تدرج الصفات الدورية

يتفاعل البوتاسيوم بشدة مع الماء كما في الشكل، فهل هناك علاقة بين خصائص العناصر الكيميائية والفيزيائية وموقعها في الجدول الدوري؟ وكيف ترتبط الذرات معاً لتكوين الجزيئات؟ يتوقع من الطلبة بعد دراسة هذه الوحدة، والتفاعل مع أنشطتها أن يكونوا قادرين على توظيف النظرية الذرية الحديثة في الربط بين صفات العناصر والتراكيب الإلكترونية لها، وتفسير تكوّن الجزيئات من خلال تحقيق الآتي:

• الربط بين الجدول الدوري الحديث والمستويات الفرعية ⁦s⁩ و ⁦p⁩ و ⁦d⁩ و ⁦f⁩ بالتمثيل.
• توظيف التركيب الإلكتروني لتحديد موقع العنصر في الجدول الدوري.
• توظيف الجدول الدوري لتفسير الحجم الذري وطاقة التأين للعناصر الممثلة عبر المجموعات والدورات.
• توظيف التركيب الإلكتروني لدراسة بعض خصائص العناصر الانتقالية في الدورة الرابعة.
• استخدام النماذج والرسومات لتطبيق نظرية رابطة التكافؤ في تفسير تكوّن الروابط من النوع ⁦σ⁩ ومن النوع ⁦π⁩ في الجزيئات المختلفة.

اعتبر العلماء منذ نظرية دالتون، أن الاختلاف بين العناصر يعود إلى الاختلاف بين ذراتها، ومع تطور النظريات الذرية اعتبرت الكتلة الذرية أهم صفة مميزة للذرة، وظهرت محاولات عديدة لتنظيم العناصر اعتماداً على كتلها الذرية. فبرز تنظيم كل من مندليف وماير (1869م)، وبعد اكتشاف النظائر وظهور أعمال العالم الإنجليزي هنري موزلي، الذي استنتج أن الصفة المميزة للعنصر هو العدد الذري، تم التوصل إلى القانون الدوري الذي ينص على: تظهر الدورية في صفات العناصر إذا رتبت حسب تسلسل أعدادها الذرية، وعليه تم بناء الجدول الدوري الحديث.

يظهر الشكل (1-2) الجدول الدوري الحديث، الذي يدعم النظرية الذرية الحديثة القائمة على الميكانيك الكمي التي درستها في الوحدة الأولى، وذلك من خلال ربطه بين الصفات الكيميائية للعناصر والتراكيب الإلكترونية لذراتها.

اعتماداً على الشكل (1-2) قم بتنفيذ النشاط (1-2):

1. ما عدد العناصر الموجودة في الجدول الدوري؟
2. ما الأساس الذي اعتمد في ترتيب العناصر في الجدول الدوري؟
3. ما عدد كل من المجموعات والدورات في الجدول؟
4. صنفت العناصر في الجدول إلى نوعين من المجموعات، ما رمز كل نوع؟
5. ما عدد مجموعات النوع الأول؟ وما عدد مجموعات النوع الثاني؟
6. ما رمز العنصر الموجود في نهاية كل دورة؟ وبماذا ينتهي تركيبه الإلكتروني؟

تعلمت سابقاً أن الجدول الدوري، يتكون من صفوف أفقية تسمى دورات، ومن أعمدة تسمى مجموعات، وأنه يوجد نوعان من المجموعات ⁦A⁩ و ⁦B⁩. لكن ما علاقة موقع العنصر في الجدول الدوري مع تركيبه الإلكتروني؟ وبماذا يختلف التركيب الإلكتروني للعناصر في المجموعة الواحدة وفي الدورة الواحدة؟ لتتمكن من الإجابة عن هذه الأسئلة وغيرها قم بتنفيذ النشاط (2-2):

لديك الأعداد الذرية لذرات العناصر الآتية، أجب عن الأسئلة التي تليها: $_{11}\text{Na}$، $_{15}\text{P}$، $_{18}\text{Ar}$، $_{26}\text{Fe}$، $_{38}\text{Sr}$، $_{35}\text{Br}$

1. اكتب التركيب الإلكتروني لكل منها.
2. استخدم الجدول الدوري لتصنيف هذه العناصر حسب نوع المجموعات التي تنتمي إليها (⁦A⁩ أم ⁦B⁩).
3. ما علاقة نوع المجموعة برمز المستوى الفرعي الأخير للعنصر؟
4. ما عدد إلكترونات التكافؤ في كل منها؟
5. حدد من الجدول الدوري رقم المجموعة التي يقع فيها كل عنصر.
6. حدد من الجدول الدوري رقم الدورة التي يقع فيها كل عنصر.
7. ما علاقة رقم المجموعة والدورة مع التركيب الإلكتروني لكل منها باستثناء $_{26}\text{Fe}$؟
8. هل يمكن تعميم ما توصلت إليه على جميع مجموعات ⁦A⁩؟

يبين الشكل (2-2) الجدول الدوري مقسماً إلى قطع مؤلفة من عدد من الأعمدة تبعاً للسعة القصوى من الإلكترونات لأفلاك المستويات الفرعية ⁦s, p, d, f⁩.

وعند نقل القطعة المكونة من سلسلتين التي تمثلها أفلاك المستوى الفرعي ⁦(n-2)f⁩ لإعطاء الجدول شكلاً متناسقاً، فإننا نحصل على الصورة المألوفة للجدول الدوري، الشكل (3-2).

يتضح أن الجدول الدوري يتكون من أربع قطع ⁦(Blocks)⁩: القطعة الأولى يطلق عليها قطعة ⁦s (s-block)⁩، وهي مؤلفة من عمودين من العناصر: العمود الأول يقع أقصى يسار الجدول، ويضم عناصر المجموعة ⁦IA⁩، وينتهي تركيبها الإلكتروني بالمستوى ⁦ns^1⁩، والعمود الثاني يضم عناصر المجموعة الثانية، وينتهي تركيبها الإلكتروني بالمستوى ⁦ns^2⁩. والقطعة الثانية مؤلفة من ستة أعمدة، يطلق عليها قطعة ⁦p (p-block)⁩، وتقع في يمين الجدول، وتضم عناصر المجموعات ⁦IIIA⁩ حتى المجموعة ⁦VIIIA (⁩الغازات النبيلة). وتسمى العناصر في هاتين القطعتين (العناصر الممثلة)، التي يرمز لمجموعاتها بالرمز ⁦A⁩، وينتهي التركيب الإلكتروني لجميع عناصرها بالمستوى الفرعي ⁦ns⁩ أو ⁦np⁩ وتمثل قيمة ⁦n⁩ رقم دورة العنصر.

