل تدريبية):
1. عدد النيوترونات في نواة ذرة الباريوم (Ba) هو 81، والعدد الذري 56. ما العدد الكتلي لذرة الباريوم؟
العدد الكتلي = عدد البروتونات + عدد النيوترونات
العدد الكتلي = 56 + 81 = 137
2. تحتوي نواة ذرة الألومنيوم (Al) على 14 نيوتروناً، و13 بروتوناً. ما العدد الكتلي لذرة الألومنيوم؟
العدد الكتلي = عدد البروتونات + عدد النيوترونات
العدد الكتلي = 13 + 14 = 27
تصنيف العناصر
- الفلزات: مواد موصلة للحرارة والكهرباء، لها لمعان فلزي، صلبة (ما عدا الزئبق سائل)، قابلة للطرق والسحب.
- اللافلزات: مظهرها معتم غالباً، معظمها غازات والصلب منها هش، ضعيفة التوصيل للحرارة والكهرباء. (تشكل أكثر من 97% من جسم الإنسان).
- أشباه الفلزات: لها بعض خواص الفلزات وبعض خواص اللافلزات، تقع بينهما في الجدول الدوري، صلبة في درجة حرارة الغرفة، وموصلة للكهرباء بدرجة أقل من الفلزات (مثل السيليكون).ماذا قرأت؟ ما أشباه الفلزات؟
عناصر لها بعض خواص الفلزات وبعض خواص اللافلزات وتقع بين الفلزات واللافلزات في الجدول الدوري.
المركبات
المركب: مادة تنتج من اتحاد عنصرين أو أكثر كيميائياً، وتختلف خواصه تماماً عن خواص العناصر المكونة له.
- مثال: الماء ($H_2O$) يتكون من الهيدروجين والأكسجين.
- مثال: فوق أكسيد الهيدروجين ($H_2O_2$).
- الصيغة الكيميائية للبروبان: $C_3H_8$ (يتكون من 3 ذرات كربون و 8 ذرات هيدروجين).
المخاليط
عند وضع مادتين أو أكثر معاً دون أن تتتحدا كيميائياً. لا تتغير ماهية المواد ويمكن تغيير نسبها.
ماذا قرأت؟ ما العلاقة بين نسب المخاليط وهويتها؟
يمكن أن تتغير النسب دون إحداث تغير في نوع المخلوط أو هويته.
أنواع المخاليط:
- مخلوط متجانس: لا يمكن التمييز بين مكوناته، وتكون جميع أجزائه متماثلة في الخواص (مثل: شراب الفاكهة، الهواء، الشاي).
- مخلوط غير متجانس: يمكن التمييز بين مكوناته، وتكون أجزاؤه غير متماثلة في الخواص (مثل: السلطة، حساء الخضار، طبق البيتزا).
تطبيق العلوم: ما أفضل طريقة لتحلية مياه المحيط؟
- أي الطريقتين تفضل استعمالها لتحلية الماء لأعداد كبيرة من الناس حيث تتوافر الطاقة؟
الجواب: التقطير. - أي الطريقتين تختار لتحلية الماء لمنزل واحد فقط؟
الجواب: التحليل الكهربائي (الفصل الكهربائي).
مراجعة الدرس الثاني
1. وضح بعض استخدامات الفلزات وفقاً لخواصها.
الفلزات موصلة جيدة للحرارة والكهرباء؛ لذلك تصنع منها قدور الطهي وأسلاك التوصيل الكهربائي، وهي قابلة للتشكيل والسحب والطبخ؛ لذا تصنع منها الهياكل والصفائح والمجوهرات.
2. وضح الفرق بين العدد الذري والعدد الكتلي.
- العدد الذري: هو عدد البروتونات الموجودة داخل نواة ذرة العنصر.
- العدد الكتلي: هو مجموع عدد النيوترونات والبروتونات داخل النواة.
3. عرف النظائر ووضح بمثال كيف تختلف نظائر عنصر ما بعضها عن بعض.
النظائر: هي ذرات العنصر نفسه، لها عدد البروتونات نفسه، ولكنها تختلف في عدد النيوترونات.
مثال: كلور-35 يحتوي على 18 نيوتروناً، أما كلور-37 فيحتوي على 20 نيوتروناً، وكلا النظيرين يحتويان على 17 بروتوناً.
