العلوم الفيزيائية والتكنولوجيا

المادة وتحولاتها (أ): الشاردة والتحليل الكهربائي المحاليل الكيميائية : الشاردة و المحلول الشاردي

الشاردة: تعريفها، رموزها، الكشف عن الشوارد

🔊 المعلّمة تقرأ لك

خذ قارورة ماء معدني واقرأ ما هو مكتوب على ملصقتها: تجد جدولا يذكر ما يحتويه اللتر الواحد من هذا الماء. ولن تجد فيه أسماء أجسام صلبة، بل رموزا يتبع كلّ واحد منها إشارة موجبة أو سالبة، وأمام كلّ رمز كتلة صغيرة بالميليغرام. ما هذه الدقائق المشحونة التي نشربها كلّ يوم مع الماء، وكيف نكتب رمزها، وكيف نتعرّف عليها في المخبر؟

🎓في نهاية هذا الدرس ستكون قادرا على:

تعريف الشاردة وتفسير تكوّنها بفقد إلكترونات أو باكتسابها
التمييز بين الشاردة الموجبة (الكاتيون) والشاردة السالبة (الأنيون)
كتابة رمز شاردة بسيطة كتابة صحيحة وقراءة ما يدلّ عليه كلّ جزء منه
التمييز بين الشاردة البسيطة والشاردة المركّبة
الكشف عن بعض الشوارد بالكاشف المناسب وبلون الراسب الناتج

🔑يفترض هذا الدرس أنّك تتقن:

أنّ الذرّة تتكوّن من نواة فيها بروتونات، ومن إلكترونات تتحرّك حولها
أنّ الذرّة متعادلة كهربائيا: عدد بروتوناتها يساوي عدد إلكتروناتها
أنّ المحلول الشاردي ينقل التيار الكهربائي لاحتوائه على شوارد

الشوارد في الماء الذي نشربه

الملصقة التي على قارورة الماء المعدني تحمل تحليلا لما يحتويه اللتر الواحد. وكلّ سطر فيها يذكر رمز شاردة والكتلة الموجودة منها في لتر واحد. فالشوارد ليست مادّة مخبرية بعيدة عنك: هي في الماء الذي تشربه كلّ يوم.

📌المعطى: تحليل ماء معدني

رمز الشاردة	إشارة شحنتها	بسيطة أم مركّبة	كتلتها في لتر واحد بالميليغرام
⁦Ca²⁺⁩	موجبة	بسيطة	176
⁦Mg²⁺⁩	موجبة	بسيطة	46
⁦K⁺⁩	موجبة	بسيطة	5
⁦Na⁺⁩	موجبة	بسيطة	28
⁦HCO₃⁻⁩	سالبة	مركّبة	312
⁦SO₄²⁻⁩	سالبة	مركّبة	372
⁦Cl⁻⁩	سالبة	بسيطة	37
⁦F⁻⁩	سالبة	بسيطة	2
⁦NO₃⁻⁩	سالبة	مركّبة	0

تسعة أنواع من الشوارد في لتر واحد، بعضها موجب وبعضها سالب

ونلاحظ في هذا الجدول أمرين: أنّ بعض الشوارد يحمل الإشارة (+) وبعضها يحمل الإشارة (−)؛ وأنّ بعضها مكوّن من ذرّة واحدة وبعضها الآخر مجموعة ذرّات مرتبطة بعضها ببعض. وبهذين المعيارين نصنّف الشوارد كلّها: موجبة أو سالبة، وبسيطة أو مركّبة.

ما هي الشاردة؟

الذرّة متعادلة كهربائيا لأنّ فيها من الإلكترونات السالبة بقدر ما فيها من البروتونات الموجبة. فإذا نُزعت منها إلكترونات أو أضيفت إليها إلكترونات اختلّ هذا التوازن وصارت تحمل شحنة كهربائية: عندئذ لا نسمّيها ذرّة بل شاردة.

نوعا الشاردة البسيطة

الشاردة الموجبة، وتسمّى الكاتيون: ذرّة فقدت إلكترونا أو أكثر، فصار عدد إلكتروناتها أقلّ من عدد إلكترونات الذرّة المتعادلة.
الشاردة السالبة، وتسمّى الأنيون: ذرّة اكتسبت إلكترونا أو أكثر، فصار عدد إلكتروناتها أكبر من عدد إلكترونات الذرّة المتعادلة.

