مبحث ذرات زیر اتمی شیمی دهم – جمع بندی و تست

برای موفقیت در بدست آوردن پاسخ صحیح سؤالات شیمی کنکور باید به تمام مفاهیم پایه‌ای تسلط داشته باشید. دانش‌آموزان کنکوری و پشت کنکوری‌ها باید درک کنند که صرفاً با حفظ کردن تمام نکات جمع بندی مبحث ذرات زیر اتمی  بدون یادگیری آن‌ها، نمی‌توانید به تست‌های کنکور شیمی پاسخ صحیح دهید. همچنین توجه داشته باشید درس ذرات زیر اتمی شیمی دهم پایه‌ی بسیاری از مباحث شیمی و حتی کلید درک و حل سؤالات استوکیومتری و  شیمی معدنی است. در این مطلب به بررسی زیر و بم ذرات زیر اتمی شیمی دهم و نکات تستی آن با حل مسئله می‌پردازیم. در صورتی که پیش‌زمینه‌ای در ذرات زیر اتمی شیمی دهم ندارید یا قصد دوره‌ کردن و جمع بندی مبحث ذرات زیر اتمی را دارید، مطالعه‌ی این مطلب دو قسمتی را به شما توصیه می‌کنیم.

اتم چیست؟

یادگیری مبحث ذرات زیر اتمی شیمی دهم را با تعریف اتم‌ها شروع می‌کنیم. اتم‌ها ذرات ریزی هستند که اعم از جامد مایع گاز تمام مواد در جهان از آن‌ها تشکیل شده‌اند. تمام موجودات زنده و اشیای غیر زنده موجود در زمین از تریلیون‌ها  اتم ساخته شده‌اند. ذرات کوچک‌تری که یک اتم را تشکیل می‌دهند به عنوان ذرات زیراتمی شناخته می‌شوند. اصطلاح “اتم” از کلمه یونانی “اتوموس” به معنای “تقسیم ناپذیر” گرفته شده است. فیلسوفان یونان و هند باستان اولین کسانی بودند که اتم را واحد اصلی همه مواد در جهان در نظر می‌گرفتند. بنابراین یک اتم را می‌توان به عنوان ساده‌ترین واحد ساختاری یک عنصر که تمام خواص آن را ایجاد می‌کند نیز تعریف کرد.

ساختار یک اتم:

در این قسمت از جمع بندی مبحث ذرات زیر اتمی  به بررسی ساختار اتم می‌پردازیم. هر اتم از یک هسته مرکزی تشکیل شده است که توسط الکترون‌هایی که در اوربیتال‌های الکترونی به دور هسته می‌چرخند احاطه شده است. هسته نسبت به اندازه کل اتم، کوچک است. معمولاً هسته اتم را با یک نخود در وسط یک استادیوم فوتبال مقایسه می‌کنند. هسته از پروتون‌ها و نوترون‌ها که سنگین‌ترین ذرات هستند تشکیل شده است. الکترون‌ها تقریباً 2000 برابر سبک‌تر از پروتون یا نوترون هستند و تقریباً هیچ وزنی ندارند، بنابراین بیشتر جرم اتم از هسته کوچک می‌آید. پروتون‌ها دارای بار مثبت هستند، در حالی که نوترون‌ها هیچ باری ندارند و به‌طورکلی هسته دارای بار مثبت است. الکترون‌ها دارای بار منفی هستند که به دلیل جاذبه بین بارهای مخالف، هسته را قادر می‌سازند تا الکترون‌های خود را نگه دارد. تا اینجا به بررسی تقریباً نکات اولیه‌ی جمع بندی مبحث ذرات زیر اتمی پرداختیم. توجه داشته باشید جدول زیر در یادگیری ذرات زیر اتمی شیمی دهم بسیار حائز اهمیت است.

تمام نکات عدد اتمی و عدد جرمی در جمع بندی مبحث ذرات زیر اتمی:

هر اتم دارای یک عدد اتمی و یک عدد جرمی است که در جدول تناوبی به‌عنوان عدد کوچک و عدد بزرگ‌تر در کنار هر نماد شیمیایی نمایش داده می‌شود. عدد اتمی تعداد پروتون‌ها را به ما می‌گوید که این عدد برای هر عنصر منحصربه‌فرد است. اگر تعداد پروتون‌ها تغییر کند (و در نتیجه عدد اتمی تغییر می‌کند)، که مثلاً می‌تواند در طی واپاشی رادیواکتیو رخ دهد، هویت عنصر نیز تغییر می‌کند. عدد جرمی، تعداد پروتون‌ها و نوترون‌های هسته را به ما می‌گوید. به یاد داشته باشید که بیشتر جرم اتم از هسته می‌آید و هسته از هر دو پروتون و نوترون تشکیل شده است. دو اتم از یک عنصر می‌توانند اعداد جرمی متفاوتی داشته باشند، زیرا ایزوتوپ هستند. در تصویر زیر این مثال را در منیزیم می‌بینید که نماد آن Mg است. عدد اتمی آن در بالای نمادش ۱۲ است که نشان‌دهنده‌ی تعداد پروتون‌های آن است. عدد جرمی آن در پایین نمادش ۲۴ است که نشان‌دهنده‌ی مجموع تعداد الکترون و پروتون‌های آن است.

