يرتبط العدد الذري والعدد الكتلي للعناصر الكيميائية ارتباطًا وثيقًا، حيث يحدد العدد الذري اسم العنصر، مما يعني أن جميع الذرات التي تحمل نفس الرقم تنتمي إلى العنصر نفسه. كما يعكس هذا الرقم ترتيب العنصر في الجدول الدوري، بينما يُعبر العدد الكتلي عن كتلة العنصر، التي تُحسب كمجموع البروتونات والنيوترونات الموجودة في نواة الذرة.
العدد الذري والعدد الكتلي للعناصر الكيميائية
- الهيدروجين: العدد الذري (١)، العدد الكتلي (٧).
- الهيليوم: العدد الذري (٢)، العدد الكتلي (٢).
- الليثيوم: العدد الذري (٣)، العدد الكتلي (٢).
- البيريليوم: العدد الذري (٤)، العدد الكتلي (٣).
- البورون: العدد الذري (٥)، العدد الكتلي (٧).
- الكربون: العدد الذري (٦)، العدد الكتلي (٨).
- النيتروجين: العدد الذري (٧)، العدد الكتلي (٢).
- الأكسجين: العدد الذري (٨)، العدد الكتلي (٩).
- النيون: العدد الذري (١٠)، العدد الكتلي (٦).
- الصوديوم: العدد الذري (١١)، العدد الكتلي (٢).
- الماغنسيوم: العدد الذري (١٢)، العدد الكتلي (٦).
- الألومنيوم: العدد الذري (١٣)، العدد الكتلي (٢).
- السيليكون: العدد الذري (١٤)، العدد الكتلي (٣).
- الفوسفور: العدد الذري (١٥)، العدد الكتلي (٢).
- الكبريت: العدد الذري (١٦)، العدد الكتلي (٥).
- الكلور: العدد الذري (١٧)، العدد الكتلي (٢).
- الأرجون: العدد الذري (١٨)، العدد الكتلي (١).
- البوتاسيوم: العدد الذري (١٩)، العدد الكتلي (١).
- الكالسيوم: العدد الذري (٢٠)، العدد الكتلي (٤).
- السكانديوم: العدد الذري (٢١)، العدد الكتلي (٨).
- التيتانيوم: العدد الذري (٢٢)، العدد الكتلي (١).
- الفاناديوم: العدد الذري (٢٣)، العدد الكتلي (١).
- الكربوم: العدد الذري (٢٤)، العدد الكتلي (٦).
- المنغنيز: العدد الذري (٢٥)، العدد الكتلي (٩).
- الحديد: العدد الذري (٢٦)، العدد الكتلي (٢).
- الكوبالت: العدد الذري (٢٧)، العدد الكتلي (٩).
- النيكل: العدد الذري (٢٨)، العدد الكتلي (٢).
- النحاس: العدد الذري (٢٩)، العدد الكتلي (٣).
- الزنك: العدد الذري (٣٠)، العدد الكتلي (٤).
- الجاليوم: العدد الذري (٣١)، العدد الكتلي (١).
- الجرمانيوم: العدد الذري (٣٢)، العدد الكتلي (١).
- الزرنيخ: العدد الذري (٣٣)، العدد الكتلي (٢).
- السيلينيوم: العدد الذري (٣٤)، العدد الكتلي (٣).
- البروماين: العدد الذري (٣٥)، العدد الكتلي (١).
- الكربتون: العدد الذري (٣٦)، العدد الكتلي (٢).
- الروبيديوم: العدد الذري (٣٧)، العدد الكتلي (٣).
- السترونشيوم: العدد الذري (٣٨)، العدد الكتلي (١).
- الإيتريوم: العدد الذري (٣٩)، العدد الكتلي (٢).
تعريف العدد الذري والعدد الكتلي
- العدد الذري هو عدد البروتونات داخل النواة، يُرمز له بالرمز (Z). يساعد هذا الرقم في تحديد نوع العنصر وخصائصه الفريدة.
- أما العدد الكتلي، فهو مجموع البروتونات والنيوترونات، يتم التعبير عنه بالرمز (A).
- من المهم ملاحظة أن العناصر في الجدول الدوري تُرتب وفقًا لزيادة العدد الذري.
- اكتشف العالم هنري موسلي هذا التنظيم، حيث يظهر الرقم بجانب العنصر في الجزء العلوي، بينما يظهر العدد الكتلي أسفل العنصر.
- عند تسمية العنصر، يتم وضع الرقمين في الجانب الأيسر من الترتيب بحيث يظهر العدد الكتلي كرقم صغير أعلى العنصر، والعدد الذري كرقم صغير أسفل العنصر.
- تجدر الإشارة إلى أن كتلة الإلكترونات لا تُحسب عند حساب العدد الكتلي بسبب وزنها الخفيف للغاية، والذي يُعتبر حوالي 1/1800 من كتلة البروتون.
- غالبًا ما يُقرب العدد الكتلي لأقرب عدد صحيح عند الإشارة إلى أي نوع من الذرات.
- تمتلك النظائر نفسها تعدادًا ذريًا مختلفًا تبعًا لاختلاف عدد النيوترونات.
- يؤدي إضافة بروتون واحد إلى ذرة إلى تكوين عنصر جديد، بينما قد تساهم إضافة نيوترون في تكوين نظير مختلف للعنصر.
العلاقة بين العدد الذري وسلوك العنصر الكيميائي
- تساعد معرفة الرقم الذري في تحديد الخصائص الكيميائية للعنصر، حيث إن عدد البروتونات يساوي عدد الإلكترونات في الذرات المحايدة.