أما القطعتان الثالثة والرابعة، فتضمان عناصر العناصر الانتقالية التي يرمز لها بالرمز ⁦B⁩، فالقطعة الثالثة التي يطلق عليها قطعة ⁦d (d-block)⁩ مؤلفة من عشرة (10) أعمدة، وموزعة في ثماني مجموعات تبدأ بالمجموعة ⁦IIIB⁩ وتنتهي بالمجموعة ⁦IIB⁩، وينتهي التركيب الإلكتروني لجميع عناصرها بـ ⁦(n-1)d⁩ حيث قيمة ⁦n⁩ تساوي 4 أو 5 أو 6 أو 7، وتشكل العناصر الانتقالية الرئيسة، والقطعة الرابعة يطلق عليها قطعة ⁦f (f-block)⁩، وتتكون من سلسلتين أسفل الجدول، وهي مؤلفة من أربعة عشر (14) عموداً، وينتهي التركيب الإلكتروني لجميع عناصرها بـ ⁦(n-2)ns⁩ حيث قيمة ⁦n⁩ تساوي 6 أو 7، وتشكل العناصر الانتقالية الداخلية.

ما المستوى الفرعي الأخير، وما عدد الإلكترونات فيه للعنصر الذي يقع في الدورة السادسة والعمود الأول من قطعة ⁦s (s-block)⁩؟ الحل: يقع العنصر في الدورة السادسة والقطعة ⁦s⁩؛ لذلك ينتهي بالمستوى الفرعي ⁦6s⁩، ولأنه يقع في العمود الأول فإن عدد الإلكترونات في المستوى الفرعي الأخير يساوي (1).

ما المستوى الفرعي الأخير، وما عدد الإلكترونات فيه لكل من العناصر الآتية:

1. العنصر الذي يقع في الدورة الرابعة والعمود الثاني من قطعة ⁦p (p-block)⁩.
2. العنصر الذي يقع في الدورة الخامسة والعمود الثامن من قطعة ⁦d (d-block)⁩.

اكتب التركيب الإلكتروني للعنصر ⁦As⁩ الذي يقع في الدورة الرابعة والمجموعة ⁦VA⁩. الحل: يقع العنصر في الدورة الرابعة والمجموعة ⁦VA⁩، فهو يحتوي على خمسة إلكترونات تكافؤ، وعليه فالعنصر ينتهي بـ ⁦4s^2 3d^{10} 4p^3⁩ وتركيبه الإلكتروني: ⁦[Ar]4s^2 3d^{10} 4p^3⁩

اكتب التركيب الإلكتروني للعنصر ⁦Sn⁩ الذي يقع في الدورة الخامسة والمجموعة ⁦IVA⁩، ثم احسب عدده الذري.

تصنف العناصر في الجدول الدوري إلى فلزات واللافلزات وأشباه فلزات، اكتب تقريراً علمياً عن بعض الخصائص الفيزيائية والكيميائية لهذه العناصر.

تعلمت سابقاً أن عناصر المجموعة الواحدة متشابهة في عدد إلكترونات مستوى الطاقة الأخير، وهذا التشابه يؤدي إلى التشابه في العديد من الخواص الفيزيائية والكيميائية. فعناصر الفلزات القلوية الموجودة في المجموعة الأولى ⁦IA⁩ نشطة كيميائياً، وجميعها تسلك كعوامل مختزلة قوية عند التفاعل مع اللافلزات، وتتفاعل بشدة مع الماء والأكسجين. وبالرغم من هذا التشابه إلا أن النشاط الكيميائي لعناصر هذه المجموعة يختلف من عنصر لآخر، كما نجد أن عناصر المجموعة ⁦IIA⁩ التي تقع في يمين المجموعة ⁦IA⁩ أقل نشاطاً في تفاعلها مع الماء، وفي المقابل نجد أن الهالوجينات تسلك كعوامل مؤكسدة قوية.

يعزى العديد من الاختلافات في خصائص العناصر بشكل دوري عبر الدورة الواحدة أو المجموعة الواحدة، إلى اختلاف التركيب الإلكتروني لها، ومن هذه الخصائص:

• الحجم الذري:

  تتكون ذرة العنصر من نواة موجبة محاطة بإلكترونات على شكل مجموعات ضبابية مرتبة، كما تم شرحه في الوحدة الأولى، وتتناقص الكثافة الإلكترونية كلما ابتعدنا عن النواة؛ لذا يصعب اعتبار وجود حدود واضحة للذرة، وهذا ما جعل عملية قياس قطر الذرة بدقة وتحديد حجمها الفعلي عملية صعبة، لذلك تم الاتفاق على استخدام نصف القطر التساهمي كمؤشر تقريبي لنصف قطر الذرة، وهو نصف المسافة بين نواتي ذرتين متماثلتين مرتبطتين برابطة تساهمية (تشاركية) في جزيء العنصر، أو استخدام نصف المسافة بين نوى الذرات المتجاورة في بلورة نقية صلبة من العنصر الفلزي الصلب.

يبين الشكل (5-2) كيف يتغير حجم ذرات العناصر الممثلة في الجدول الدوري بشكل عام مع تغير العدد الذري. دقق في الشكل وأجب عن الأسئلة في النشاط (3-2):

1. كيف يتغير الحجم الذري للعناصر كلما انتقلنا من أعلى إلى أسفل في المجموعة الواحدة؟
2. كيف يتغير عدد مستويات الطاقة الرئيسة كلما انتقلنا من أعلى إلى أسفل في المجموعة الواحدة؟ ماذا تستنتج؟
3. كيف يتغير الحجم الذري للعناصر كلما انتقلنا من اليسار إلى اليمين في الدورة الثالثة؟
4. كيف يتغير عدد البروتونات في النواة كلما انتقلنا من اليسار إلى اليمين في الدورة الثالثة؟
5. كيف تتغير قوة جذب النواة للإلكترونات المستوى الأخير كلما انتقلنا من اليسار إلى اليمين في الدورة الثالثة؟ ماذا تستنتج؟

لعلك توصلت إلى أن الحجم الذري يزداد كلما انتقلنا من أعلى إلى أسفل في المجموعة الواحدة، بسبب زيادة عدد المستويات الرئيسة الذي يؤدي إلى زيادة في بعد إلكترونات المستوى الأخير عن النواة. أما في الدورة الواحدة فإن عدد مستويات الطاقة لا يتغير، في حين يزداد عدد البروتونات في النواة زيادة تدريجية كلما انتقلنا من اليسار نحو اليمين، وهذا يؤدي إلى زيادة تدريجية في مقدار شحنة النواة الفعالة فيزداد جذب النواة للإلكترونات المستوى الأخير، فيقل الحجم الذري.

