كتاب الطالب أحياء الصف 12 عام الفصل الأول

كتاب الطالب أحياء الصف 12 عام الفصل الأول

الذرات والعناصر والمركبات

تتكون المادة من جسيمات صغيرة تسمى الذرات. 

الربط بالحياة اليومية يعتقد الكثير من العلماء أن الكون بدأ بتمدد سريع ومفاجئ حدث منذ مليارات السنين، ويعتقدون أن العناصر الأساسية اللازمة التي تكون التنوع المذهل للحياة الذي نراه اليوم كانت نتيجة هذا التمدد. ويختص علم الكيمياء بدراسة وحدات البناء هذه 

الذرات 

تختص الكيمياء بدراسة المادة وتركيبها وخواصها، والمادة هي شي، له كتلة ويشغل حيزا من الفراغ. إضافة إلى ذلك، تتكون جميع الكائنات الحية التي تدرسها في علم الأحياء من مادة. الذرات هي وحدات بناء المادة

الربط بالتاريخ في القرن الخامس قبل الميلاد. كان الفيلسوفان اليونانيان ليوسیبوس ودیبوقريطوس أول من اقترح فكرة أن المادة مكونة من جسيمات صغيرة غير قابلة للتجزئة، واستمر الأمر على ذلك حتى القرن السابع عشر عندما بدأ العلماء يجمع أدلة تجريبية لإثبات وجود الذرات، ومع تقدم التكنولوجيا خلال القرنين التاليين، لم يثبت العلماء وجود الذرات فحسب بل أثبتوا أيضا أنها تتكون من جسيمات أصغر حجما منها حتى 

تركيب الذرة الذرة متناهية الصغر حتى إنه يمكن دمج مليارات الذرات في رأس دبوس.  لكن الذرات تتكون من جسيمات أكثر صغرا تسمی النيوترونات والبروتونات والإلكترونات كما هو مبين في الشكل 1. تتواجد النيوترونات والبروتونات في مركز الذرة المسمى النواة، والبروتونات هي جسيمات موجبة الشحنة (p). أما النيوترونات فهي جسيمات غير مشحونة (°n). والإلكترونات هي جسيمات سالبة الشحنة (e) توجد خارج النواة، تدور باستمرار حول نواة الذرة في مستويات الطاقة، ينشأ التركيب الأساسي للذرة نتيجة الجذب بين البروتونات والإلكترونات، وتحتوي الذرات على عدد متساو من البروتونات والإلكترونات. لذا تكون الشحنة الإجمالية للذرة صفرا.

الروابط الكيميائية

تتكون المركبات مثل الماء والملح والميثان عند اتحاد مادتين أو أكثر، وسئی القوة التي تربط المواد ببعضها رابطة كيميائية. فگر مرة أخرى في البروتونات والنيوترونات والإلكترونات التي تكون الذرة. تحدد النواة الهوية الكيميائية للذرة، فيما تعد الإلكترونات عاملا أساسيا في تكوين الروابط الكيميائية، تدور الإلكترونات حول نواة الذرة في مناطق تسمی مستويات الطاقة، كما هو مبين في الشكل 8. إن لكل مستوى من مستويات الطاقة قدرة على استيعاب عدد محدد من الإلكترونات في وقت محدد، فبإمكان مستوى الطاقة الأول. وهو المستوى الأكثر قربا إلى النواة ، استيعاب إلكترونين، في حين بإمكان المستوى الثاني استيعاب ثمانية إلكترونات.

لا يكون لمستوى الطاقة الممتلىء درجة الاستقرار نفسها التي لمستوى الطاقة الفارع أو المملوء كليا، تصبح الذرات أكثر استقرارا عند فقدان إلكترونات أو جذب إلكترونات من ذرات أخرى، بالتالي، يؤدي هذا إلى تكون روابط كيميائية بين الذرات. ويؤدي تكون هذه الروابط إلى تخزين الطاقة، فيما يؤدي تكسيرها إلى توفير الطاقة اللازمة لعمليات النمو والتطور والتكيف والنكاثر في الكائنات الحية، تجدر الإشارة إلى وجود نوعين أساسيين من الروابط الكيميائية وهما الروابط التساهمية والروابط الأيونية

الروابط التساهمية إنك على الأرجح قد تعلمت المشاركة حين كنت صغيرا بمعنى أنه إذا كنت تملك كتابا يريد صديقك قراءته أيضا، فستستمتعان يقصته معا۔ بهذه الطريقة، تستفيدان كلاكما من الكتاب، وبالمثل، يتكون أحد أنواع الروابط الكيميائية عندما تتشارك الذرات في الإلكترونات الموجودة في مستويات الطاقة الخارجية

تسمى الرابطة الكيميائية التي تتكون عند مشاركة الإلكترونات بالرابطة التساهمية، ويبين الشكل و الروابط التساهمية بين الأكسجين والهيدروجين التي تكون الماء، فتحتوي كل ذرة هيدروجين (H) على إلكترون واحد في مستوى الطاقة الخارجي ويحتوي الأكسجين (0) على ست الكترونات، ونظرا إلى أن مستوى الطاقة الخارجي للأكسجين هو المستوى الثاني الذي يمكنه استيعاب ما لا يزيد عن ثمانية إلكترونات، يميل الأكسجين بقوة إلى ملء مستوى الطاقة من خلال مشاركة إلكترونات من ذرتي الهيدروجين المجاورتين. ولا يتنازل الهيدروجين عن الإلكترونات تماما لكن يميل بقوة إلى مشاركة الإلكترونات مع الأكسجين لملء مستوى الطاقة الخارجي، فتتشكل رابطنان تساهميتان تؤديان إلى تكون الماء،