پروتون چیست؟

پروتون‌ها در هسته اتم‌های خنثی با همسایه‌های خنثی خود یعنی نوترون‌ها قرار دارند. نوترون‌ها و پروتون‌ها که معمولاً نوکلئون‌ها نامیده می‌شوند، در هسته اتم به هم متصل هستند. پروتون و نوترون در هسته اتم  99.9 درصد از جرم اتم را تشکیل می‌دهند. تحقیقات در فیزیک ذرات پرانرژی در قرن بیستم نشان داده که نه نوترون و نه پروتون کوچک‌ترین واحد سازنده ماده نیستند.

در این قسمت به بررسی ویژگی‌های پروتون در جمع بندی مبحث ذرات زیر اتمی می‌پردازیم:

۱ـ پروتون‌ها ذراتی با بار مثبت هستند که به تشکیل اتم کمک می‌کنند و در هسته اتم در کنار نوترون‌ها قرار دارند.

۲ـ عدد اتمی یک عنصر برابر با تعداد پروتون‌های هسته است.

۳ـ جرم یک پروتون 1.007277 amu (واحد جرم اتمی) است.

۴ـ پروتون، نماد p یا p+، یکی از ذرات زیراتمی است که ماده را می‌سازد.

۵ـ جرم پروتون‌ها بسیار سبک‌تر از نوترون است اما تقریباً 1836 برابر بیشتر از الکترون می‌باشند.

الکترون چیست؟

الکترون‌ها در مدارها یا سطوح انرژی قرار می‌گیرند. این مدارها مانند مدار سیاره یا جرم آسمانی مسیرهای قابل مشاهده نیستند. دلیل آن این است که اتم‌ها بسیار کوچک هستند و بهترین میکروسکوپ‌ها فقط می‌توانند تعداد زیادی از اتم‌ها را در آن مقیاس مشاهده کنند. حتی اگر بتوانیم الکترون‌ها را ببینیم، برای چشم انسان خیلی سریع حرکت می‌کنند. در حقیقت دانشمندان هنوز نمی‌توانند موقعیت دقیق الکترون‌ها را محاسبه کنند. آن‌ها فقط می‌توانند مکانشان را تخمین بزنند. به همین دلیل است که مدل مدرن اتم‌ها به جای یک سیستم تعریف‌شده از الکترون‌ها در مدارهای متحدالمرکز، یک ابر الکترونی دارد که هسته اتم را احاطه کرده است. از آن‌جایی که تعداد الکترون‌ها و آرایش آن‌ها مسئول رفتار شیمیایی اتم‌ها است، عدد اتمی عناصر شیمیایی مختلف را مشخص می‌کند. تعداد الکترون‌ها در لایه‌های الکترونی هر عنصر، به‌ویژه بیرونی‌ترین لایه ظرفیتی، عامل اصلی تعیین‌کننده رفتار شیمیایی آن است. در جدول تناوبی، عناصر به‌ترتیب افزایش عدد اتمی Z فهرست شده‌اند.

در این قسمت ویژگی‌های الکترون را بررسی می‌کنیم:

۱ـ الکترون‌ها ذرات زیر اتمی هستند که به دور هسته یک اتم می‌چرخند.

۲ـ الکترون‌ها بسیار کوچک‌تر از پروتون یا نوترون هستند. در واقع، الکترون‌ها 1800 برابر کوچک‌تر هستند.

۳ـ الکترون‌ها بار الکتریکی منفی را حمل می‌کنند. بار یک الکترون -1 است.

۴ـ یک الکترون حامل باری 1.6×10-19 کولن است.

۵ـ جرم آن‌ها 0.000549 amu است.

بار الکتریکی در اتم:

دو نوع بار الکتریکی وجود دارد: مثبت و منفی که به‌ترتیب توسط پروتون‌ها و الکترون‌ها حمل می‌شوند. پروتون‌ها با بار مثبت همراه با نوترون‌ها داخل هسته یافت می‌شوند. الکترون‌ها با بار منفی آزادانه دورهسته‌ی اتم حرکت می‌کنند.