ولتوضيح المقصود بشحنة النواة الفعالة، دعنا نأخذ الصوديوم كمثال، فالإلكترون الموجود في المستوى الخارجي في ذرة الصوديوم لا يتأثر بقوة جذب 11 بروتوناً الموجودة في النواة مثلما لو كان بالمستوى الأول، وذلك بسبب حجب الإلكترونات الموجودة في مستويي الطاقة الأول والثاني، بل يتأثر بجزء صغير من هذه القوة، وعليه فإن شحنة النواة الفعالة هي الجزء من شحنة النواة الذي يتأثر به الإلكترون المعني بسبب وجود إلكترونات تحجبه جزئياً عن النواة.

وتزداد شحنة النواة الفعالة كلما انتقلنا من اليسار إلى اليمين في الدورة الواحدة، بسبب الزيادة التدريجية في عدد البروتونات في النواة.

الحل:

• أ. الحجم الذري لـ ⁦F⁩ < ⁦N (⁩تقع في نفس الدورة، وشحنة النواة الفعالة لـ ⁦F⁩ أكبر).
• ب. الحجم الذري لـ ⁦Si⁩ < ⁦N (⁩قياساً على أن حجم ⁦Si⁩ < ⁦P⁩ وحجم ⁦N⁩ > ⁦P⁩).

ب. علل: الحجم الذري لذرة $_{8}\text{O}$ أكبر من الحجم الذري لذرة $_{10}\text{Ne}$.

• طاقة التأين:

  تعرفت سابقاً وجود قوة جذب بين الإلكترون سالب الشحنة والنواة موجبة الشحنة. وإذا أردنا نزع إلكترون من الذرة، فأي إلكترونات الذرة أسهل لعملية النزع؟ وماذا يلزم حتى تتم هذه العملية؟ وماذا ينتج عنها؟ تعرف طاقة التأين الأول للعنصر، بأنها الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لنزع الإلكترون الأضعف ارتباطاً بالنواة من الذرة. ويبين الشكل (6-2) طاقة التأين الأول (بالكيلو جول/مول) لعناصر المجموعات الممثلة ⁦A⁩ في الجدول الدوري.

ويمكن التعبير عن طاقة التأين الأول للصوديوم حسب المعادلة الآتية: $\text{Na}_{(g)} + 496 \text{ KJ/mol} \rightarrow \text{Na}^{+}_{(g)} + \text{e}^{-}$

دقق في الشكل (7-2) وأجب عن الأسئلة الآتية:

1. كيف تتغير قيم طاقة التأين الأول كلما انتقلنا من أعلى إلى أسفل في المجموعة الواحدة؟
2. هل يوجد علاقة بين الحجم الذري وقيم طاقة التأين الأول في المجموعة الواحدة؟
3. كيف تتغير قيم طاقة التأين الأول بشكل عام كلما انتقلنا من اليسار إلى اليمين في الدورة الواحدة؟
4. هل يوجد علاقة بين شحنة النواة الفعالة وقيم طاقة التأين الأول في الدورة الواحدة؟
5. أي العناصر لها أعلى قيمة طاقة تأين في كل دورة؟
6. هل يوجد حالات شاذة عن التغير العام في الدورة الواحدة؟ أعط أمثلة على ذلك في الدورة الثانية؟

   تتضح دورية طاقة التأين الأول، حيث تزداد قيم طاقة التأين الأول بشكل عام كلما انتقلنا من اليسار إلى اليمين في الدورة الواحدة، بسبب زيادة شحنة النواة الفعالة ونقصان الحجم الذري؛ ما يؤدي إلى زيادة قوة جذب النواة للإلكترون الأخير، فتزداد الطاقة اللازمة لنزعه من الذرة. وتقل كلما انتقلنا من أعلى إلى أسفل في المجموعة الواحدة، بسبب زيادة الحجم الذري وزيادة بعد الإلكترونات المستوى الأخير عن النواة؛ ما يضعف قوة جذب النواة للإلكترون الأخير، فتقل الطاقة اللازمة لنزعه، ويبين الشكل (7-2) العلاقة بين طاقة التأين الأول والعدد الذري.

ولعلك لاحظت وجود شذوذ في دورية طاقة التأين في حالتين: الحالة الأولى عند الانتقال من عناصر المجموعة الثانية ⁦(IIA)⁩ إلى عناصر المجموعة الثالثة ⁦(IIIA)⁩ مثل $_{4}\text{Be}$ و $_{5}\text{B}$، والحالة الثانية عند الانتقال من عناصر المجموعة الخامسة ⁦(VA)⁩ إلى المجموعة السادسة ⁦(VIA)⁩ مثل $_{7}\text{N}$ و $_{8}\text{O}$. فما سبب هذا الشذوذ؟ تجد في الحالة الأولى أن طاقة التأين الأول للبيريليوم $_{4}\text{Be}$ أعلى من طاقة التأين الأول للبورون $_{5}\text{B}$؛ لأن عملية نزع الإلكترون في حالة البيريليوم تكون من المستوى الفرعي ⁦2s⁩ الممتلئ، بينما في حالة البورون تكون عملية نزع الإلكترون من المستوى الفرعي ⁦2p⁩، الأعلى طاقة.

ويمكن استخدام قاعدة ثبات الفلك التي تنص على أن المستوى الفرعي (⁦p⁩ أو ⁦d)⁩ الممتلئ أو نصف الممتلئ يكون أكثر ثباتاً واستقراراً من غيره، لتفسير ارتفاع قيمة طاقات التأين الأول لعناصر الغازات النبيلة، الواصلة لحالة الاستقرار والثبات في تركيبها الإلكتروني، وتفسير الشذوذ في الحالة الثانية، حيث تقل طاقة التأين الأول لذرة عنصر الأكسجين $_{8}\text{O}$ عن طاقة التأين الأول لذرة عنصر النيتروجين $_{7}\text{N}$، لأن عملية نزع إلكترون من المستوى الفرعي نصف الممتلئ ⁦(2p^3)⁩ تكون أصعب من نزع إلكترون من المستوى الفرعي ⁦2p^4⁩.

رتب العناصر الآتية حسب طاقة التأين الأول لذراتها: $_{12}\text{Mg}$، $_{13}\text{Al}$، $_{17}\text{Cl}$ الحل: $\text{Al} < \text{Mg} < \text{Cl}$

أيهما له أعلى طاقة تأين أول: $_{15}\text{P}$ أم $_{16}\text{S}$؟ فسر إجابتك.