لمعظم مركبات الكائنات الحية روابط تساهمية تربط في ما بينها. إن الماء والمواد الأخرى التي لها روابط تساهمية تسمى جزيئات، والجزيء هو مركب ترتبط فيه الذرات بعضها ببعض بروابط تساهمية، قد تكون الروابط التساهمية أحادية أو ثنائية أو ثلاثية تبعا لعدد أزواج الإلكترونات المشاركة، كما هو مبين في الشكل 10.

قوى فاندرفال 

سبق وتعلمت أن الأيونات الموجبة والأيونات السالبة تكون بناء على قدرة الذرة على جذب الإلكترونات. فإذا كانت قوة جذب نواة الذرة للإلكترون ضعيفة، فإنها ستمنح الإلكترون الذي لديها للذرة ذات قوة الجذب الأقوى، وبالمثل، فإن عناصر الرابطة التساهمية لا تجذب الإلكترونات بالتساوی. نذكر أيضا أن الإلكترونات في الجزيء تتحرك عشوائيا حول الأنوية، وقد تؤدي حركتها هذه إلى توزيع غير متساو السحابة الإلكترونات حول الجزيء، مما يكون مناطق موفنة ذات شحنات موجبة وسالبة

عندما تقترب الجزيئات بعضها من بعض، تؤدي قوى الجذب بين المناطق السالبة والموجبة الشحنة هذه إلى سحب الجزيئات وربطها معا. وتسمی قوی الجذب هذه بين الجزيئات باسم قوی فاندرفال، تيمنا بعالم الفيزياء الهولندي يوهانس فاندرفال، الذي كان أول من وصف هذه الظاهرة، تعتمد قوة الجذب على حجم الجزئ.. شكله وقدرته على جذب الإلكترونات. وعلى الرغم من أن قوی فاندرفال ليست بقوة الروابط التساهمية والأيونية، إلا أنها تلعب دورا مهما في العمليات الحيوية

أوضح العلماء أن أبو بريص يمكنه تسلق الأسطح الناعمة بسبب قوى فاندرفال بين ذرات التراكيب التي تشبه الشعر في أصابع قدمه، والذرات على الأسطح التي يتسلقها كما هو مبين في الشكل 12 

قوى فاندرفال في الماء فكر كيف تعمل قوى فاندرفال في مادة شائعة كالماء تنجذب المناطق ذات الشحنات الموجبة والسالبة المنخفضة حول جزئ، الماء إلى الشحنة المضادة على جزيئات الماء الأخرى القريبة، وتعمل هذه القوى على ربط جزيئات الماء مئا. من دون قوي فاندرقال، لن تكون جزيئات الماء قطرات ولن تكون القطرات سطح ماء، ومن المهم إدراك أن قوى فاندر فال هي قوى الجذب بين جزيئات الماء وليست القوى بين الذرات التي يتكون منها الماء.

تميل بعض الذرات إلى منح إلكترونات أو اكتسابها بسهولة أكبر من غيرها، راجع الجدول الدوري للعناصر في الجزء الداخلى للغلاف الخلفي لهذا الكتاب، تميل العناصر المحددة على أنها فلزات إلى منح الإلكترونات، في حين تميل العناصر المحددة على أنها لافلزات إلى قبول الإلكترونات. ويكون للمركبات الأيونية الناتجة خصائص فريدة. فعلى سبيل المثال يذوب معظمها في الماء، عندما تذوب المركبات الأيونية في محلول تنكسر إلى أيونات ويمكن أن تنقل هذه الأبونات تیارا كهربائيا. وتكون معظم المركبات الأيونية، مثل كلوريد الصوديوم (ملح الطعام) بلورية الشكل في درجة حرارة الغرفة، وتكون درجات انصهار المركبات الأيونية بشكل عام أعلى من درجات انصهار المركبات الجزيئية المتكونة عن طريق الروابط التساهمية

الربط بعلوم الأرض على الرغم من أن معظم المركبات الأيونية تكون صلبة عند درجة حرارة الغرفة، تكون المركبات الأيونية الأخرى سائلة عند درجة حرارة الغرفة، وتتكون السوائل الأيونية، مثل نظيراتها الصلبة، من أيونات موجبة الشحنة وأخرى سالبة الشحنة، فضلا عن ذلك، تتمتع السوائل الأيونية بفوائد مهمة في تطبيقات الحياة اليومية لأنها تعتبر مذيبات آمنة وصديقة للبيئة يمكن أن تحل محل المذيبات الضارة الأخرى. والخاصية الأساسية في المذيبات السائلة الأيونية هي أنها لا تتبخر ولا تطلق المواد الكيميائية في الغلاف الجوي. إن معظم السوائل الأيونية آمنة في التعامل والتخزين ويمكن إعادة تدويرها بعد الاستخدام. لهذه الأسباب، تكون السوائل الأيونية جذابة للصناعات المراعية للبيئة

التأكد من فهم النص 

قارن بين السوائل والمواد الصلبة الأيونية.