4. صنف: اذكر ثلاثة أمثلة على كل من المركبات والمخاليط، وفسر اختياراتك.
- المركبات: الماء، ثاني أكسيد الكربون، ملح الطعام (لأنها تتكون من عناصر متحدة كيميائياً بنسب ثابتة ولا يمكن فصلها بالطرق الفيزيائية).
- المخاليط: ماء البحر، الهواء، النحاس الأصفر (لأنها تتكون من مواد غير متحدة كيميائياً ويمكن فصلها بطرق فيزيائية وتتغير نسبها).
5. حدد: يحتوي إناء على مخلوط من الرمل والملح والحصى. كيف يمكن فصل هذه المواد؟
يمكن استخدام المنخل/المصفاة لفصل الحصى عن مخلوط الرمل والملح، ثم يضاف الماء لإذابة الملح، ويفصل الرمل عن المحلول الملحي بالترشيح، ثم يتطاير الماء بالتبخير للحصول على الملح.
6. التفكير الناقد:
- حدد ما إذا كان الذي تناولته اليوم في وجبة الفطور مركباً، أو مخلوطاً متجانساً، أو مخلوطاً غير متجانس؟
(تختلف الإجابة بحسب الوجبة) مثلاً: الحليب مخلوط متجانس، الشاي بالسكر مخلوط متجانس، السلطة أو الجبن مع الخضار مخلوط غير متجانس، والماء مركب. - صف كيفية إيجاد العدد الذري لعنصر الأكسجين. ثم وضح ما الذي نستفيده من معرفته؟
يمكن إيجاده من خلال البحث في الجدول الدوري (الرقم المكتوب أعلى رمز العنصر O وهو 8). ونستفيد منه معرفة عدد البروتونات وعدد الإلكترونات في الذرة المحايدة، مما يحدد هوية العنصر وخصائصه الكيميائية.
7. تطبيق الرياضيات (معادلة بسيطة):
- إذا كان العدد الكتلي لذرة البوتاسيوم 39، ما عدد النيوترونات في نواة هذه الذرة علماً بأن عدد بروتوناته يساوي 19؟
عدد النيوترونات = العدد الكتلي – عدد البروتونات = 39 – 19 = 20 نيوتروناً. - إذا كان في نواة ذرة الفوسفور 15 بروتوناً و15 نيوتروناً، فما العدد الكتلي لهذا النظير؟
العدد الكتلي = عدد النيوترونات + عدد البروتونات = 15 + 15 = 30.
استقصاء من واقع الحياة: الكشف عن وجود المركبات
الاستنتاج والتطبيق:
1. صف كيف يمكن أن تقرر أي المواد موجودة في المادة المجهولة.
عن طريق إجراء الاختبارات السابقة (التفاعل مع الخل، التفاعل مع اليود، واختبار الانصهار) على المادة المجهولة ومقارنة النتائج بالنتائج القياسية للمواد المعروفة.
2. وضح كيف يمكنك أن تكون قادراً على معرفة إن كانت المركبات الثلاثة غير موجودة في المادة المجهولة التي اخترتها.
إذا لم تعط المادة المجهولة لوناً أزرق مع اليود، ولم تكون فقاعات مع الخل، ولم تنصهر عند التسخين، فهذا يدل على أن المادة المجهولة لا تحتوي على نشاء الذرة أو السكر أو مسحوق الخبز.
3. استخلص النتائج: ما الذي تستنتجه إذا اختبرت (بيكنج بودر) في منزلك، ووجدت أنه يطلق فقاعات عند إضافة الخل إليه، ويتحول إلى اللون الأزرق لدى تفاعله مع اليود، ولا ينصهر عند تسخينه؟
نستنتج أن البيكنج بودر يحتوي على النشاء ومسحوق الخبز (بيكربونات الصوديوم)، ولا يحتوي على السكر.
مراجعة الفصل الرابع
استخدام المفردات
املأ الفراغات بالكلمات المناسبة:
- كل شيء يشغل حيزاً وله كتلة، يُسمى المادة.
- الجسيمات الموجودة في نواة الذرة وتحمل شحنة موجبة وعددها يساوي العدد الذري تسمى البروتونات.