لعلك لاحظت الانخفاض الكبير الذي يطرأ على طاقة التأين الأول عند الانتقال من الغاز النبيل إلى العنصر الذي يليه مباشرة (عناصر المجموعة ⁦IA⁩)؛ وذلك بسبب الانتقال إلى مستوى طاقة خارجي يكون الإلكترون فيه أقل ارتباطاً مع النواة في عناصر المجموعة ⁦IA⁩. وعند نزع الإلكترون الأخير من ذرات عناصر المجموعة ⁦(IA)⁩ فإنها تتحول إلى أيونات أحادية موجبة ⁦(+1)⁩، ويصبح تركيبها الإلكتروني مشابهاً لتركيب الغاز النبيل، وهذا يجعل عملية نزع الإلكترون الثاني عملية صعبة؛ ما يؤدي إلى ارتفاع طاقة التأين الثاني لها ارتفاعاً كبيراً، وهذا يجعل عملية نزع الإلكترون الثاني عملية صعبة؛ ما يؤدي إلى ارتفاع طاقة التأين الثاني لها ارتفاعاً كبيراً.

وتعرف طاقة التأين الثاني للعنصر بأنها الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لنزع الإلكترون الأضعف ارتباطاً بنواة الأيون الأحادي الموجب وهو في الحالة الغازية. ويبين الجدول (1-2) قيم طاقات التأين السبعة لبعض عناصر الدورة الثالثة.

تلاحظ من الجدول (1-2) وجود قفزة (فرق كبير في طاقة التأين) خاصة لكل عنصر تعتمد على عدد إلكترونات التكافؤ له، فعندما تفقد الذرة جميع إلكترونات التكافؤ يصبح التركيب الإلكتروني للأيون مشابهاً للتركيب الإلكتروني للغاز النبيل، فترتفع طاقة التأين بعد ذلك بشكل كبير.

اعتماداً على الجدول (1-2) ومن دون استخدام التركيب الإلكتروني، ما عدد إلكترونات التكافؤ لكل من العناصر الآتية: ⁦Si⁩، ⁦P⁩؟ الحل: القفزة للعنصر ⁦Si⁩ في قيمة ط4 لذا فعدد إلكترونات التكافؤ له = 4 القفزة للعنصر ⁦P⁩ في قيمة ط5 لذا فعدد إلكترونات التكافؤ له = 5

علل ما يأتي:

1. ارتفاع طاقة التأين الثاني لذرة الصوديوم $_{11}\text{Na}$ مقارنة مع طاقة التأين الأول له بشكل ملحوظ.
2. طاقة التأين الثاني لـ $_{13}\text{Al}$ أعلى منها لـ $_{12}\text{Mg}$.
3. طاقة التأين الثاني لعنصر المغنيسيوم $_{12}\text{Mg}$ أعلى من طاقة التأين الأول له.

تعلمت سابقاً أن العناصر الانتقالية ينتهي تركيبها الإلكتروني بـ ⁦(n-1)d⁩ و ⁦(n-2)f⁩ مملوء جزئياً. وبشكل عام يمكن اعتبار العنصر انتقالياً إذا امتلكت ذرته مستوى فرعياً من نوع ⁦d⁩ أو ⁦f⁩ مملوء جزئياً سواء كانت ذرته أو أيونه، ومع ذلك فقد اصطلح على أنها تضم عناصر المجموعة ⁦(IIB)⁩ رغم امتلاك ذرات هذه المجموعة أفلاك ⁦d⁩ ممتلئة. ولتحديد رقم مجموعة العنصر الانتقالي في الدورة الرابعة، نفذ النشاط (2-5):

2. ما العلاقة بين رقم مجموعة العنصر وعدد إلكترونات التكافؤ له؟

   لقد توصلت أن رقم مجموعة العنصر في مجموعات ⁦B⁩ يساوي مجموع الإلكترونات المستوى الفرعي ⁦ns⁩ والمستوى الفرعي ⁦(n-1)d⁩ المعبأ جزئياً، وعندما يكون المجموع 8 أو 9 أو 10 فإنها تأخذ نفس رقم المجموعة ⁦VIIIB⁩، وإذا كان المستوى الفرعي ⁦(n-1)d⁩ ممتلئاً فإن رقم المجموعة يساوي عدد إلكترونات ⁦ns⁩.

لماذا تبدأ العناصر الانتقالية بالمجموعة ⁦IIIB⁩ وتنتهي بالمجموعة ⁦IIB⁩؟

• خواص العناصر الانتقالية في الدورة الرابعة:

  جميع العناصر الانتقالية في الدورة الرابعة فلزات، لها لمعان فلزي، وجيدة التوصيل للحرارة والكهرباء، صلبة في درجات الحرارة العادية، ودرجات انصهارها وكثافتها مرتفعة نسبياً، ولها استخدامات واسعة ومتنوعة نتيجة تنوع خصائصها الكيميائية والفيزيائية. ويلخص الجدول (2-2) بعض خواص العناصر الانتقالية في الدورة الرابعة.

تمعن الجدول (2-2) وأجب عن الأسئلة الآتية:

1. كيف تتغير كل من قيمة طاقة التأين الأول والحجم الذري كلما انتقلنا من اليسار إلى اليمين للعناصر الانتقالية في الدورة الرابعة؟
2. قارن بين معدل التغير في طاقة التأين والحجم الذري للعناصر الانتقالية وللعناصر الممثلة.
3. ما حالة التأكسد التي تشترك فيها غالبية هذه العناصر؟
4. اكتب التركيب الإلكتروني لأيونات ⁦Mn^2+⁩ و ⁦Mn^3+⁩ و ⁦Mn^4+⁩.

إن معدل التناقص في الحجم الذري ومعدل الزيادة في طاقة التأين للعناصر الانتقالية كلما انتقلنا من اليسار لليمين طفيف، وأقل منه للعناصر الممثلة، بسبب الزيادة الطفيفة في قيمة شحنة النواة الفعالة للعناصر الانتقالية، لأن الإلكترون المضاف للمستوى ⁦3d⁩ الداخلي يزيد من عملية حجب النواة.

وتمتاز العناصر الانتقالية بتعدد حالة التأكسد، فهذه العناصر تفقد إلكترونات ⁦4s⁩ أولاً، ولديها القدرة على فقد بعض أو جميع إلكترونات ⁦3d⁩ المملوء جزئياً؛ وذلك لأن المستويات الفرعية ⁦4s⁩ و ⁦3d⁩ متقاربة في طاقتها، وتملك معظم العناصر الانتقالية خواص مغناطيسية، لأنها تملك إلكترونات مفردة.

تعرفت سابقاً أنواع الروابط الكيميائية، واستخدمت رموز لويس لتمثيل الروابط والتنبؤ بأشكال العديد من الجزيئات معتمداً على نظرية تنافر أزواج الإلكترونات، وستتعرف في هذه الوحدة طرقاً أخرى لتمثيل الروابط التساهمية ونظريات جديدة لتفسير الترابط بين الذرات داخل الجزيئات.

