محتوای آموزشی
شیمی ۱ ـ پایه دهمصفحات چاپی ۲۴ تا ۳۴ویژه کنکور تجربی
ساختار اتم و آرایش الکترونی
از مدل لایهای و کوانتیده بودن انرژی الکترونها تا زیرلایهها، قاعده آفبا، آرایش الکترونی فشرده، الکترونهای ظرفیت و تشخیص دوره، گروه و دسته عنصر. ترتیب درس دقیقاً مطابق مسیر کتاب درسی پیش میرود و فعالیتهای محدوده با پاسخ تشریحی حل شدهاند.پیشرفت مطالعه۰ از ۱۱ صفحه اصلی کامل شده
نقشه یادگیری
قبل از شروع، چهار زنجیره را به هم وصل کن
اگر این چهار ارتباط را بفهمی، حفظکردن آرایشها بسیار کمتر میشود.۱. لایه و انرژی
هرچه الکترون بهطور کلی در لایه دورتری باشد، انرژی بیشتری دارد؛ جابهجایی میان ترازها با جذب یا گسیل انرژی انجام میشود.۲. زیرلایه و ظرفیت
s:2، p:6، d:10 و f:14.۳. ترتیب پرشدن
قاعده آفبا تعیین میکند کدام زیرلایه زودتر پر شود؛ معیار کلیدی کتاب n+l است.۴. جدول دورهای
از آرایش الکترونی میتوان لایه ظرفیت، الکترونهای ظرفیت، دوره، گروه و دسته s,p,d,f را استخراج کرد.حد ارزشیابی این مبحث
طبق حاشیه کتاب در پایان همین محدوده، نوشتن آرایش الکترونی اتمها فقط تا ۳۶ الکترون هدف آموزشی است؛ بنابراین در این جلسه و آزمونک نیز از عنصرهای با Z≤36 فراتر نمیرویم.صفحه چاپی ۲۴
ساختار اتم؛ از طیف هیدروژن تا مدل لایهای
PDF: صفحه ۳۴کتاب: ۲۴شکل ۱۸
مدل بور چه گفت و کجا محدود شد؟
مدل بور توانست طیف نشری خطی هیدروژن را توضیح دهد، اما برای طیف اتمهای دیگر کافی نبود. در ادامه، مدل لایهای/کوانتومی گستردهتری به کار گرفته میشود.n = 1, 2, 3, ... , 7
عدد n را عدد کوانتومی اصلی مینامند. در شکل ۱۸، بخش پررنگتر هر لایه ناحیهای را نشان میدهد که حضور الکترون در آن محتملتر است؛ این به معنی حرکت الکترون روی یک مسیر دایرهای ثابت نیست.
دام رایج
«لایه» را با «مدار دایرهای دقیق» یکی ندان. کتاب تأکید میکند الکترون میتواند در نقاط مختلف فضای پیرامون هسته حضور داشته باشد، اما احتمال حضورش در برخی ناحیهها بیشتر است.آیا میدانید: اشاره تاریخی کتاب به نیلز بور و نقش مدل او در توضیح طیف هیدروژن؛ این بخش را فقط برای زمینه تاریخی مرور کن.