- يوجد في نواة الذرة بروتونات و نيوترونات.
- عندما يرتبط عنصران أو أكثر كيميائياً فإن المادة الناتجة تسمى مركباً.
- العناصر التي لها لمعان وموصلة للكهرباء والحرارة وقابلة للطرق والسحب وتشغل معظم الجدول الدوري هي فلزات.
تثبيت المفاهيم
اختر الإجابة الصحيحة فيما يأتي:
6. يعد محلول السكر والماء:
د. مخلوطاً متجانساً
7. تحتوي ذرة على 12 بروتوناً و12 نيوتروناً، وتحتوي ذرة أخرى على 12 بروتوناً و16 نيوتروناً، ما هاتان الذرتان؟
ج. نظيران للعنصر نفسه
8. إذا تماثلت العناصر المكونة لمركبين فلا بد أن:
د. الرموز الكيميائية في صيغ المركبين متماثلة لكن الأرقام قد تختلف
9. تتكون الذرة من:
ج. إلكترونات وبروتونات ونيوترونات
10. الجسيمات ذات الشحنة السالبة في الذرة هي:
ب. الإلكترونات
11. أين تتواجد الإلكترونات في الذرة؟
ج. حول النواة على شكل سحابة إلكترونية
12. أي المواد التالية خليط غير متجانس؟
ب. السلطة
التفكير الناقد
13. استخدم الجدول الدوري لإيجاد العدد الذري لكل من الكربون والصوديوم والنيكل:
- الكربون (C) = 6
- الصوديوم (Na) = 11
- النيكل (Ni) = 28
14. ما العنصر الذي يحتوي على 7 بروتونات؟
عنصر النيتروجين (N).
15. هل ذرتان تحتويان على (6 بروتونات و 8 نيوترونات) و (6 بروتونات و 6 نيوترونات) نظيران أم لا؟ فسر إجابتك.
نعم، نظيران؛ لأن لهما عدد البروتونات نفسه (6 بروتونات) ولكن تختلفان في عدد النيوترونات.
16. فسر كيف يمكن أن يكون (كوبالت-60) و (كوبالت-59) العنصر نفسه، مع أن لكل منهما عدداً كتلياً مختلفاً؟
لأنهما نظائر لعنصر الكوبالت، وكلاهما يحتوي على 27 بروتوناً في النواة ولكن يختلفان في عدد النيوترونات.
17. اشرح كيف يمكن حساب الكتلة الذرية للعنصر؟
حساب متوسط مجموع الكتل الذرية لنظائر العنصر المختلفة مع مراعاة نسبة وجود كل نظير في الطبيعة.
18. بحث تاريخي عن اكتشاف الإلكترون:
طومسون هو العالم الذي اكتشف الإلكترون عام 1897م، حيث بين من خلال تجاربه على أشعة المهبط أن الأشعة تتكون من جزيئات صغيرة مشحونة بشحنة كهربائية سالبة أطلق عليها اسم الإلكترونات، وتمكن من قياس نسبة شحنتها إلى كتلتها.
19. جدول نظائر الكريبتون (العدد الذري للكريبتون Kr هو 36):
| النظير (العدد الكتلي) | عدد البروتونات | عدد الإلكترونات | عدد النيوترونات (العدد الكتلي – 36) |
|---|---|---|---|
| كريبتون-78 | 36 | 36 | 42 |
| كريبتون-80 | 36 | 36 | 44 |
| كريبتون-82 | 36 | 36 | 46 |
| كريبتون-83 | 36 | 36 | 47 |
| كريبتون-84 | 36 | 36 | 48 |
| كريبتون-86 | 36 | 36 | 50 |
20. نسبة الذرات: ما نسبة الهيدروجين إلى الأكسجين في كل من حمض الكبريتيك ($H_2SO_4$) وفوق أكسيد الهيدروجين ($H_2O_2$)؟
- في حمض الكبريتيك ($H_2SO_4$): الهيدروجين 2 والأكسجين 4، النسبة هي 2 : 4 تبسط إلى 1 : 2.
- في فوق أكسيد الهيدروجين ($H_2O_2$): الهيدروجين 2 والأكسجين 2، النسبة هي 2 : 2 تبسط إلى 1 : 1.