لقد حققت نظرية تنافر أزواج إلكترونات التكافؤ نجاحات في تفسير أشكال الجزيئات، وذلك بالاعتماد على أن أزواج الإلكترونات الرابطة وغير الرابطة بالذرة المركزية تترتب بالفراغ، بحيث يكون التنافر بينها أقل ما يمكن. وتصف نظرية رابطة التكافؤ تكوّن الروابط بين الذرات بطريقة تداخل الأفلاك الذرية، ثم تطورت إلى طريقة الأفلاك المهجنة.

• تداخل الأفلاك الذرية

  تفترض نظرية رابطة التكافؤ أن الرابطة التساهمية تنتج عن تداخل فلكين نصف ممتلئين (يحوي كل منهما على إلكترون واحد)، مكونة منطقة مشتركة تسمى منطقة التداخل، تزداد فيها الكثافة الإلكترونية، ويمكن توضيح هذه النظرية عند دراسة تكوّن الروابط في الجزيئات الواردة في الأمثلة الآتية:

عند اقتراب ذرتي هيدروجين من بعضهما، يحدث تداخل بين فلكي ⁦1s⁩، وتتكون منطقة تداخل بين نواتي ذرتي الهيدروجين، تزداد الكثافة الإلكترونية فيها، ويخضع زوج الإلكترونات لجذب نواتي الذرتين في آن واحد، وتتوزع الكثافة الإلكترونية بشكل متماثل على طول المحور الواصل بين النواتين، كما في الشكل (8-2)، وتسمى هذه الرابطة التساهمية برابطة سيجما ⁦σ⁩.

ويوضح الشكل (9-2) انخفاض طاقة الوضع عند اقتراب نواتي الهيدروجين من بعضهما، فعندما يحدث ذلك تزداد قوى التجاذب بين زوج الإلكترونات ونواتي الذرتين فتنخفض طاقة الوضع إلى حد يجعل الترابط أكثر ثباتاً وتكون المسافة بين النواتين 74 بيكوميتراً، أما إذا اقتربت النواتان أكثر، فإن قوى التنافر بينهما تزداد، وترتفع طاقة الوضع. تمعن الشكل (9-2) وأجب عن الأسئلة التي تليه:

1. ما مقدار المسافة بين نواتي ذرتي الهيدروجين عندما يكون مقدار الطاقة يساوي صفراً؟
2. ما مقدار الانخفاض في الطاقة الذي يجعل الترابط أكثر ثباتاً؟
3. ما مقدار طول رابطة ⁦H - H⁩؟ وما مقدار طاقة رابطة ⁦H - H⁩ بوحدة كيلو جول/مول؟

الحل: التركيب الإلكتروني والتمثيل الفلكي لذرة الفلور:

يحدث التداخل بين فلكي ⁦2p⁩ نصف الممتلئين من الذرتين رأساً لرأس بين فلكي ⁦2p⁩ المتقابلين على نفس المحور، وتزداد الكثافة الإلكترونية في منطقة التداخل، وتتوزع حول المحور الواصل بين النواتين، كما هو مبين في الشكل (10-2).

1. بين كيف تتشكل الرابطة بين الذرتين في الجزيء ⁦Cl_2⁩ باستخدام طريقة تداخل الأفلاك الذرية.
2. لماذا يعد نوع الرابطة التساهمية المتكونة في كل من ⁦F⁩2 و ⁦Cl⁩2 من النوع سيجما ⁦σ⁩؟

الحل: التركيب الإلكتروني لكل من ذرتي الهيدروجين والفلور: ⁦H 1s^1⁩ و ⁦F 1s^2 2s^2 2p^5⁩ تتكون الرابطة ⁦H-F⁩ من تداخل فلك ⁦1s⁩ من ذرة ⁦H⁩ مع فلك ⁦2p⁩ من ذرة ⁦F⁩ كما في الشكل (11-2)؛ لأن الفلكين نصف الممتلئين في ذرات جزيء ⁦HF⁩ هما فلك ⁦1s⁩ وفلك ⁦2p⁩ من ⁦F⁩.

يعتمد طول الرابطة وطاقتها على نوع الأفلاك المتداخلة المكونة للرابطة التساهمية وحجمها، والجدول (3-2) يبين العلاقة بين طول الرابطة التساهمية وطاقتها في بعض الجزيئات.

1. ما نوع الأفلاك الذرية المتداخلة لتكوين رابطة ⁦H-Cl⁩؟
2. ما العلاقة بين طول الرابطة وطاقتها؟

لقد نجحت طريقة تداخل الأفلاك الذرية في تفسير تكوّن الجزيئات ثنائية الذرة، لكن ماذا عن الجزيئات متعددة الذرات (أكثر من ذرتين)؟ دعنا ندرس الأمثلة الآتية:

الذرة المركزية في جزيء ⁦H⁩⁦2O⁩ هي ذرة الأكسجين: ⁦O 1s^2 2s^2 2p^4⁩ تحوي ذرة الأكسجين على فلكين متعامدين نصف ممتلئين من نوع ⁦2p⁩. لذلك تتشكل الروابط التساهمية في جزيء ⁦H⁩⁦2O⁩ حسب طريقة تداخل الأفلاك، عن طريق تداخل كل من فلكي ⁦2p⁩ نصف الممتلئين من ذرة الأكسجين مع فلكي ⁦1s⁩ من ذرتي ⁦H⁩ كما في الشكل (12-2) والروابط المتكونة من النوع سيجما ⁦σ (⁩لماذا؟)

ما مقدار الزاوية ⁦H-O-H⁩ المتوقعة من تداخل الأفلاك في جزيء ⁦H_2O⁩؟

لم تستطع رابطة التكافؤ عن طريق تداخل الأفلاك الذرية، تفسير تكوّن كثير من الجزيئات مثل: ⁦BeH⁩2 و ⁦BH⁩3 و ⁦CH⁩4، بالإضافة إلى أنها لم تستطع تقديم تفسير مقبول لاختلاف الزاوية وأشكال بعض الجزيئات، فمقدار الزاوية في ⁦H⁩⁦2O⁩ يساوي 104.5 وفي ⁦NH_3⁩ حوالي 107 ولتفسير هذه الحقائق كان لا بد من تطوير نظرية رابطة التكافؤ عن طريق الأفلاك المهجنة.

• تداخل الأفلاك المهجنة:

  لدراسة مفهوم الأفلاك المهجنة نفذ النشاط (8-2) المتعلق بالروابط حول ذرة الكربون في جزيء الميثان.

