مبحث ذرات زیر اتمی شیمی دهم – جمع بندی و تست(بخش دوم)

در قسمت اول جمع بندی مبحث ذرات زیر اتمی، درباره‌ی تعریف اتم هرکدام از ذرات زیر اتمی شیمی دهم و به‌خصوص عدد جرمی و عدد اتمی یاد گرفتید. همان‌طور که گفته ‌شد عدد اتمی به تعداد پروتون‌های یک اتم خنثی گفته می‌شود که در اتم خنثی تعداد الکترون‌ها با پروتون‌ها برابر است. همچنین عدد جرمی به مجموع تعداد پروتون‌ها و نوترون‌های اتم گفته می‌شود و به دلیل ناچیز بودن جرم الکترون‌ها در عدد جرمی، از آن‌ها صرف‌نظر می‌شود. در این مطلب تمام آنچه از ذرات زیر اتمی شیمی دهم آموخته‌اید برایتان دوره خواهد شد. در صورتی که تازه درس ذرات زیر اتمی شیمی دهم را یاد گرفته‌اید، این محتوا می‌تواند برایتان جمع‌ بندی مبحث ذرات زیر اتمی برای آمادگی کنکور شما باشد.

حل سوالات جمع بندی مبحث ذرات زیر اتمی:

۱ـ کدام‌یک از موارد زیر کم‌ترین جرم را دارد؟

(A) یک پروتون، (B) یک الکترون، (C) یک نوترون، (D) یک اتم، یا (E) یک هسته.

پاسخ: گزینه‌های موجود در این سوال همان ذرات زیر اتمی شیمی دهم هستند. پروتون‌ها ذرات با بار مثبت هستند که در هسته اتم یافت می‌شوند. الکترون‌ها ذرات با بار منفی هستند که در ابر الکترونی که هسته را احاطه کرده‌اند، یافت می‌شوند و نوترون‌ها ذرات با بار خنثی هستند که در هسته اتم نیز یافت می‌شوند.

طبق آنچه در ذرات زیر اتمی شیمی دهم خواندید. حتی سبک‌ترین اتم هیدروژن دارای یک پروتون و یک الکترون است؛ بنابراین هیچ راهی وجود ندارد که یک اتم سبک‌تر از پروتون، الکترون یا نوترون باشد.( این موضوع جزء نکات جمع بندی مبحث ذرات زیر اتمی است.) علاوه بر این، از آن‌جایی که هسته‌ها از پروتون‌ها و نوترون‌ها تشکیل شده‌اند، امکان این وجود ندارد که یک هسته سبک‌تر از یک پروتون یا یک نوترون باشد. (همان‌طور که هیچ راهی برای سبک‌تر شدن خودرو از یکی از لاستیک‌های آن وجود ندارد. اجزای تشکیل‌دهنده باید سبکتر از کل باشند.) بنابراین، از بین این سه ذره زیر اتمی باقی‌مانده، پروتون، الکترون یا نوترون، کدام‌یک کوچک‌ترین جرم را دارند؟ اگر به جرم‌های شناخته‌شده این ذرات زیر اتمی شیمی دهم اشاره کنیم، متوجه می‌شویم که پروتون‌ها و نوترون‌ها جرم یکسانی دارند. از سوی دیگر، الکترون‌ها دارای جرم بسیار کوچک‌تر از 1840 واحد جرم اتمی  هستند.

۲- آیا یک پروتون و یک الکترون بار یکسانی دارند؟ چرا؟

پاسخ:  نه. بار پروتون مثبت و بار الکترون منفی است. در واقع هر دو یک مقدار اما مخالف هستند.

۳ـ اگر دو پروتون در نزدیکی یکدیگر قرار گیرند چه اتفاقی می‌افتد؟

پاسخ: با پیروی از قانون بار الکتریکی، دو پروتون وقتی نزدیک یکدیگر قرار می‌گیرند دفع می‌شوند.