صفحه چاپی ۲۵
انرژی الکترونها کوانتیده است
PDF: صفحه ۳۵کتاب: ۲۵شکل ۱۹
جذب انرژی
اگر اتم انرژی مناسب دریافت کند، الکترون میتواند از لایه کمانرژیتر به لایه پرانرژیتر برود. هرچه مقصد بالاتر باشد، انرژی موردنیاز بیشتر است.گسیل انرژی
وقتی الکترون از تراز پرانرژیتر به تراز کمانرژیتر برگردد، اختلاف انرژی دو تراز به صورت نور با انرژی/طول موج مشخص آزاد میشود.حالت پایینتر＋ انرژی معین →حالت بالاتر→ گسیل انرژی معینحالت پایینتر
نکته آزمونی
اگر انرژی تابیدهشده کمتر از اختلاف دو تراز باشد، همان گذار موردنظر رخ نمیدهد. در مدل کتاب، انتقال انرژی «بستهای/کوانتومی» است، نه هر مقدار دلخواه.صفحه چاپی ۲۶
حالت پایه، حالت برانگیخته و بازگشت الکترون
PDF: صفحه ۳۶کتاب: ۲۶شکلهای ۲۰ و ۲۱
حالت پایه
کمانرژیترین آرایش ممکنِ الکترونها و حالت پایدارتر اتم.برانگیختگی
با جذب انرژی مناسب، الکترون به تراز بالاتر میرود و انرژی اتم افزایش مییابد.بازگشت
اتم برانگیخته پایدار نیست؛ الکترون با از دست دادن انرژی به تراز پایینتر بازمیگردد.تصویر ذهنی درست
فاصله از هسته را با انرژی مرتبط کن، اما یادت باشد ترتیب دقیق انرژی زیرلایهها در ادامه فقط با «شماره لایه» تعیین نمیشود؛ این موضوع در قاعده آفبا روشن میشود.صفحه چاپی ۲۷
طیف نشری؛ امضای نوری هر عنصر
PDF: صفحه ۳۷کتاب: ۲۷شکل ۲۲
چرا طیف هر عنصر منحصر به فرد است؟
انرژی لایههای الکترونی به هسته و عدد اتمی وابسته است؛ پس فاصله انرژی ترازها در اتم عنصرهای مختلف یکسان نیست و الگوی خطوط طیفی هر عنصر ویژه همان عنصر است.دام جهت گذار
گسیل نور: گذار از تراز بالاتر به پایینتر. جذب انرژی: گذار از تراز پایینتر به بالاتر. جهت این دو را در تستها جابهجا نکن.صفحه چاپی ۲۸
از لایه به زیرلایه؛ ظرفیتهای ۲ و ۸ از کجا میآیند؟
PDF: صفحه ۳۸کتاب: ۲۸آغاز «با هم بیندیشیم»
n=1 → 1s → 2e⁻n=2 → 2s + 2p → 2+6=8e⁻
پل مفهومی صفحه ۲۸
تعداد عنصرهای هر بخش رنگی جدول دورهای با ظرفیت یک نوع زیرلایه ارتباط دارد. همین مشاهده، زمینه فعالیت صفحه بعد و معرفی زیرلایههای s,p,d,f است.پرسشهای مفهومی متن صفحه ۲۸
صورت پرسشها: آیا میان شمار عنصرهای هر دوره و گنجایش لایههای الکترونی رابطهای وجود دارد؟ چرا لایه دوم حداکثر با ۸ الکترون پر میشود؟ آیا میتوان بین چیدمان ۸ عنصر دوره دوم و شیوه پرشدن لایه دوم ارتباطی یافت؟ آیا لایه دوم یکپارچه است یا از چند بخش تشکیل شده است؟
پاسخ تشریحی
دوره اول ۲ عنصر دارد و در اتمهای آن لایه n=1 در حال پرشدن است؛ این لایه حداکثر ۲ الکترون میپذیرد. در دوره دوم، لایه n=2 در حال پرشدن است و در پایان دوره مجموعاً ۸ الکترون دارد. فعالیت صفحه بعد نشان میدهد این لایه یکپارچه نیست و از دو زیرلایه 2s و 2p با ظرفیتهای ۲ و ۶ تشکیل شده است؛ بنابراین 2+6=8.صفحه چاپی ۲۹
زیرلایهها و عدد کوانتومی فرعی l
PDF: صفحه ۳۹کتاب: ۲۹ادامه «با هم بیندیشیم»
| زیرلایه | عدد کوانتومی فرعی l | بیشینه الکترون |
|---|---|---|
| s | ۰ | ۲ |
| p | ۱ | ۶ |
| d | ۲ | ۱۰ |
| f | ۳ | ۱۴ |
l = 0,1,2,...,n−1s↔0p↔1d↔2f↔3
با هم بیندیشیم صفحات ۲۸ و ۲۹ — پاسخ کامل
۱) با توجه به جدول دورهای رنگی کتاب: الف) تعداد عنصرهای دستههای نارنجی، سبز، آبی و زرد را مشخص کنید. ب) نتیجه بگیرید لایه دوم چند زیرلایه دارد و ظرفیت هرکدام چقدر است. پ) چهار نوع زیرلایه و ظرفیت آنها را بیان کنید.