لعلك توصلت إلى أن ذرة الكربون تملك فلكين ⁦2p⁩ نصف ممتلئين، وحسب نظرية رابطة التكافؤ يتداخل الأفلاك الذرية فإن ذرة الكربون قادرة على تكوين رابطتين مع ذرتي هيدروجين وتكوين الجزيء ⁦CH⁩2، وهو جزيء غير ثابت، وأبسط مركبات الكربون مع الهيدروجين هو غاز الميثان ⁦CH⁩4. وضعت هذه الحقيقة نظرية رابطة التكافؤ أمام تحديات كبيرة. كيف يتكون جزيء ⁦CH_4⁩ رباعي الأوجه المنتظم ومقدار الزاوية فيه 109.5؟

ولتوفير أفلاك ذرية متشابهة تماماً ونصف ممتلئة في ذرة الكربون، تم الافتراض أن أفلاك مستوى التكافؤ في ذرة الكربون المتقاربة في الطاقة قد اندمجت (اختلطت) بعضها مع بعض، ونتج أربعة أفلاك ذرية مهجنة جديدة متشابهة في الشكل والحجم والطاقة، ومختلفة في الاتجاه الفراغي، وتسمى هذه العملية (التهجين)، والأفلاك الناتجة بالأفلاك المهجنة كما في الشكل (13-2).

ولأن الأفلاك المهجنة ناتجة عن خلط (دمج) ثلاثة أفلاك من نوع ⁦p⁩ وفلك واحد من نوع ⁦s⁩ فإن الأفلاك الناتجة تسمى الأفلاك المهجنة ⁦sp^3⁩.

يتكون الفلك المهجن ⁦sp^3⁩ من فلقتين متقابلتين إحداهما أكبر حجماً من الأخرى. ويمثل الجزء الأكبر كثافة إلكترونية أعلى واتجاهاً محدداً، وهذا يجعله أكثر قدرة على التداخل مع أفلاك الذرات الأخرى، ويُنتج روابط تساهمية أقوى.

وبما أن الأفلاك المهجنة $sp^3$ الأربعة في ذرة الكربون متساوية في طاقتها، فإن إلكترونات التكافؤ الأربعة لذرة الكربون تتوزع على الأفلاك الأربعة وفق قاعدة هوند.

C: $2s$ $\uparrow\downarrow$ $2p_x$ $\uparrow$ $2p_y$ $\uparrow$ $2p_z$ $\uparrow$

C: $sp^3$ $\uparrow$ $sp^3$ $\uparrow$ $sp^3$ $\uparrow$ $sp^3$ $\uparrow$

والآن بعد تطوير نظرية رابطة التكافؤ، هل يمكن تفسير تكون جزيء $CH_4$؟ لكي نتمكن من الإجابة عن هذا السؤال، لا بد من الإجابة عن عدة تساؤلات، منها:

1. ما عدد ذرات الهيدروجين التي يمكن أن ترتبط بها أفلاك $sp^3$ المهجنة في ذرة الكربون؟
2. ما نوع الأفلاك المشتركة في تكوين الرابطة $C-H$؟
3. هل تتفق الاتجاهات الفراغية للأفلاك المهجنة $sp^3$ مع اتجاهات الروابط؟

وعليه فإن ذرة الكربون يمكنها الارتباط مع أربع ذرات هيدروجين، ويحدث تداخل بين فلك $1s$ من كل ذرة هيدروجين مع فلك من الأفلاك المهجنة $sp^3$، وينتج عن ذلك أربع روابط متماثلة، ويكون شكل الجزيء $CH_4$ رباعي الأوجه ومقدار الزاوية فيه $109.5^\circ$، كما في الشكل (2-14). وبذلك يكون التنافر بين أزواج الإلكترونات أقل ما يمكن والشكل أكثر ثباتاً.

تمرين (9): وضح الروابط المتكونة في جزيء $SiF_4$ مستخدماً نظرية رابطة التكافؤ (التهجين).

• التهجين في جزيئات تملك أزواج إلكترونات غير رابطة $NH_3$ و $H_2O$

  تعرفت سابقاً الشكل المنحني (الزاوي) لجزيء $H_2O$ والشكل الهرمي الثلاثي لجزيء الأمونيا $NH_3$، وتكون الزاوية بين الروابط تساوي $104.5^\circ$ في جزيء $H_2O$ وتساوي تقريباً $107^\circ$ في جزيء $NH_3$. والآن كيف تفسر نظرية رابطة التكافؤ تكون كل من $NH_3$ و $H_2O$ باستخدام الأفلاك المهجنة؟ إن عدد أزواج الإلكترونات حول الذرة المركزية في كلا الجزيئين أربعة، وهي تساوي عدد الأزواج حول ذرة الكربون في $CH_4$، ومقدار الزاوية فيهما قريبة من الزاوية بين الروابط في $CH_4$؛ لذا تم الافتراض أنه يحدث تهجين للأفلاك الذرية لإنتاج أفلاك مهجنة من النوع $sp^3$.

مثال (10): استخدم طريقة تداخل الأفلاك المهجنة في تفسير الروابط المتكونة في جزيء $NH_3$.

الحل: التركيب الإلكتروني لذرة النيتروجين: $N: 1s^2 2s^2 2p^3$ يحدث خلط لفلك $2s$ الممتلئ وأفلاك $2p$ لتكوين أربعة أفلاك مهجنة من نوع $sp^3$، وتنتج الروابط في الجزيء عن تداخل الأفلاك المهجنة $sp^3$ نصف الممتلئة من ذرة النيتروجين مع أفلاك $1s$ من ذرات الهيدروجين كما في الشكل (2-15).

N: $2s$ $\uparrow\downarrow$ $2p_x$ $\uparrow$ $2p_y$ $\uparrow$ $2p_z$ $\uparrow$

N: $sp^3$ $\uparrow\downarrow$ $sp^3$ $\uparrow$ $sp^3$ $\uparrow$ $sp^3$ $\uparrow$

مثال (11): علل: الزاوية $H-N-H$ في جزيء الأمونيا ($107^\circ$) وليس ($109.5^\circ$) بالرغم من استخدام الأفلاك المهجنة $sp^3$.

الحل: لأن الحيز الذي يشغله فلك $sp^3$ الذي يحوي زوج الإلكترونات غير الرابطة أكبر من حيز أفلاك $sp^3$ التي تحوي أزواج الإلكترونات الرابطة، فيزداد التنافر بين زوج الإلكترونات غير الرابط مع أزواج الإلكترونات الرابطة، فتقل الزاوية بين الأزواج الرابطة.