نکات مربوط به الکترون‌ها در جمع بندی مبحث ذرات زیر اتمی:

۱ـ هر اتم در حالت عادی خنثی است.

۲ـ با از دست‌ دادن یک الکترون بار اتم مثبت می‌شود و تبدیل به یون با یک بار مثبت می‌شود.

۳ـ با گرفتن یک الکترون، بار اتم منفی شده و تبدیل به یون با یک بار منفی می‌شود.

نوترون چیست؟

نوترون‌ها در کنار پروتون‌ها در هسته‌ی اتم قرار دارند. برهم‌کنش بین نوترون و پروتون در هسته، ثبات هسته را تضمین می‌کند. پروتون‌ها و نوترون‌ها از طریق نیرویی قوی، یکدیگر را جذب می‌کنند. از سوی دیگر، پروتون‌ها به دلیل بار مثبت، یکدیگر را از طریق نیروی الکتریکی دفع می‌کنند. بنابراین نوترون‌های درون هسته تا حدودی مانند چسب عمل می‌کنند. نوترون‌ها یکدیگر و پروتون‌ها را جذب می‌کنند که به جبران دافعه الکتریکی بین پروتون‌ها است. نوترون‌ها اهمیت زیادی دارند زیرا ایزوتوپ یک عنصر را تعیین می‌کنند. به عنوان مثال، کربن با 6 نوترون کربن-12 است، اما اگر دو نوترون دیگر اضافه کنید، کربن-14 به دست می‌آید که حضور آن در مواد آلی در تاریخ‌سنجی رادیوکربن، با نام مستعار کربن-14 استفاده می‌شود.

در این قسمت ویژگی‌های نوترون در بین ذرات زیر اتمی شیمی دهم را بررسی می‌کنیم:

۱ـ نوترون‌ها ذرات با بار خنثی هستند که جزو اجزای تشکیل‌‌دهنده‌ی هسته‌ی اتم می‌باشند.

۲ـ نوترون‌ها ذرات خنثی هستند. یعنی بدون بار الکتریکی خالص هستند.

۳ـ نوترون‌ها در هسته همه اتم‌ها به‌جز هیدروژن یافت می‌شوند.

۴ـ نوترون‌ها می‌توانند باعث ایجاد شکافت هسته‌ای شوند.

۵ـ جرم یک نوترون کمی بیشتر از یک پروتون است؛ یعنی 1.008665 amu (واحد جرم اتمی).

ایزوتوپ چیست؟

مفهوم ایزوتوپ اهمیت بالایی در جمع بندی مبحث ذرات زیر اتمی دارد. ایزوتوپ‌ها اتم‌هایی هستند که دارای تعداد پروتون یکسان اما تعداد نوترون‌های متفاوت هستند؛ بنابراین عدد اتمی یکسان، اما عدد جرمی متفاوتی دارند. به‌عنوان مثال، رایج‌ترین ایزوتوپ‌های کربن کربن-12 و کربن-13 هستند که در آن‌ها کربن-13 یک نوترون اضافی در هسته خود دارد که باعث می‌شود عدد جرمی بیشتری داشته باشد. اعداد جرمی که در جدول تناوبی می‌بینیم یک عدد هستند که میانگین کل جرم همه ایزوتوپ‌های یک عنصر خاص است. این عدد را جرم اتمی نسبی (RAM) می‌نامیم و با استفاده از فرمول زیر قابل محاسبه است:

فرض کنید نمونه‌ای از کربن داریم که از 76 درصد ایزوتوپ کربن 12 و 24 درصد کربن 13 تشکیل شده است، سپس جرم اتمی نسبی) (RAM) خواهد بود:(

RAM = (76 x 12) + (24 x 13) / 100 = 12.24

اهمیت عدد اتمی در جمع بندی مبحث ذرات زیر اتمی:

تعداد پروتون‌ها در هسته یک اتم، عدد اتمی یک عنصر را تعیین می‌کند. به‌عبارت دیگر، هر عنصر دارای یک عدد منحصر به فرد است که مشخص می‌کند در یک اتم آن عنصر چند پروتون وجود دارد. به‌عنوان مثال، تمام اتم‌های هیدروژن و فقط اتم‌های هیدروژن حاوی یک پروتون و دارای عدد اتمی 1 هستند. همه اتم‌های کربن و

فقط اتم‌های کربن دارای شش پروتون و دارای عدد اتمی 6 هستند. عدد اتمی یک عنصر هرگز تغییر نمی‌کند؛ به این معنی که تعداد پروتون‌های موجود در هسته هر اتم در یک عنصر همیشه یکسان است.