۲) برای دنباله ظرفیتها 2,6,10,14,... رابطهای برحسب l بنویسید و مقدار l را برای زیرلایههای s,p,d,f مشخص کنید.
۳) جدول زیرلایهها را کامل کنید و ظرفیت نوع پنجمِ فرضی را پیشبینی کنید.
پاسخ تشریحی
۱-الف) در رنگهای نارنجی، سبز، آبی و زرد بهترتیب ۲، ۱۰، ۶ و ۱۴ عنصر در هر ردیفِ مربوط دیده میشود؛ این چهار دسته بهترتیب با بخشهای s,d,p,f متناظرند. ۱-ب) لایه دوم دو زیرلایه دارد: 2s با ظرفیت ۲ و 2p با ظرفیت ۶. ۱-پ) چهار نوع زیرلایه معرفیشده در کتاب: s(2), p(6), d(10), f(14).۲) اگر برای s,p,d,f بهترتیب l=0,1,2,3 بگذاریم، ظرفیتها از رابطه 4l+2 به دست میآیند.۳) زیرلایه فرضی بعدی l=4 خواهد داشت و از الگوی فعالیت، ظرفیت آن 4(4)+2=18 الکترون پیشبینی میشود.نکته آزمونی
نماد زیرلایه دو اطلاعات را همزمان میدهد؛ مثلاً در 3d داریم n=3 و چون d است، l=2.صفحه چاپی ۳۰
آرایش الکترونی اتم و آغاز قاعده آفبا
PDF: صفحه ۴۰کتاب: ۳۰
| لایه | زیرلایههای موجود | ظرفیت هر زیرلایه |
|---|---|---|
| n=1 | 1s | ۲ |
| n=2 | 2s, 2p | ۲ و ۶ |
| n=3 | 3s, 3p, 3d | ۲، ۶ و ۱۰ |
| n=4 | 4s, 4p, 4d, 4f | ۲، ۶، ۱۰ و ۱۴ |
قاعده آفبا
الکترونها ابتدا زیرلایههای کمانرژیتر را پر میکنند و سپس به زیرلایههای پرانرژیتر میروند. برای نوشتن آرایش الکترونی باید ترتیب انرژی را رعایت کرد، نه فقط ترتیب عدد n.دام خیلی پرتکرار
بعد از 3p، زیرلایه 4s پر میشود و سپس 3d. پس «عدد لایه کوچکتر» همیشه به معنی «انرژی کمتر» نیست.یادداشت واژه: کتاب اشاره میکند «Aufbau» واژهای آلمانی به معنای ساختن یا افزایش گامبهگام است.
صفحه چاپی ۳۱
قاعده n+l و ترتیب پرشدن زیرلایهها
PDF: صفحه ۴۱کتاب: ۳۱شکل ۲۳
شکل ۲۳ قاعده آفبا را با آرایش زیرلایهها بر حسب n و l نشان میدهد. در بیان کتاب، انرژی زیرلایهها به n+l وابسته است؛ زیرلایه با مقدار کمتر، انرژی کمتر دارد و زودتر پر میشود. اگر n+l دو زیرلایه برابر باشد، زیرلایهای که n کوچکتری دارد، کمانرژیتر است.
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p
مثال مقایسه انرژی
برای 3p: n+l=3+1=4. برای 4s: n+l=4+0=4. چون مساویاند، زیرلایه با n کوچکتر یعنی 3p کمانرژیتر است و زودتر پر میشود.