تمرين (10): استخدم الأفلاك المهجنة في تفسير الروابط المتكونة في جزيء $H_2O$. لماذا تكون الزاوية $H-O-H$ تساوي $104.5^\circ$؟

• أنواع تهجين أفلاك $s$ و $p$

  تعلمت أن التهجين عبارة عن اندماج أفلاك تكافؤ مختلفة في الشكل والطاقة والحجم والاتجاه الفراغي، وتكوين أفلاك جديدة متماثلة في الشكل والطاقة والحجم، ومختلفة في الاتجاه الفراغي، ويوجد حالات مختلفة من التهجين (بين أفلاك $s$ و $p$) تستخدمها الذرات عند تكوين الروابط. ويبين الجدول (2-4) هذه الأنواع.

جدول (2-4): أنواع الأفلاك المهجنة الناتجة من أفلاك $s$ و $p$

ولأن الأفلاك المهجنة حسب نظرية تنافر أزواج إلكترونات التكافؤ، تتجه في الفراغ، بحيث يكون التنافر بين أزواج الإلكترونات فيها أقل ما يمكن، فإن الأشكال والاتجاهات الفراغية للأفلاك المهجنة تكون كما يأتي:

تمرين (11): رتب الأفلاك المهجنة ($sp^3$، $sp^2$، $sp$) حسب نسبة خواص $s$ فيها وما علاقة ذلك بقوة تداخل الفلك؟ مثال (12): استخدم الأفلاك المهجنة في تفسير الروابط المتكونة في جزيء ثلاثي فلوريد البورون $BF_3$.

عرفت من شكل لويس للجزيء، ومن نظرية تنافر أزواج إلكترونات التكافؤ أن $BF_3$ له شكل مثلث مستو، ويحوي ثلاثة أزواج من الإلكترونات حول ذرة $B$، كما يوجد في ذرة البورون المركزية فلك واحد نصف ممتلئ، ويحدث تهجين لذرة البورون عن طريق اندماج فلك $2s$ مع فلكين من أفلاك $2p$ لإنتاج ثلاثة أفلاك مهجنة كافية لاستيعاب أزواج الإلكترونات الثلاثة، من النوع $sp^2$ وتكون نصف ممتلئة، ويبقى الفلك الثالث من أفلاك $2p$ فارغاً.

B: $2s$ $\uparrow\downarrow$ $2p$ $\uparrow$ $2p$ $\uparrow$ $2p$ $\uparrow$ $\xrightarrow{\text{تهجين}}$ B: $sp^2$ $\uparrow$ $sp^2$ $\uparrow$ $sp^2$ $\uparrow$ $2p$ $\text{---}$

ويتداخل كل فلك من أفلاك $sp^2$ المهجنة الثلاثة في ذرة البورون مع فلك $2p$ من كل ذرة $F$، ويبقى أحد أفلاك $2p$ الثلاثة فارغاً وعمودياً على المستوى، ويكون شكل الجزيء الناتج مثلثاً مستوياً والزاوية $F-B-F$ تساوي $120^\circ$، كما في الشكل (2-16).

تمرين (11):

1. هل تنطبق قاعدة الثمانية على الجزيء $BF_3$؟
2. كيف تفسر النشاط الكيميائي للجزيء $BF_3$ وميله لكسب الإلكترونات عند المشاركة مع مادة غنية بها؟

   مثال (13): استخدم الأفلاك المهجنة في تفسير الروابط المتكونة في جزيء $C_2H_4$.

الحل: من تمثيل لويس للجزيء، ونظرية تنافر أزواج إلكترونات التكافؤ، فإن شكل أزواج الإلكترونات حول ذرة كربون مثلث مستو. فكيف يمكن تفسير نظرية رابطة التكافؤ (التهجين) ذلك؟ يوجد ثلاث ذرات مرتبطة بكل ذرة كربون في الجزيء، وهذا يحتاج إلى ثلاثة أفلاك نصف ممتلئة، ويتم ذلك عن طريق اندماج بين فلك $2s$ مع فلكين من أفلاك $2p$ لإنتاج ثلاثة أفلاك مهجنة $sp^2$ نصف ممتلئة، ويبقى الفلك الثالث من أفلاك $2p$ نصف الممتلئ عمودياً على المستوى.

C: $2s$ $\uparrow\downarrow$ $2p$ $\uparrow$ $2p$ $\uparrow$ $2p$ $\uparrow$ $\xrightarrow{\text{تهجين}}$ $sp^2$ $\uparrow$ $sp^2$ $\uparrow$ $sp^2$ $\uparrow$ $2p$ $\uparrow$

تنشأ رابطة سيجما بين ذرتي الكربون عن طريق تداخل بين فلك $sp^2$ من ذرة الكربون مع فلك $sp^2$ من ذرة الكربون الأخرى رأساً لرأس، وتنشأ روابط سيجما $\sigma$ بين الكربون والهيدروجين في حين يتداخل الفلك $2p$ العمودي مع الفلك $2p$ العمودي أيضاً جانبياً، فتنشأ رابطة باي $\pi$ كما في الشكل (2-17).

تتوزع الكثافة الإلكترونية الناتجة عن رابطة $\pi$ في منطقتين على جانبي المحور الواصل بين النواتين، ويوضح الشكل (2-18) الرابطتين سيجما وباي، الناتجتين عن التداخل رأساً لرأس، والتداخل الجانبي لفلكين من النوع $p$.

لاحظت في الشكل (2-18) أن الكثافة الإلكترونية تتركز في منطقة بين النواتين، على طول المحور الواصل بينهما عندما تكون الرابطة من النوع سيجما ($\sigma$)، بينما تتوزع الكثافة الإلكترونية على جانبي المحور الواصل بين النواتين، عندما تكون الرابطة من النوع باي ($\pi$)؛ لذلك تكون قوى التجاذب أكبر عندما تكون الرابطة من النوع $\sigma$ وتكون الرابطة أقوى.

تمرين (12): استخدم الأفلاك المهجنة في تفسير الروابط المتكونة في جزيء $N_2F_2$.

مثال (14): استخدم الأفلاك المهجنة في تفسير الروابط المتكونة في جزيء، فلوريد البيريليوم $BeF_2$.

الحل: حسب نظرية تنافر أزواج الإلكترونات، فإن شكل الجزيء خطي مستقيم، ترتبط فيه ذرة البيريليوم بذرتي فلور تساهميتين متشابهتين. فكيف يمكن تفسير شكل هذا الجزيء، وعدد روابطه؟ حتى تتمكن ذرة البيريليوم من الارتباط بذرتي فلور لا بد من استخدام فلكين نصف ممتلئين ومتشابهين، وعليه تحدث عملية تهجين لفلك $2s$ مع أحد أفلاك $2p$، وينتج فلكان نصف ممتلئين من نوع $sp$ كما في الشكل (2-19).