اختبار مقنن (الوحدة الثانية)
الجزء الأول: أسئلة الاختيار من متعدد
1. أي مما يلي ليس من الخصائص الفيزيائية للمادة؟
د. الاشتعال
2. الدقائق في الوعاء (أ) هي دقائق مادة:
ج. غازية
3. إذا كانت الأوعية الثلاثة تحوي على ماء، فإن الوعاء (ج) يمثل:
ج. الجليد (الصلب)
4. صاحب فكرة أن المادة تتكون من دقائق صغيرة تسمى الذرات هو العالم:
د. ديمقريطس
5. أغلب العناصر الموجودة على يسار الجدول الدوري هي:
أ. فلزات
6. أي الخصائص التالية تتصف بها اللافلزات الصلبة؟
ب. هشة
7. في ذرة نظير عنصر الكالسيوم $^{40}_{20}Ca$ يدل الرقم 40 على عدد:
د. النيوترونات + عدد البروتونات (العدد الكتلي)
الجزء الثاني: أسئلة الإجابات القصيرة
8. ماذا نسمي كلاً من الصفوف والأعمدة في الجدول الدوري؟
الصفوف تسمى دورة، والأعمدة تسمى مجموعة.
9. يتكون جزيء فوق أكسيد الهيدروجين من ذرتي أكسجين وذرتي هيدروجين ($H_2O_2$). ما الصيغة الجزيئية لستة من جزيئات فوق أكسيد الهيدروجين؟
$6H_2O_2$
10. هل يتكون معظم جسم الإنسان من فلزات أو لا فلزات أو أشباه فلزات؟
لا فلزات (بنسبة تزيد على 97%).
11. اختر أي جسم في غرفة الصف، ثم صف خصائصه الفيزيائية.
الطاولة الخشبية: جسم صلب، بني اللون، له كتلة وحجم وطول معين وقابلية منخفضة للتوصيل الحراري.
12. ما الفرق بين التغير الفيزيائي والتغير الكيميائي؟ وما دلائل حدوث كل منهما؟
- التغير الفيزيائي: يتغير شكل المادة أو حالتها دون تغير في تركيبها الكيميائي (مثل انصهار الثلج)، ودلائله تغير الحجم أو الشكل أو الحالة.
- التغير الكيميائي: تحول المادة إلى مادة جديدة مختلفة في التركيب والخواص (مثل احتراق الخشب)، ودلائله إنتاج حرارة، ضوء، تصاعد غاز، تغير اللون، أو تكون راسب.
13. لديك قصاصة من الورق، وضح كيف تغير في خصائصها الفيزيائية والكيميائية.
- تغير فيزيائي: بتمزيق القصاصة أو طيها إلى قطع صغيرة.
- تغير كيميائي: بحرق القصاصة بالنار لتحويلها إلى رماد وغازات.
الجزء الثالث: أسئلة الإجابات المفتوحة
14. لديك 20 مل من الزيت، و 20 مل من الخل. هل تتوقع أن تكون لهما الكتلة نفسها؟ لماذا؟
لا، ليس لهما الكتلة نفسها؛ لأن الكثافة مختلفة بين الخل والزيت، فالكتلة تعتمد على الكثافة للكمية الحجمية نفسها ($الكتلة = الكثافة \times الحجم$).
15. صناعة الخبز مثال على التغير الكيميائي. صف خواص المواد قبل عملية الخبيز وبعدها؟
قبل الخبز تكون المواد عبارة عن مخلوط رطب وسلس من الطحين والماء والخميرة ذات طعم ولزوجة معينة، وبعد الخبز تتفاعل المكونات بفعل الحرارة والتخمر لينتج خبز صلب وهش ذو طعم ورائحة وبنية جديدة تماماً.
16. اشرح ثلاث طرائق لفصل مكونات المخاليط واعط مثالاً على كل واحدة.
- الترشيح: فصل مادة صلبة غير ذائبة عن السائل (مثل فصل مخلوط الرمل والماء).
- التبخير: فصل مادة صلبة ذائبة في سائل بتبخير السائل (مثل فصل الملح عن الماء).
- الفصل بالمغناطيسية: فصل المواد التي تمتلك خواص مغناطيسية (مثل فصل برادة الحديد عن الكبريت أو الرمل).