دلیل اصلی مهم بودن عدد اتمی این است که با استفاده از عدد اتمی می‌توانید عنصر یک اتم را شناسایی کنید. یکی دیگر از دلایل مهم بودن آن این است که جدول تناوبی مدرن مطابق با افزایش عدد اتمی سازماندهی شده است. در نهایت، عدد اتمی، یک عامل کلیدی در تعیین خواص یک عنصر است. البته توجه داشته باشید که تعداد الکترون‌ها ظرفیت رفتار شیمیایی را تعیین می‌کند.

عدد جرمی در بین ذرات زیر اتمی شیمی دهم:

عدد جرمی، تعداد نوترون‌های یک اتم یک عنصر خاص به‌اضافه تعداد پروتون‌های یک اتم آن عنصر است. به‌عنوان مثال، عدد جرمی یک اتم کربن معمولی 12 است، زیرا یک اتم کربن دارای 6 پروتون و 6 نوترون در هسته خود است. عدد جرمی تقریباً برابر با جرم اتمی است و جرم یک اتم، عنصری است که در واحد جرم اتمی (amu) اندازه‌گیری می‌شود. جرم اتمی هیدروژن 1.00797 amu و جرم اتمی کربن 12.011 amu است. جرم اتمی معمولاً در جدول تناوبی، زیر نام عنصر ذکر شده است.

پیدا کردن تعداد پروتون‌ها در بین ذرات زیر اتمی شیمی دهم

تعداد پروتون‌های یک اتم برابر با عدد اتمی آن عنصر است. به‌عنوان مثال،اکسیژن: طبق جدول تناوبی، اکسیژن دارای عدد اتمی هشت است. عدد اتمی بالای نماد عنصر قرار دارد. از آن‌جایی که عدد اتمی اکسیژن 8 است، در مجموع باید هشت پروتون وجود داشته باشد. علاوه بر این، تعداد پروتون‌ها برای یک عنصر هرگز تغییر نمی‌کند.

پیدا کردن تعداد نوترون‌ها در بین ذرات زیر اتمی شیمی دهم

تعداد نوترون‌های یک اتم را می‌توان با کم‌کردن عدد اتمی از جرم اتمی محاسبه کرد. هر دوی این اعداد را می‌توان در جدول تناوبی یافت. عدد اتمی بالای نماد عنصر ذکر شده است، در حالی که عدد جرمی در زیر آن قرار داده شده است. برای مثال اکسیژن: جرم اتمی آن 15.999 واحد جرم اتمی (amu) و عدد اتمی آن 8 است. وقتی 8 را از 15.999 کم کنیم، 8 خواهیم داشت. همچنین باید توجه داشت که تعداد نوترون‌های یک عنصر ممکن است متفاوت باشد. برخی از عناصر دارای ایزوتوپ هستند که جرم‌های متفاوتی دارند و بنابراین تعداد نوترون‌های متفاوتی دارند.

پیدا کردن تعداد الکترون‌ها در ذرات زیر اتمی شیمی دهم

تعداد الکترون‌های یک اتم برابر با عدد اتمی یک عنصر برای اتم‌هایی با بار خنثی است. این بدان معناست که تعداد الکترون‌ها و تعداد پروتون‌های یک عنصر برابر است. بنابراین، تعداد الکترون‌های موجود در اکسیژن 8 است. علاوه بر این، از آن‌جایی که این دو ذره زیر اتمی، الکترون‌ها و پروتون‌ها، بارهای مخالف دارند، اتم را خنثی می‌کنند.

سخن آخر

احتمالاً گاهی اوقات در مسیر کنکور و جمع بندی مبحث ذرات زیر اتمی توصیه‌های متفاوتی درباره‌ی تمرکز بیشتر روی برخی مباحث به‌علت طرح سؤالات بیشتر از آن‌ها شنیده‌اید. توصیه ما این است که به‌عنوان یک شاگرد کنکوری تمرکز خود را روی یادگیری کامل هر مطلبی که آن را شروع کرده‌اید بگذارید و سپس یادگیری مفهوم بعدی را شروع کنید. استفاده از نکات تستی جمع بندی مبحث ذرات زیر اتمی در صورتی برای شما کارآمد خواهد بود که به محتوای درسی تسلط داشته باشید. در قسمت اول درباره‌ ذرات زیر اتمی شیمی دهم یاد گرفتیم. برای حل مسئله و استفاده از نکات تستی هر بخش پیشنهاد می‌کنیم  قسمت دوم این مطلب را هم مطالعه کنید.

نویسنده: کلاسینومگ