العدد الذري والعدد الكتلي والكتلة الذرية

قبل الخوض في مفهوم العدد الذري والعدد الكتلي والكتلة الذرية والفرق بينهما بين هذه المفاهيم الثلاث, لابد من تذكرة سريعة ببنية الذرة و تصنيف العناصر.

بنية الذرة

تتكون ذرة أي عنصر من نواة مركزية تحوي بروتونات ونترونات، ومن سحابة إلكترونية تدور فيها الكترونات ضمن مدارات دائرية أو مستويات الطاقة.

البروتونات ذات شحنة كهربائية موجبة بينما الالكترونات ذات شحنة كهربائية سالبة.

أما النترونات فتكون معتدلة كهربائيا.

عدد البروتونات الموجبة في النواة يساوي عدد الالكترونات الحرة السالبة وبالتالي فإن الذرة معتدلة كهربائياً.

برنامج تمثيل نواة الذرة

مفهوم العنصر

ألم تتسائل يوما على أي أساس تم تصنيف العناصر في الطبيعة وأطلقنا عليها تسميات مختلفة مثل الكربون والاكسجين و الكلور وغيرها، ربما أول ما يخطر في ذهنك هو خواصها كسلوكها في التفاعلات الكيميائية ، وهذا ما يميزها عن بعضها البعض. ولكن من الذي يحدد هذه الخصائص الكيميائية للعنصر؟

الجواب هو العدد الذري.

تعريف العدد الذري

يعرف العدد الذري Atomic Number أنه عدد البروتونات في نواة الذرة، وهو يحدد الخواص الكيميائية لهذا العنصر. يرمز للعدد الذري بالرمز z.

وعلى هذا الأساس تم تصنيف العناصر في الطبيعة بناء على العدد الذري لكل عنصر، وهو ليس مجرد رقم مرفق لكل عنصر ولكن سيتضح لنا أهميته لاحقا في شرح البنية دون الذرية لهذه العناصر وهي البروتونات والنترونات والالكترونات المتواجدة في الذرة. حيث تم ترتيب هذه العناصر اعتمادا على عددها الذري بما يعرف بالجدول الدوري للعناصر.

الجدول الدوري

لكل عنصر في الجدول الدوري رقما محددا يرافقه، وهو يرمز إلى العدد الذري لهذا العنصر ويميزه عن العناصر الأخرى في الجدول.

وضع الجدول الدوري العالم مندلييف عام ١٨٦٩ اعتمادا على الكتلة الذرية للعنصر، ولكن هذا الجدول كان غير دقيق ولا يخلو من العيوب، فقد لوحظ أن هناك عدد من العناصر التي تمتلك كتل ذرية متفاوتة بالقيم تتشابه في سلوكها الكيميائي وأن تصنيفها في الجدول غير مفيد ، ورغم ذلك استمر العمل به لأكثر من نصف قرن حتى عام ١٩١١ حيث تم استبداله بجدول يعتمد على العدد الذري للعناصر فقد أصبح جليا أهمية العدد الذري للعنصر والذي يرتبط بعدد بروتونات في النواة على أهميته في تحديد الخواص الكيميائية لهدا العنصر.

فمثلا العدد الذري للبوتاسيوم 19, بينما العدد الذري للهيدروجين هو 1.

الفرق بين العدد الذري والعدد الكتلي

إن عدد الكتلة أو العدد الكتلي Mass number هو مجموع عدد البرتونات والنترونات في نواة الذرة. وهو عدد صحيح ويرمز له بالرمز A. بينما العدد الذري Atomic Number هو عدد البروتونات فقط. يكتب العدد الذري في الجدول الدوري للعناصر حيث يحدد هوية العنصر وهو رقم ثابت لا يتغير.

باختصار يمكننا القول:
عدد الكتلة Mass number = بروتونات + نترونات
العدد الذري Atomic Number = البروتونات فقط

ليكن لدينا عنصر x يكتب بالشكل

يرمز A لعدد الكتلة وهو يقع على يسار وأعلى العنصر.
يرمز Z للعدد الذري وهو يقع على يسار وأسفل العنصر.
يحدد العدد الذري الخواص الكيميائية لهذا العنصر بينما يرتبط العدد الكتلي بالخواص الفيزيائية.

أمثلة عن حساب البروتونات والنترونات في النواة

الكتلة الذرية او الوزن الذري

يبرز هنا مفهوم آخر هو الكتلة الذرية Atomic mass وتسمى احيانا الوزن الذري Atomic weight وبالتعريف هي متوسط كتلة ذرة عنصر ما بناءً على الوفرة الطبيعية النسبية لنظائر هذا العنصر. وبعبارة أخرى الكتلة الذرية هي متوسط عدد البروتونات والنيوترونات لجميع النظائر الطبيعية لعنصر ما.

أي أن الكتلة الذرية هي عدد غير صحيح لأنها عدد وسطي يعتمد على العنصر ونظائره. والكتلة الذري في حقيقة الأمر عدد متغير غير ثابت لأنه يعتمد ليس على النظائر فحسب وإنما وفرتها في الطبيعة, وبالتالي يقوم العلماء من وقت لآخر بمراجعة العناصر ونظائرها وتوفرها بين وقت وآخر ويقومون بتغيير الكتلة الذرية.

نظائر عنصر isotope

هي ذرات للعنصر تتشابه معه بعدد البروتونات (العدد الذري) وتختلف عنه بعدد النيترونات وبالتالي اختلاف في العدد الكتلي.

وبما أن العدد الذري هو المسؤول عن تحديد الخواص الكيميائية للعنصر فإن نظائر عنصر ما تمتلك نفس الخواص الكيميائية، وبما أنها تختلف في عدد النيترونات فإنها تختلف بخواصها الفيزيائية لاختلافها في الكتلة الذرية.

مثال: عنصر الهيدروجين له ثلاث نظائر

• البروتيوم ¹H
• الديوتيريوم ²H
• التريتيوم ³H

تختلف نظائر الهيدروجين عن بعضها باختلاف عدد النيترونات في النواة. وبالتالي تختلف بعدد الكتلة. ولجميعها نفس عدد البروتونات (العدد الذري).

البروتيوم: يحوي بروتون واحد في نواته ولا يحوي أي نيترون، وهو الأكثر وفرة في الطبيعة من نظائر الهيدروجين.

الديوتيريوم: يحوي على بروتون واحد ونيترون واحد في نواته ولذلك هو أثقل من الهيدروجين العادي (البروتيوم) الذي يحتوي بروتون واحد فقط. ونظرا لأن وزنه أثقل من البروتيوم، يمتلك الديوتيريوم درجة غليان وانصهار أعلى منه.

التريتيوم يحوي على بروتون واحد ونيترونين في نواته وهو أثقل من نظيره الهيدروجين العادي بثلاث مرات، تريتيوم يعتبر نظيرا مشعا يستخدم في مفاعلات الطاقة النووية،
وجوده في الطبيعة يعتبر نادر ويتم تصنيعه داخل المفاعلات النووية.

• يمتلك ¹H بروتون واحد وبالتالي عدد الكتلة له 1.
• يمتلك ²H بروتون ونترون وبالتالي عدد الكتلة له 2.
• يمتلك ³H بروتون ونترونين وبالتالي عدد الكتلة له 3.

المصادر

Atomic Mass Versus Mass Number [https://www.thoughtco.com/atomic-mass-and-mass-number-606105]