- يمكن حساب توزيع الإلكترونات للعنصر بناءً على عدد الإلكترونات، مما يساعد على فهم تكوين الروابط الكيميائية من خلال إلكترونات التكافؤ في المدار الخارجي.
- إن طبيعة هذه الإلكترونات تلعب دورًا حاسمًا في قدرة الذرة على تفاعل الإلكترونات وإقامة روابط كيميائية خلال التفاعلات.
أمثلة توضيحية لحساب العدد الذري والعدد الكتلي
يتم استخدام العدد الذري والعدد الكتلي لتشكيل صورة متكاملة للذرة والعناصر، مما يساعد في فهم خصائصها وطريقة ارتباط النواة بالذرات. كما يتضمن ذلك معرفة عدد البروتونات والإلكترونات والنيوترونات لكل عنصر، ولذلك إليك بعض الأمثلة:
1- المثال الأول
لذرة تحمل العدد 9 وعدد النيوترونات 19، ما هو عدد البروتونات والإلكترونات والنيوترونات؟
- الحل: عدد البروتونات هو 9، حيث يتساوى عدد البروتونات عادةً مع العدد الذري.
- عدد الإلكترونات هو 9، نظرًا لأن عدد البروتونات يتساوى مع عدد الإلكترونات في الذرة المحايدة.
- عدد النيوترونات هو 10، حيث يتم حساب عدد النيوترونات بطرح العدد الذري من العدد الكتلي، مما يعطينا (عدد الكتلي – عدد البروتونات) = عدد النيوترونات.
2- المثال الثاني
- ما عدد النيوترونات الموجودة في ذرة الكلور (Cl) ذات العدد الذري 17 والعدد الكتلي 35؟
- الحل: نعلم أن العدد الذري يساوي عدد البروتونات، لذا فإن العدد الكتلي = عدد البروتونات + عدد النيوترونات. وبالتالي 35 = 17 + عدد النيوترونات وبذلك عدد النيوترونات = 35 – 17 = 18 نيوترون.
3- المثال الثالث
- بالنظر إلى ذرة الصوديوم، ذات العدد الذري 11، ما عدد البروتونات والإلكترونات؟
- الحل: العدد الذري = عدد البروتونات = عدد الإلكترونات في الذرة المحايدة، وبالتالي عدد البروتونات هو 11، مما يعني أن عدد الإلكترونات أيضًا يساوي 11.
4- المثال الرابع
- ما عدد البروتونات والنيوترونات والإلكترونات في ذرة البورون (B-10) والزئبق (Hg-199)؟
- الحل: العدد الذري لذرة البورون هو 5، وبالتالي عدد البروتونات = 5 وعدد الإلكترونات = 5، وعدد النيوترونات = 5.
- بينما العدد الذري لذرة الزئبق هو 80، لذا فإن عدد البروتونات = 80 وعدد الإلكترونات = 80، وعدد النيوترونات = 119.
معلومات هامة حول العدد الذري والعدد الكتلي
- قام مندليف بترتيب العناصر الكيميائية المعروفة بناءً على تشابهاتها في الخصائص، وتمت الملاحظة أن ترتيبها حسب الكتلة أدى إلى بعض الاختلافات.
- فمثلاً، إذا تمت مقارنة اليود والتيلوريوم حسب الكتلة، فقد يُخطأ في موقعهما. ولكن عند ترتيبها حسب عدد البروتونات، تتطابق الخصائص الكيميائية مع هذا الترتيب.
- يُعتبر العدد الذري للهيدروجين واحداً، حيث يحتوي على بروتون واحد فقط في نواته.
- فيما يتعلق بالهيليوم، فإن العدد الذري هو 2، والذي يحتوي على بروتينين وزوجين من النيوترونات.
- تتزايد الأعداد مع تقدم الجدول، حتى تصل إلى العناصر الثقيلة مثل الرصاص (العدد الذري 82) واليورانيوم (العدد الذري 92).
- إضافةً إلى الرقم Z، الذي يمثل البروتونات، نحن مهتمون أيضًا بالكيمياء والفيزياء.
- تُعرف الكتلة A بأنها مجموع البروتونات والنيوترونات ضمن النواة، وتسمى العدد الكتلي.
- تمت ملاحظة أن العدد المتساوي من البروتونات والنيوترونات يسهم في استقرار النواة، خاصة بالنسبة للعناصر العشرين الأساسية في الجدول.
- تتطلب النواة مزيدًا من النيوترونات لتحقيق الاستقرار لمعادلة القوى المتزايدة بين البروتونات (حيث تعد النيوترونات متعادلة كهربائيًا).
- إذا كانت النواة غير مستقرة، فإنها تُعد مشعة، حيث يمكن أن نجد بين النظائر المختلفة للمادة عنصرًا مستقراً أو غير مستقر، مثل الكربون-12 الذي يحتوي على 6 بروتونات و6 نيوترونات، وهو مستقر، بينما الكربون-14 الذي يحتوي على 6 بروتونات و8 نيوترونات، يعد غير مستقر.
- بالرغم من كون العنصر مشعًا أو غير مشع، فإن خواصه الكيميائية تبقى كما هي.
- تبدو التغيرات في أطياف العناصر مرتبطة برقم Z.
- أوضح هنري موسلي هذه الفروقات في العام 1913.
- درس موسلي خطوط الطيف المنبعثة من الذرات المثارة وحدد أنها تعكس صحة نموذج بور للذرة.
- كما لاحظ أن تردد خطوط الطيف للعناصر المختلفة مرتبط بشكل طردي مع مربع الرقم Z.