أربعة ميازين: متوازنان للذرّتين المتعادلتين، ومائلان للشاردتين المشحونتين — إشارة الشحنة هي الجهة التي يميل إليها الميزان، وعدد البروتونات لا يتغيّر أبدا

🔍التحليل: من الذرّة إلى الشاردة، بالعدّ

ما نعدّه	ذرّة الكالسيوم	شاردة الكالسيوم	ذرّة الفلور	شاردة الفلور
عدد البروتونات	20	20	9	9
عدد الإلكترونات	20	18	9	10
الشحنة الكهربائية	0	⁦+2⁩	0	⁦−1⁩

في كلّ زوج من الأعمدة عدد البروتونات واحد: التغيّر كلّه في الإلكترونات

الإلكترون لا يُخلق من العدم ولا يفنى: ما تفقده ذرّة تكتسبه ذرّة أخرى. ولذلك تتكوّن الشوارد في الغالب معا: واحدة موجبة لأنّها أعطت، وأخرى سالبة لأنّها أخذت.

ذرّتان: إلكترون ينتقل من الأولى إلى الثانية، فتصير الأولى شاردة موجبة والثانية شاردة سالبة. — الإلكترون الذي فقدته الأولى اكتسبته الثانية: تولد الشاردتان معا

كيف نكتب رمز شاردة بسيطة؟

نكتب رمز الذرّة كما هو، ثمّ نضيف إليه في الأعلى عددا يدلّ على عدد الإلكترونات المفقودة أو المكتسبة، وإشارة تدلّ على الفقد بالموجب أو على الاكتساب بالسالب. وإذا كان العدد واحدا اكتفينا بالإشارة وحدها.

رمز شاردة الألمنيوم مفكّكا إلى ثلاثة أجزاء، لكلّ جزء إطار يشرح ما يدلّ عليه — يُقرأ الرمز في ثلاث خطوات: أيّ ذرّة؟ كم إلكترونا؟ فقدا أم اكتسابا؟

تكوّن شاردة الألمنيوم

فقدت ذرّة الألمنيوم ثلاثة إلكترونات، فظهرت عليها ثلاث شحنات موجبة.

Al → Al³⁺ + 3e⁻

e⁻إلكترون واحد، شحنته سالبة

البروتونات مرتبطة داخل النواة بروابط قوية، ولا يتغيّر عددها أبدا عند تكوّن شاردة. فلا تقل إنّ الذرّة «أخذت شحنة موجبة»: هي فقدت إلكترونات سالبة، فظهر ما كان فيها من موجب دون أن يزيد.

📌المعطى: الشوارد البسيطة التي يجب معرفتها

الذرّة	معادلة تكوّن الشاردة	رمز الشاردة	نوعها
الهيدروجين	⁦H → H⁺ + e⁻⁩	⁦H⁺⁩	موجبة
الصوديوم	⁦Na → Na⁺ + e⁻⁩	⁦Na⁺⁩	موجبة
الكالسيوم	⁦Ca → Ca²⁺ + 2e⁻⁩	⁦Ca²⁺⁩	موجبة
النحاس	⁦Cu → Cu²⁺ + 2e⁻⁩	⁦Cu²⁺⁩	موجبة
القصدير	⁦Sn → Sn²⁺ + 2e⁻⁩	⁦Sn²⁺⁩	موجبة
الزنك	⁦Zn → Zn²⁺ + 2e⁻⁩	⁦Zn²⁺⁩	موجبة
الألمنيوم	⁦Al → Al³⁺ + 3e⁻⁩	⁦Al³⁺⁩	موجبة
الكلور	⁦Cl + e⁻ → Cl⁻⁩	⁦Cl⁻⁩	سالبة
الأكسجين	⁦O + 2e⁻ → O²⁻⁩	⁦O²⁻⁩	سالبة
الأزوت	⁦N + 3e⁻ → N³⁻⁩	⁦N³⁻⁩	سالبة
الفلور	⁦F + e⁻ → F⁻⁩	⁦F⁻⁩	سالبة

الذرّات السبع الأولى تفقد إلكترونات، والأربع الأخيرة تكتسبها

الشاردة المركّبة

ليست كلّ شاردة ذرّة واحدة. فبعض الشوارد مجموعة ذرّات مرتبطة بعضها ببعض ارتباطا وثيقا لا تنفصل، وتحمل المجموعة كلّها شحنة كهربائية واحدة. نسمّي هذه الشاردة شاردة مركّبة، وشحنتها للمجموعة كلّها، لا لذرّة بعينها منها. وأكثر الشوارد المركّبة سالبة الشحنة، وقد تكون موجبة كذلك.