نمونههای خود کتاب
| اتم | آرایش الکترونی |
|---|---|
| Be، Z=4 | 1s² 2s² |
| Na، Z=11 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ |
| P، Z=15 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³ |
| Ca، Z=20 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² |
| Ti، Z=22 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d² 4s² |
کنترل سریع آرایش
جمع توانهای زیرلایهها باید با عدد اتمی اتم خنثی برابر شود. مثلاً برای Ti: 2+2+6+2+6+2+2=22.صفحه چاپی ۳۲
تمرین آرایش الکترونی، استثناهای Cr و Cu و آرایش فشرده
PDF: صفحه ۴۲کتاب: ۳۲خود را بیازمایید
خود را بیازمایید ۱ — آرایش الکترونی پنج اتم
صورت سؤال: آرایش الکترونی اتمهای O (Z=8)، Ar (Z=18)، Ca (Z=20)، As (Z=33) و Se (Z=34) را بنویسید.
پاسخ تشریحی
O: 1s² 2s² 2p⁴Ar: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶Ca: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²As: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p³Se: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁴برای کنترل، مجموع توانها را با Z مقایسه کن.خود را بیازمایید ۲ — استثنای کروم و مس
صورت سؤال: دادههای طیفسنجی نشان میدهد آرایش واقعی Cr و Cu از پیشبینی ساده آفبا اندکی متفاوت است و در بیرونیترین زیرلایه هر دو، یک الکترون وجود دارد. آرایش آنها را بنویسید.
پاسخ تشریحی
Cr (Z=24): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ 4s¹ = [Ar] 3d⁵ 4s¹Cu (Z=29): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹ = [Ar] 3d¹⁰ 4s¹بنابراین آرایش واقعی این دو اتم را نباید فقط با اجرای مکانیکی الگوی ساده پرشدن نوشت؛ کتاب صریحاً داده طیفسنجی را مبنای تشخیص این استثناها قرار میدهد.دام کنکور
Cr ≠ [Ar]3d⁴4s² و Cu ≠ [Ar]3d⁹4s².آرایش الکترونی فشرده
بخش درونی آرایش را که با یک گاز نجیب کامل یکسان است، با نماد همان گاز نجیب داخل کروشه جایگزین میکنیم. نمونه کتاب برای سدیم:Na: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ = [Ne] 3s¹
این نمایش، لایه بیرونی و الکترونهای ظرفیت را سریعتر آشکار میکند.صفحه چاپی ۳۳
لایه ظرفیت، الکترون ظرفیت و پیوند با جدول دورهای
PDF: صفحه ۴۳کتاب: ۳۳شکل ۲۴خود را بیازمایید
نکته ویژه دسته d در دوره چهارم
طبق حاشیه همین صفحه، برای عنصرهای دسته d در دوره چهارم، در شمارش الکترونهای ظرفیت، الکترونهای زیرلایههای 4s و 3d هر دو منظور میشوند.خود را بیازمایید ۱-الف و ۱-ب — جدول کامل
صورت سؤال: برای Li، O، Ne، Si، Ca، Co و Br شماره گروه و دوره را از جدول دورهای بیابید؛ سپس آرایش فشرده، شماره بیرونیترین لایه و شمار الکترونهای ظرفیت را کامل کنید.