۴ـ کدام‌یک از هسته‌های زیر کم‌ترین تعداد نوترون را دارد؟

12N، 21F، 11B، 12C، 11Be

پاسخ: به یاد داشته باشید که عدد اتمی برای هر عنصر منحصر به فرد است.( نکته‌ی جمع بندی مبحث ذرات زیر اتمی) بنابراین سدیم تنها عنصر با عدد اتمی 11 است. عدد اتمی نیز برابر با تعداد پروتون‌های یک اتم سدیم است. از آن‌جایی که پروتون‌ها دارای بار مثبت هستند و یک عنصر ذاتاً خنثی است، باید آن را با تعداد مساوی الکترون متعادل کنیم. بنابراین برای سدیم، یک اتم حاوی 11 پروتون و همچنین حاوی 11 الکترون است.

اکنون بیایید به عدد جرمی در بالای نماد هرکدام فکر کنیم. عدد جرمی برابر است با عدد اتمی به‌اضافه تعداد نوترون‌های هر اتم این عنصر. پس از این، می‌توانیم ببینیم که برای محاسبه تعداد نوترون‌های یک عنصر، عدد جرمی منهای عدد اتمی را انجام می‌دهیم. بنابراین بیایید این کار را برای هر یک از عناصر سوال انجام دهیم.

برای محاسبه تعداد نوترون برای هر گزینه، عدد جرمی را منهای عدد اتمی کنید. برای نیتروژن، این 12 منهای 7 است که برابر با 5 نوترون است. برای فلوئور، 21 منهای 9 که 12 نوترون می‌دهد. برای بور، 11 منهای پنج برابر با 6 نوترون است. برای کربن، 12 منهای 6 برابر با 6 نوترون داریم و در نهایت برای بریلیم، 11 منهای 4 برابر با 7 نوترون داریم.

سوال مربوط به هسته با کم‌ترین تعداد نوترون است. از لیست می‌توانیم ببینیم که پاسخ نیتروژن با پنج نوترون است. فرمول‌های زیر در واقع مهم‌ترین نکات جمع بندی مبحث ذرات زیر اتمی هستند.

نکات تستی ذرات زیر اتمی

دو تصویر بالا یادآوری خوبی برای فرمول و نکات تستی ذرات زیر اتمی هستند. با نگاهی به جدول تناوبی و یا فرمول‌های بالا می‌توانید ذرات زیر اتمی شیمی دهم را محاسبه کنید. در ادامه به بررسی دقیق‌تر عدد جرمی در ذرات زیر اتمی شیمی دهم می‌پردازیم.

3 راه برای یافتن جرم اتمی:

روش مورداستفاده برای یافتن جرم اتمی بستگی به این دارد که آیا شما یک اتم منفرد، یک نمونه طبیعی یا اتمی حاوی نسبت مشخصی از ایزوتوپ‌ها را مد نظر دارید:

۱ـ جرم اتمی را در جدول تناوبی جستجو کنید

اگر اولین بار است که مبحث ذرات زیر اتمی شیمی دهم را یاد می‌گیرید، پیشنهاد می‌کنیم چگونگی استفاده از جدول تناوبی برای یافتن جرم اتمی (وزن اتمی) یک عنصر را تمرین کنید. این عدد معمولاً زیر نماد یک عنصر نوشته می‌شود. عدد اعشاری که می‌بینید همان میانگین وزنی جرم اتمی تمام ایزوتوپ‌های طبیعی یک عنصر است.

مثال: اگر از شما خواسته شود جرم اتمی کربن را بدهید، ابتدا باید نماد عنصر آن، C را بدانید. C را در جدول تناوبی جستجو کنید. یک عدد، عدد عنصر کربن یا عدد اتمی است. جرم اتمی یا وزن اتمی عدد اعشاری است و مقدار آن در کربن حدود 12.01 است. این مقدار در جدول تناوبی به واحد جرم اتمی یا amu داده می‌شود، اما برای محاسبات ذرات زیر اتمی شیمی دهم، شما معمولاً جرم اتمی را برحسب گرم بر مول یا g/mol می‌نویسید. جرم اتمی کربن 12.01 گرم بر مول اتم کربن خواهد بود.