خمس بطاقات ذرّات تجتمع في شاردة واحدة، وميزان بين 48 بروتونا و50 إلكترونا — الشحنة ليست على ذرّة بعينها: هي شحنة المجموعة كلّها

عدد بروتونات شاردة الكبريتات

ذرّة الكبريت تحمل ستّة عشر بروتونا، وكلّ ذرّة أكسجين تحمل ثمانية، وذرّات الأكسجين أربع.

16 + 4 × 8 = 48

شحنة شاردة الكبريتات

عدد الإلكترونات في هذه الشاردة خمسون، وهو أكبر من عدد البروتونات باثنين، فشحنتها سالبة قيمتها اثنان.

48 − 50 = −2

📌المعطى: أسماء شوارد ورموزها

رمز الشاردة	اسمها
⁦Cl⁻⁩	شاردة الكلور، وهي شاردة بسيطة
⁦OH⁻⁩	شاردة الهيدروكسيد
⁦NO₃⁻⁩	شاردة النترات
⁦SO₄²⁻⁩	شاردة الكبريتات
⁦CO₃²⁻⁩	شاردة الكربونات

أربع من هذه الشوارد الخمس مركّبة وواحدة بسيطة، ولكلّ واحدة اسم كما لها رمز

المحلول الشاردي متعادل كهربائيا: مجموع شحناته الموجبة يساوي مجموع شحناته السالبة. ولذلك لا تجد أبدا محلولا فيه شوارد موجبة وحدها أو شوارد سالبة وحدها.

الكشف عن الشوارد بالكواشف

لا نرى الشوارد في المحلول لأنّها صغيرة جدّا ولأنّ أكثرها عديم اللون. ولمعرفة أيّ شاردة يحتويها محلول ما، نضيف إليه سائلا خاصّا نسمّيه الكاشف: فإذا تكوّن جسم صلب لا يذوب ويستقرّ في القاع — ونسمّيه الراسب — دلّنا لونه على الشاردة الموجودة.

📌التجربة: الكشف عن ستّ شوارد

اسم الشاردة	رمزها	الكاشف المستعمل	لون الراسب	رمز الراسب
شاردة الكلور	⁦Cl⁻⁩	نترات الفضّة	أبيض	AgCl
شاردة الألمنيوم	⁦Al³⁺⁩	الصودا	أبيض	⁦Al(OH)₃⁩
شاردة الحديد الثنائي	⁦Fe²⁺⁩	الصودا	أخضر	⁦Fe(OH)₂⁩
شاردة الحديد الثلاثي	⁦Fe³⁺⁩	الصودا	أحمر آجرّي	⁦Fe(OH)₃⁩
شاردة النحاس الثنائي	⁦Cu²⁺⁩	الصودا	أزرق	⁦Cu(OH)₂⁩
شاردة الزنك	⁦Zn²⁺⁩	الصودا	أبيض	⁦Zn(OH)₂⁩

كاشف واحد — الصودا — يكشف خمس شوارد موجبة، والذي يفرّق بينها هو لون راسبها

ستّة أنابيب فيها رواسب ملوّنة، تحت كلّ واحد اسم الشاردة التي دلّ عليها لون راسبه — ثلاثة من الستّة أبيض: اللون وحده لا يكفي، ولا بدّ من معرفة الكاشف كذلك

الكشف عن شاردة الزنك بالصودا

شاردتا الكبريتات والصوديوم توجدان قبل التفاعل وبعده دون تغيير: هما شاردتان متفرّجتان، والتفاعل بين شاردة الزنك وشاردة الهيدروكسيد وحدهما.