پاسخ تشریحی
| عنصر | گروه | دوره | آرایش فشرده | بیرونیترین n | الکترون ظرفیت |
|---|---|---|---|---|---|
| Li | ۱ | ۲ | [He]2s¹ | ۲ | ۱ |
| O | ۱۶ | ۲ | [He]2s²2p⁴ | ۲ | ۶ |
| Ne | ۱۸ | ۲ | [He]2s²2p⁶ | ۲ | ۸ |
| Si | ۱۴ | ۳ | [Ne]3s²3p² | ۳ | ۴ |
| Ca | ۲ | ۴ | [Ar]4s² | ۴ | ۲ |
| Co | ۹ | ۴ | [Ar]3d⁷4s² | ۴ | ۹ |
| Br | ۱۷ | ۴ | [Ar]3d¹⁰4s²4p⁵ | ۴ | ۷ |
صفحه چاپی ۳۴ ـ فقط تا پیش از تیتر بعدی
از آرایش الکترونی به دوره، گروه و دسته
PDF: صفحه ۴۴کتاب: ۳۴پایان محدوده
ادامه خود را بیازمایید ۱-پ — رابطه آرایش با دوره و گروه
صورت سؤال: شماره بیرونیترین لایه را با شماره دوره مقایسه کنید. در نمونههای جدول، شماره گروه کدام عنصرها با شمار الکترونهای ظرفیت برابر است؟ برای عنصرهای دسته d چگونه میتوان از آرایش الکترونی به دوره و گروه رسید؟
پاسخ تشریحی
دوره: شماره دوره با بزرگترین عدد n موجود در آرایش (بیرونیترین لایه اشغالشده) برابر است.مقایسه گروه و الکترون ظرفیت در همین جدول: برای Li، Ca و Co شماره گروه با شمار الکترونهای ظرفیت برابر است؛ برای O، Ne، Si و Br برابر نیست. در عنصرهای دسته p این جدول، شماره گروه برابر شمار الکترونهای ظرفیت + ۱۰ است.دسته d دوره چهارم: شماره دوره از بزرگترین n به دست میآید و کتاب الکترونهای 4s و 3d را در شمار ظرفیت منظور میکند؛ برای Co، 2+7=9 و گروه ۹ به دست میآید.خود را بیازمایید ۲ — تعیین موقعیت چهار عنصر
صورت سؤال: شماره دوره و گروه C، Al، Fe و Zn را تعیین کنید.
پاسخ
C، Z=6: دوره ۲، گروه ۱۴. Al، Z=13: دوره ۳، گروه ۱۳. Fe، Z=26: دوره ۴، گروه ۸. Zn، Z=30: دوره ۴، گروه ۱۲.خود را بیازمایید ۳ — مبنای دستهبندی s، p، d و f
صورت سؤال: عنصرهای جدول دورهای بر چه اساسی به دستههای s,p,d,f تقسیم میشوند؟
پاسخ تشریحی
مبنای دستهبندی، نوع زیرلایهای است که در روند پرشدن آرایش الکترونی، الکترون متمایزکننده وارد آن میشود. اگر زیرلایه در حال پرشدن s باشد، عنصر در دسته s قرار میگیرد و به همین ترتیب برای p، d و f.مرز این جلسه
پس از این تمرینها، کتاب وارد تیتر «ساختار اتم و رفتار آن» میشود. آن بخش عمداً در این بسته نیامده است تا محدوده «ساختار اتم و آرایش الکترونی» دقیق بماند.جمعبندی کنکوری در یک نگاه
تراز و طیف
- انرژی الکترونها کوانتیده است.
- جذب: پایین → بالا؛ گسیل: بالا → پایین.
- طیف نشری هر عنصر منحصر به فرد است.
اعداد کوانتومی این درس
- n=1,2,... شماره لایه.
- l=0...n−1 نوع زیرلایه.
- s,p,d,f ↔ 0,1,2,3.
ظرفیت و آفبا
- s² p⁶ d¹⁰ f¹⁴.
- ترتیب تا Z=36: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p.
- قاعده n+l و در تساوی، n کوچکتر مقدم است.
آرایش و جدول
- Cr و Cu استثناهای مهم همین محدودهاند.
- بزرگترین n → دوره.
- نوع زیرلایه در حال پرشدن → دسته.
- در d دوره چهارم، 4s و 3d در شمار الکترونهای ظرفیت کتاب لحاظ میشوند.
چکلیست تسلط
مبنای محتوای کتابی این جلسه: شیمی (۱) پایه دهم، فصل اول «کیهان زادگاه عنصرها»، از تیتر «ساختار اتم» در صفحه چاپی ۲۴ تا پایان تمرینهای آرایش الکترونی در صفحه چاپی ۳۴، درست پیش از تیتر «ساختار اتم و رفتار آن». شکلهای درجشده مستقیماً از همین صفحات منبع استخراج شدهاند. توضیحات معلم، دامهای تستی و جمعبندیها برای آموزش افزوده شدهاند و از متن کتاب تفکیک شدهاند.
برای ثبت میزان مطالعه، ابتدا وارد حساب کاربری شوید.