۲ـ مجموع پروتون‌ها و نوترون‌ها برای یک اتم

برای محاسبه جرم اتمی یک اتم عنصر، جرم پروتون‌ها و نوترون‌ها را جمع کنید.

مثال: جرم اتمی ایزوتوپ کربن را که دارای 7 نوترون است، بیابید. از جدول تناوبی می‌توانید ببینید که کربن دارای عدد اتمی 6 است که تعداد پروتون‌های آن است. جرم اتمی اتم، جرم پروتون‌ها به‌اضافه جرم نوترون‌ها، 6 + 7 یا 13 است. به همین سادگی با تسلط بر مفاهیم می‌توانید ذرات زیر اتمی شیمی دهم را محاسبه کنید.

۳ـ میانگین وزنی برای همه اتم‌های یک عنصر

جرم اتمی یک عنصر، میانگین وزنی تمام ایزوتوپ‌های عنصر بر اساس فراوانی طبیعی آن‌ها است. محاسبه جرم اتمی یک عنصر با این مراحل ساده است.

به‌طور معمول، در این مسائل، لیستی از ایزوتوپ‌ها با جرم و فراوانی طبیعی آن‌ها به‌صورت اعشاری یا درصد ارائه می‌شود. فرمول زیر نیز از نکات مهم جمع بندی مبحث ذرات زیر اتمی است.

جرم هر ایزوتوپ را در فراوانی آن ضرب کنید. اگر فراوانی شما یک درصد است، پاسخ خود را بر 100 تقسیم کنید.

این مقادیر را با هم جمع کنید.

پاسخ، کل جرم اتمی یا وزن اتمی عنصر است.

مثال: نمونه‌ای به شما داده می‌شود که حاوی 98 درصد کربن 12 و 2 درصد کربن 13 است. جرم اتمی نسبی عنصر چقدر است؟

ابتدا با تقسیم هر درصد بر 100، درصدها را به مقادیر اعشاری تبدیل کنید. نمونه 0.98 کربن-12 و 0.02 کربن-13 می شود. (نکته: می‌توانید ریاضی خود را با اطمینان از اینکه اعداد اعشاری جمع می‌شوند تا 1 بررسی کنید. 0.98 + 0.02 = 1.00).

سپس، جرم اتمی هر ایزوتوپ را در نسبت عنصر موجود در نمونه ضرب کنید:

0.98 x 12 = 11.76

0.02 x 13 = 0.26

برای پاسخ نهایی این موارد را با هم جمع کنید:

11.76 + 0.26 = 12.02 گرم در مول

نکته پیشرفته درباره‌ی مسئله ذرات زیر اتمی شیمی دهم:

جرم اتمی  به‌دست‌آمده کمی بیشتر از مقدار داده شده در جدول تناوبی برای عنصر کربن است. به نظر شما این عدد به شما از ذرات زیر اتمی شیمی دهم چه می‌گوید؟ نمونه‌ای که برای آنالیز به شما داده شد حاوی کربن 13 بیشتر از حد متوسط بود. این موضوع را می‌توانید از اینکه جرم اتمی نسبی شما بالاتر از مقدار جدول تناوبی است، متوجه شوید. حتی اگر عدد جدول تناوبی شامل ایزوتوپ‌های سنگین‌تر، مانند کربن 14 باشد. همچنین، توجه داشته باشید که اعداد داده‌شده در جدول تناوبی در مورد پوسته/اتمسفر زمین اعمال می‌شود و ممکن است تأثیر کمی بر نسبت ایزوتوپی موردانتظار در گوشته یا هسته یا سایر جهان‌ها داشته باشد.

سوألات جمع بندی مبحث ذرات زیر اتمی:

۱ـ تعداد الکترون‌ها، پروتون‌ها و نوترون‌های اتم‌های زیر را محاسبه کنید:

عدد اتمی = Z = 15

عدد جرمی اتمی = A = 31

تعداد پروتون = عدد اتمی = 15

تعداد الکترون = عدد اتمی = 15

عدد نوترون = تعداد نوترون  = A – Z = 31 – 15 = 16

تعداد نوکلئون = عدد جرمی اتمی = 31

عدد اتمی  = Z = 12

عدد جرمی اتمی = A = 24

تعداد پروتون = عدد اتمی = 12

تعداد الکترون = عدد اتمی = 12

عدد نوترون = تعداد نوترون  = A – Z = 24 – 12 = 12

تعداد نوکلئون = عدد جرم اتمی = 24

عدد اتمی  = Z = 17

عدد جرمی اتمی  = A = 37

تعداد پروتون = عدد اتمی = 17

تعداد الکترون = عدد اتمی = 17

عدد نوترون = تعداد نوترون  = A – Z = 37 – 17 = 20

تعداد نوکلئون = عدد جرمی اتمی = 37

عدد اتمی = Z = 18

عدد جرمی اتمی  = A = 40

تعداد پروتون = عدد اتمی = 18

تعداد الکترون = عدد اتمی = 18

عدد نوترون = تعداد نوترون  = A – Z = 40 – 18 = 22

تعداد نوکلئون = عدد جرمی اتمی = 40

عدد اتمی  = Z = 35

عدد جرمی اتمی  = A = 80

تعداد پروتون = عدد اتمی = 35

تعداد الکترون = عدد اتمی = 35

عدد نوترون = تعداد نوترون  = A – Z = 80 – 35 = 45

تعداد نوکلئون = عدد جرمی اتمی = 80

عدد اتمی  = Z = 20

عدد جرمی اتمی  = A = 40

تعداد پروتون = عدد اتمی = 20

تعداد الکترون = عدد اتمی = 20

عدد نوترون = تعداد نوترون  = A – Z = 40 – 20 = 20

تعداد نوکلئون = عدد جرمی اتمی = 40

عدد اتمی  = Z = 6

عدد جرمی اتمی  = A = 13

تعداد پروتون = عدد اتمی = 6

تعداد الکترون = عدد اتمی = 6

عدد نوترون = تعداد نوترون  = A – Z = 13 – 6 = 7

تعداد نوکلئون = عدد جرمی اتمی = 13

۲ـ تعداد ذرات زیر اتمی را در گونه‌های زیر محاسبه کنید:

عدد اتمی = Z = 15

عدد جرمی اتمی = A = 31

تعداد پروتون = عدد اتمی = 15

P3- → P + 3 e–

تعداد الکترون = 15 + 3 = 18

تعداد نوترون‌ها = A – Z = 31 – 15 = 16

تعداد نوکلئون = عدد جرمی اتمی = 31

عدد اتمی = Z = 20

عدد جرمی اتمی = A = 40

تعداد پروتون = عدد اتمی = 20

Ca2+ → Ca – 2e–

تعداد الکترون‌ها = 20 – 2 = 18

تعداد نوترون = A – Z = 40 – 20 = 20

تعداد نوکلئون = عدد جرمی اتمی = 40

سخن آخر:

تمریناتی که برای جمع بندی مبحث ذرات زیر اتمی ارائه شد، می‌تواند الگوی خوبی برای تمرین بیشتر شما باشد. برای افزایش آمادگی خود در تست کنکور ذرات زیر اتمی می‌توانید عدد اتمی و جرمی یون‌ها و عناصر جدول تناوبی تا عدد اتمی ۳۶ را پیدا کنید. توجه داشته باشید اکثر نکات جمع بندی مبحث ذرات زیر اتمی  برای کنکور در محاسبه تست ذرات زیراتمی یون‌ها وجود دارند. این کار به شما کمک می‌کند تا به تسلط کامل در نکات تستی ذرات زیر اتمی برسید. امیدواریم این مطلب برای شما مفید بوده باشد.

نویسنده: کلاسینومگ