(Zn²⁺ + SO₄²⁻)(aq) + 2(Na⁺ + OH⁻)(aq) → Zn(OH)₂(s) + (2Na⁺ + SO₄²⁻)(aq)

sأنّ الجسم صلب، وهو الراسب

راسب شاردة الألمنيوم وراسب شاردة الزنك كلاهما أبيض، والكاشف واحد هو الصودا: لون الراسب وحده لا يكفي إذن للتمييز بينهما. أمّا راسب شاردة الكلور فأبيض كذلك، لكنّ كاشفه مختلف، فلا يقع الالتباس معه.

الكشف باللهب

وهناك طريقة أخرى أسرع: نأخذ قليلا من المحلول ونعرّضه للهب، فيتلوّن اللهب بلون خاصّ بالشاردة الموجودة فيه.

📌التجربة: الكشف باللهب

الشاردة	رمزها	لون اللهب
شاردة الصوديوم	⁦Na⁺⁩	أصفر
شاردة الكالسيوم	⁦Ca²⁺⁩	أحمر برتقالي
شاردة البوتاسيوم	⁦K⁺⁩	أزرق بنفسجي

اللون هنا لون اللهب نفسه، لا لون راسب

المصطلحات العلمية

العربية	français	english
شاردة	Ion	Ion
شاردة موجبة	Cation	Cation
شاردة سالبة	Anion	Anion
شاردة مركّبة	Ion polyatomique	Polyatomic ion
راسب	Précipité	Precipitate

بثلاث لغات، كما يقتضيه المنهاج

🎓 نحو شهادة التّعليم المتوسّط. يأتي هذا الدرس في أسئلة من نوع: «عرّف الشاردة واكتب رمزها»، و«كيف تتكوّن شاردة الألمنيوم؟»، و«كيف تكشف عن هذه الشاردة؟»، وقد تُعطى ملصقة ماء معدني. ثلاثة عناصر جاهزة: ① التعريف: ذرّة أو مجموعة ذرّات فقدت إلكترونات فصارت موجبة (كاتيون)، أو اكتسبتها فصارت سالبة (أنيون): ⁦Al → Al³⁺ + 3e⁻⁩ ② الرمز: رمز الذرّة وفوقه عدد الإلكترونات المتبادلة وإشارة الشحنة ؛ والشاردة البسيطة ذرّة واحدة، والمركّبة مجموعة ذرّات تحمل شحنة واحدة ③ الكشف: بالكاشف ولون الراسب، أو بلون اللهب. ⛔ والخطأ الشائع: القول إنّ الذرّة «أخذت شحنة موجبة» ؛ عدد البروتونات لا يتغيّر أبدا، والشاردة الموجبة فقدت إلكترونات. وخطأ ثانٍ: التمييز بين شاردتي الألمنيوم والزنك بلون الراسب وحده ؛ راسباهما أبيضان بالكاشف نفسه، الصودا، فاللون وحده لا يكفي.

خلاصة: الشاردة ذرّة أو مجموعة ذرّات فقدت إلكترونات أو اكتسبتها، فصارت تحمل شحنة كهربائية. · الشاردة الموجبة فقدت إلكترونات، والشاردة السالبة اكتسبتها؛ وعدد البروتونات لا يتغيّر. · رمز الشاردة هو رمز الذرّة، وفوقه عدد الإلكترونات المتبادلة وإشارة الشحنة. · الشاردة البسيطة ذرّة واحدة، والشاردة المركّبة مجموعة ذرّات تحمل شحنة واحدة. · نكشف عن الشوارد بالكاشف ولون راسبه، أو بلون اللهب.

الصفحة 1/7

📍 خلال السنة

🟦 ف1 · 🟩 ف2 · 🟪 ف3 · 📝 امتحانات الأسابيع 14/27/36

📌 لتتذكّر

خلاصة: الشاردة ذرّة أو مجموعة ذرّات فقدت إلكترونات أو اكتسبتها، فصارت تحمل شحنة كهربائية. · الشاردة الموجبة فقدت إلكترونات، والشاردة السالبة اكتسبتها؛ وعدد البروتونات لا يتغيّر. · رمز الشاردة هو رمز الذرّة، وفوقه عدد الإلكترونات المتبادلة وإشارة الشحنة. · الشاردة البسيطة ذرّة واحدة، والشاردة المركّبة مجموعة ذرّات تحمل شحنة واحدة. · نكشف عن الشوارد بالكاشف ولون راسبه، أو بلون اللهب.