Be: $[He] 2s^2 2p$ Be: $2s$ $\uparrow\downarrow$ $2p$ $\uparrow$ $2p$ $\uparrow$ $2p$ $\text{---}$ $\xrightarrow{\text{تهجين}}$ Be: $sp$ $\uparrow$ $sp$ $\uparrow$ $2p$ $\text{---}$ $2p$ $\text{---}$

وعليه يتكون جزيء $BeF_2$ من تداخل فلكي $sp$ من ذرة $Be$ مع فلك $p$ من كل ذرة $F$، ويكون شكل الجزيء خطياً والزاوية فيه $180^\circ$. الكيمياء والتكنولوجيا والمجتمع (للاطلاع)

تستخدم العناصر الانتقالية في مجالات مختلفة، فالعديد منها له أهمية كبيرة في أجسام الكائنات الحية، فالهيموغلوبين يدخل في تركيب هيموغلوبين الدم الذي يكسبه اللون الأحمر، وله الدور في نقل الأكسجين من الرئتين إلى مختلف خلايا الجسم. ويدخل الكوبلت $Co$ في تركيب فيتامين $B12$، ونقصه يسبب انخفاض عدد كريات الدم البيضاء والصفائح الدموية. ويساعد الفناديوم $V$ على نقل السكر من الدم إلى داخل الخلية، ويمنع رفع السكر ويعزز الأنسولين، ويدخل التيتانيوم $Ti$ في عمليات الزرع في الجسم مثل زرع المفاصل والأسنان.

وتستخدم العناصر الانتقالية على نطاق واسع في مجال الصناعة، ويعتبر الحديد وسبائكه أكثر المواد المعدنية استخداماً للأغراض الهندسية. ويستخدم النحاس $Cu$ في صناعة أسلاك وكوابل الكهرباء، ويستعمل في عمليات التسخين والتبريد كوسيلة لنقل الحرارة.

ويستعمل الخارصين $Zn$ في غلفنة الحديد، وصناعة البطاريات الجافة، وصناعة سبائك مختلفة.

ويستخدم التيتانيوم في هياكل كل من الطائرات والمدرعات والسفن البحرية والسفن الفضائية والصواريخ.

وتدخل عناصر عديدة مثل الحديد والكروم والكوبلت والنحاس والنيكل والخارصين في صناعة السبائك المختلفة التي تدخل في صناعات متعددة.

وتستخدم مركبات المنغنيز كصبغات ومواد ملونة في صناعة الزجاج والصناعات الخزفية، ويستخدم أكسيد التيتانيوم $(IV)$ في صناعة الطلاء والورق ومعجون الأسنان. وتدخل مركبات الكروم في تلوين الزجاج وفي صناعة الطلاء والدهان المستخدم في الرسم والديكور.

وتستخدم العناصر الانتقالية في الدورة الرابعة كمحفزات للعديد من التفاعلات الكيميائية والعمليات الحيوية. فيستخدم النيكل عاملاً مساعداً في تكرير النفط وهدرجة الزيوت، ويستخدم الحديد محفزاً لتفاعل الهيدروجين والنيتروجين لتكوين الأمونيا.

2. أين يقع العنصر الذي عدده الذري 26 في الجدول الدوري؟

• أ. الدورة الرابعة والمجموعة $VIB$
• ب. الدورة الرابعة والمجموعة $VIIIB$
• ج. الدورة الثالثة والمجموعة $VIIIB$
• د. الدورة الثالثة والمجموعة $VIA$

3. أي الأفلاك المتداخلة الآتية المشاركة في تكوين رابطة $\sigma$ بين ذرتي الكربون 2 و3 في جزيء $CH_3-CH_2-CH_3$؟

• أ. $sp^3-sp^3$
• ب. $sp^3-sp^2$
• ج. $sp^2-sp$
• د. $2p-2p$

4. ما نوع التهجين في الذرة المركزية في الجزيء $XO_2$ علماً أن زاوية $O-X-O$ تساوي حوالي $119^\circ$؟

5. أي العبارات الآتية صحيحة فيما يخص جزيء الميثان $CH_4$؟

• أ. يكون شكل الأزواج الإلكترونية رباعي الأوجه بسبب تهجين $sp^3$.
• ب. تهجين الذرة المركزية $sp^3$ بسبب شكل الأزواج الإلكترونية رباعي الأوجه.
• ج. تختلف الأفلاك المهجنة في الجزيء بعضها عن بعض في طول الرابطة.
• د. الزاوية بين الروابط في جزيء $CH_4$ هي $120^\circ$.

السؤال الثاني: وضح المقصود بكل من الآتية: القانون الدوري، طاقة التأين الأول، الأفلاك المهجنة، شحنة النواة الفعالة. السؤال الثالث: قارن بين رابطة $\sigma$ ورابطة $\pi$ في الجزيء الواحد من حيث:

1. طريقة التداخل.
2. توزيع الكثافة الإلكترونية.
3. قوة الرابطة.

السؤال الرابع: ما مبررات اقتراح تهجين $sp^3$ في كل من $CH_4$ و $NH_3$؟

السؤال الخامس: لديك العناصر الافتراضية الآتية: $A, B, C, D, E, F, G, H$ متتالية في أعدادها الذرية من $A$ إلى $H$، إذا علمت أن العنصر $E$ يقع في الدورة الثالثة وله أعلى طاقة تأين أول. أجب عن الأسئلة الآتية:

• أ. أي هذه العناصر عنصر انتقالي؟
• ب. ما صيغة المركب الناتج من اتحاد $D$ مع كل من $A$ و $F$؟
• ج. قارن بين $E$ و $F$ من حيث الحجم الذري.
• د. حدد موقع العنصر $A$ في الجدول الدوري.
• هـ. قارن بين $B$ و $C$ من حيث طاقة التأين الأول.

السؤال السادس: قارن بين $BF_3$ و $PF_3$ من حيث:

• أ. تمثيل لويس للجزيء.
• ب. عدد أزواج الإلكترونات الرابطة وغير الرابطة حول الذرة المركزية.
• ج. شكل أزواج الإلكترونات حول الذرة المركزية.
• د. شكل الجزيء.
• هـ. الأفلاك المتداخلة لتكوين الروابط.

السؤال السابع: علل كلاً من الآتية:

• أ. الحجم الذري لـ $K_{19}$ أكبر من الحجم الذري لـ $Na_{11}$.
• ب. يوجد المغنيسيوم $Mg_{12}$ في الطبيعة على شكل مركبات يكون فيها على صورة $Mg^{2+}$ بينما لا يوجد الصوديوم على صورة $Na^{2+}$.

  السؤال الثامن: استخدم طريقة تداخل الأفلاك المهجنة في تفسير الروابط في جزيء $C_2H_2$.

أقرأ كل عبارة من العبارات الآتية، ثم أضع إشارة (/) في المكان المناسب: