دليلك الكامل لحساب إلكترونات التكافؤ بأكثر من طريقة

عندما تقرأ نصًا علميًا، أو تتناول درسًا في العلوم يتعلق بالترابط أو التكافؤ ، فقد تصادف مصطلح إلكترونات التكافؤ. فما المقصود بها؟

هذا ما سنعرفه في هذا المقال بالتفصيل. سنتناول شرح إلكترونات التكافؤ وكيف يتم حساب الكترونات التكافؤ بأكثر من طريقة والتطبيق في مجموعة من الأمثلة لمزيد من الفهم.

ما هي إلكترونات التكافؤ؟

لفهم كيفية العثور على الكترونات التكافؤ جيدًا ، يجب أن نعرف أولا التعريفات التالية:

التكافؤ: هو عدد الإلكترونات التي يجب أن تكتسبها الذرة أو تفقدها للوصول إلى أقرب تكوين إلكترون غاز خامل (غاز نبيل).

إلكترونات التكافؤ: هي الإلكترونات الخارجية في الذرة (الموجودة في الغلاف الخارجي للذرة) وتصف مدى استقرار الذرة. بالإضافة الى ذلك، تمثل إلكترونات التكافؤ عدد الإلكترونات الموجودة في أقصى مستوى طاقة خارجي للذرة. كما أنها تساعد في عملية تكوين الروابط الكيميائية وتفاعلات الذرة.

 يمكننا ببساطة تعريفها على أنها الإلكترونات (أو الجسيمات سالبة الشحنة) الموجودة في الأغلفة الخارجية للذرة ولا يتم ملؤها بالكامل.

يسمى عدد الإلكترونات الموجودة في الغلاف الخارجي (غلاف التكافؤ) للذرة بإلكترونات التكافؤ.

 إلكترون التكافؤ هي إلكترون مداري موجود في الغلاف الخارجي للذرة. الذرات المختلفة لها أعداد مختلفة من الكترونات التكافؤ. عادة ما تكون الأغلفة الداخلية للذرة ممتلئة وعادة ما يوجد إلكترون تكافؤ واحد أو أكثر في الغلاف الخارجي للذرة.

عادة ما يرمز إلى عدد الكترونات التكافؤ في الذرة بالحرف n.

يحدد عدد الكترونات التكافؤ في أي ذرة نوع الترابط بين الذرة والذرات الأخرى، وما إذا كانت فلزية أو لافلزية، وأيضا خواصها الكيميائية.

يمكن أن تكون أغلفة التكافؤ للذرة مشغولة أو غير مشغولة. إذا كان الغلاف غير مشغول أو مكتمل ، فإنها تسمى في هذه الحالة قذيفة التكافؤ. يحدد عدد الإلكترونات في غلاف التكافؤ العنصر الذي تمثله الذرة.

كيف يتم حساب الكترونات التكافؤ؟

يمكننا إيجاد إلكترونات التكافؤ بأكثر من طريقة مثل: 

1. استخدام الجدول الدوري للعناصر(ايجاد إلكترونات التكافؤ في الجدول الدوري)

2. التوزيع الالكتروني

 

1. استخدام الجدول الدوري (ايجاد إلكترونات التكافؤ في الجدول الدوري)

نظرا لأن الجدول الدوري يوضح الكثير من المعلومات المهمة حول العناصر ، يستخدمه العلماء لتحديد عدد إلكترونات التكافؤ عن طريق التحقق من مكان العناصر في الجدول اعتمادا على الحقائق “جميع العناصر في عمود رأسي واحد لها نفس عدد إلكترونات التكافؤ” و “رقم المجموعة الرئيسية للذرة يساوي عدد إلكترونات التكافؤ لهذه الذرات ولكن نتجاهل الفلزات الانتقالية وهي العناصر الموجودة في كتلة مستطيلة الشكل تتكون من المجموعات من 3 إلى 12.   “

إذن، بمجرد التحقق من عدد المجموعة التي تحتوي على العنصر المطلوب، يمكننا معرفة عدد التكافؤ للعنصر الموجود في هذا العمود المحدد.

على سبيل المثال، يمكننا إيجاد إلكترونات تكافؤ الصوديوم (Na) الذي عدده الذري 11. ويقع في المجموعة 1. نتيجة لذلك ، تحتوي ذرة واحدة من الصوديوم على إلكترون تكافؤ واحد.

ملاحظة: لا يمكن استخدام هذه الطريقة مع العناصر الانتقالية الموجودة في المجموعات من رقم 3 الى رقم 12. التركيب الذري لهذه العناصر مختلف  ويحتاج إلى طريقة مختلفة لحساب عدد إلكترونات التكافؤ.

 يوضح الجدول الآتي المجموعات التي يمكننا إيجاد عدد إلكترونات التكافؤ فيها باستخدام طريقة الجدول الدوري وعدد  التكافؤ للعناصر الموجودة في كل مجموعة:

مجموعة الجدول الدوري	إلكترونات التكافؤ
المجموعة 1 (I) – الفلزات القلوية	1
المجموعة 2 (II) – معادن الأرض القلوية	2
المجموعة 13 (III) – مجموعة البورون	3
المجموعة 14 (IV) – مجموعة الكربون	4
المجموعة 15 (V) – مجموعة النيتروجين	5
المجموعة 16 (VI) – مجموعة الأكسجين	6
المجموعة 17 (VII) – الهالوجينات	7
المجموعة 18 (VIII أو 0) – الغازات النبيلة (باستثناء الهيليوم ، الذي يحتوي على إلكترونين تكافؤ)	8

لنأخذ بعض الأمثلة لتطبيق طريقة ايجاد إلكترونات التكافؤ في الجدول الدوري

عدد إلكترونات التكافؤ في النيتروجين

إذا تحققنا من النيتروجين (N) في الجدول الدوري ، فستجده في المجموعة 15 (Vl) وبتطبيق حقيقة “رقم المجموعة الرئيسية للذرة يساوي عدد إلكترونات التكافؤ لهذه الذرات”.

إذن، ما عدد إلكترونات التكافؤ الموجودة في النيتروجين؟

عدد إلكترونات تكافؤ النيتروجين هو 5

كم عدد إلكترونات التكافؤ في الكبريت؟

إذا تحققنا من الكبريت (اS) في الجدول الدوري ، فستجده في المجموعة 16 (V) وبتطبيق حقيقة “رقم المجموعة الرئيسية للذرة يساوي عدد إلكترونات التكافؤ لهذه الذرات”.

إذن، عدد إلكترونات تكافؤ الكبريت هو 6

كم عدد إلكترونات التكافؤ في الكلور؟

إذا تحققنا من الكلور (Cl) في الجدول الدوري ، فستجده في المجموعة 17 (السابعة) وبتطبيق حقيقة “رقم المجموعة الرئيسية للذرة يساوي عدد التكافؤ لهذه الذرات”.

يكون عدد إلكترونات تكافؤ الكلور هو 7

كم عدد إلكترونات التكافؤ في ذرة الفسفور؟

إذا تحققنا من الفوسفور (P) في الجدول الدوري ، فستجده في المجموعة 15 (Vl) وبتطبيق حقيقة “رقم المجموعة الرئيسية للذرة يساوي عدد التكافؤ لهذه الذرات”.

إذن، كم عدد إلكترونات التكافؤ في ذرة الفوسفور؟

عدد إلكترونات تكافؤ الفوسفور هو 5

كم عدد إلكترونات التكافؤ في الفلور؟

إذا تحققنا من الفلور (F) في الجدول الدوري ، فستجده في المجموعة 17 (السابعة) وبتطبيق حقيقة “رقم المجموعة الرئيسية للذرة يساوي عدد إلكترونات التكافؤ لهذه الذرات”.

إذن، عدد إلكترونات تكافؤ الفلور هو 7

كم عدد إلكترونات التكافؤ في السيليكون؟

إذا تحققنا من السيليكون (Si) في الجدول الدوري ، فستجده في المجموعة 14 (IV) (الرابعة)وبتطبيق حقيقة “رقم المجموعة الرئيسية للذرة يساوي عدد إلكترونات التكافؤ لهذه الذرات”.

إذن، عدد إلكترونات تكافؤ السيليكون هو 4

جرب براكسيلابس المعمل الافتراضي في الكيمياء مجانًا الآن مع توفر أكثر من 45 تجربة مختلفة وفريدة من نوعها.

2. التوزيع الإلكتروني

طريقة أخرى لحساب إلكترونات التكافؤ هي “التوزيع الإلكتروني” والذي يقصد به توزيع إلكترونات جزيء أو ذرة في المدارات (الذرية أو الجزيئية).

لمزيد من الفهم ، لنأخذ مثالا يوضح طريقة ايجاد الكترونات التكافؤ باستخدام التوزيع الإلكتروني:

كم عدد إلكترونات التكافؤ في الصوديوم

التوزيع الإلكتروني للصوديوم هو 1s22s22p63s1 ، مما يعني أن الصوديوم لديه:

•  2 إلكترون في الأوربيتال “1s”
•   2 إلكترون في الأوربيتال “2s”
•  6 إلكترونات في الأوربيتال “2p”
•   1 إلكترون في الأوربيتال “3s”

 إذن، إجمالي عدد إلكترونات الصوديوم هو 11.

لمزيد من الفهم ، يشرح الفيديو التالي خطوات التوزيع الإلكتروني بالتفصيل

 

الآن ، من التوزيع الإلكتروني ، يمكنك إيجاد عدد إلكترونات التكافؤ عن طريق إيجاد عدد الإلكترونات في الغلاف الخارجي والذي يساوي عدد إلكترونات التكافؤ.

بالعودة إلى مثالنا “الصوديوم Na” ، فإن عدد الإلكترونات في الغلاف الخارجي “3s” هو واحد. إذن، عدد إلكترونات تكافؤ الصوديوم يساوي 1

ملاحظة: إذا كان الغلاف الخارجي مليئا بالإلكترونات ، في هذه الحالة يسمى العنصر خاملا ولن يتفاعل بسهولة مع العناصر الأخرى.

 لنأخذ بعض الأمثلة لتطبيق طريقة التوزيع الإلكتروني لإيجاد التكافؤ أكثر:

كم عدد إلكترونات التكافؤ في البورون

التوزيع الإلكتروني للبورون هو 1s22s22p1 ، مما يعني أن البورون لديه:

•  2 إلكترون في الأوربيتال “1s” 
•  2 إلكترون في الأوربيتال “2s”
• 1 إلكترون في الأوربيتال “2p”

لذا فإن إجمالي عدد إلكترونات البورون هو 5 وله غلافان: أحدهما يحتوي على إلكترونين من الاوربيتال “1s” والآخر يحتوي على 3 إلكترونات من الأوربيتالات “2s”  “2p”

من خلال تطبيق القاعدة “عدد الإلكترونات في الغلاف الخارجي يساوي عدد إلكترونات التكافؤ” ، فإن عدد الإلكترونات في الغلاف الخارجي “2s”  “2p”,

 هو 3. إذن، عدد إلكترونات تكافؤ البورون هو 3.

كم عدد الكترونات التكافؤ في الكربون

التوزيع الإلكتروني للكربون هو 1s22s22p2، مما يعني أن الكربون لديه:

• 2 إلكترون في الأوربيتال “1s”
• 2 إلكترون في الأوربيتال “2s”
• 2 إلكترون في الأوربيتال “2p”

وبالتالي يكون إجمالي عدد إلكترونات الكربون هو 6 وله غلافان: أحدهما يحتوي على إلكترونين في الغلاف K أو الغلاف الداخلي في الأوربيتال 1s  والآخر به 4 إلكترونات في الغلاف L أو الغلاف الخارجي في الأوربيتالات “2s”  “2p”,.

ا`ن، كم عدد إلكترونات التكافؤ في الكربون؟

من خلال تطبيق القاعدة “عدد الإلكترونات في الغلاف الخارجي يساوي عدد إلكترونات تكافؤ ، فإن عدد الإلكترونات في الغلاف الخارجي  (  الأوربيتالات “2s” “2p”,) هو 4. إذن، عدد إلكترونات التكافؤ في الكربون هو 4.

كم عدد إلكترونات تكافؤ في الكالسيوم

التوزيع الإلكتروني للكالسيوم هو  1s22s22p63s23p64s2  مما يعني أن الكالسيوم لديه:

• 2 إلكترون في الأوربيتال “1s”
• 2 إلكترون في الأوربيتال “2s”
• 6 إلكترونات في الأوربيتال “2p”
• 2 إلكترون في الأوربيتال “3s”
• 6 إلكترونات في الأوربيتال”3p”
• 2 إلكترون في الأوربيتال “4s”

إذن، إجمالي عدد إلكترونات الكالسيوم هو 20، وله ٤ أغلفة. لديه 2 إلكترون في الغلاف الخارجي في الأوربيتال “4s”.

إذن، كم عدد إلكترونات التكافؤ في البوتاسيوم؟

من خلال تطبيق القاعدة “عدد الإلكترونات في الغلاف الخارجي يساوي عدد إلكترونات التكافؤ” ، فإن عدد الإلكترونات في الغلاف الخارجي “الأوربيتال s4” هو 2. إذن، عدد إلكترونات تكافؤ البوتاسيوم يساوي 2.

كم عدد إلكترونات التكافؤ في الهيدروجين

التوزيع الإلكتروني للهيدروجين هو1s1، مما يعني أن الهيدروجين لديه:

2 إلكترون في الأوربيتال “1s”

 إذن، إجمالي عدد إلكترونات الهيدروجين هو 1، وله غلاف واحد وهو الغلاف الخارجي في المدار 1 s

من خلال تطبيق القاعدة “عدد الإلكترونات في الغلاف الخارجي يساوي عدد إلكترونات التكافؤ” ، فإن عدد الإلكترونات في الغلاف الخارجي (الأوربيتال “1s”) هو 1. إذن، عدد إلكترونات تكافؤ الهيدروجين يساوي واحدًا.

كم عدد إلكترونات التكافؤ في الأكسجين

التوزيع الإلكتروني للأكسجين 1s22s22p4، مما يعني أن الأكسجين لديه:

• 2 إلكترون في الأوربيتال “1s”
• 2 إلكترون في الأوربيتال “2s”
•  4 إلكترونات في الأوربيتال “2p”

إذن إجمالي عدد إلكترونات الأكسجين هو 8 وله غلافان: أحدهما يحتوي على إلكترونين في الغلاف K أو الغلاف الداخلي في الأوربيتال “1s”

والآخر به 6 إلكترونات في الغلاف L أو الغلاف الخارجي في الأوربيتالات “2s” “2p”

من خلال تطبيق الدور “عدد الإلكترونات في الغلاف الخارجي يساوي عدد إلكترونات التكافؤ” ، فإن عدد الإلكترونات في الغلاف الخارجي الأوربيتالات “2s” “2p”هو 6. إذن، عدد إلكترونات التكافؤ في الأكسجين هو 6.

تعلم كيفية حساب عدد إلكترونات التكافؤ للجزيء

يمكن حساب عدد إلكترونات التكافؤ للجزيء عن طريق إضافة أو جمع إلكترونات التكافؤ لجميع الذرات التي تكون الجزيء.

لمزيد من الفهم ، لنأخذ بعض الأمثلة:

حمض الكبريتيك H2SO4

 يتكون الجزيء الواحد لحمض الكبريتيك من:

•  2 ذرات هيدروجين (1 إلكترون تكافؤ لكل ذرة هيدروجين)
•  1 ذرة كبريت (6 إلكترونات تكافؤ لكل ذرة كبريت)
•  4 ذرات أكسجين (6 إلكترونات تكافؤ لكل ذرة أكسجين)

 إذن العدد الإجمالي لإلكترونات تكافؤ لجزيء حمض الكبريتيك الواحد هو (2 * 1 + 1 * 6 + 4 * 6) = 32 إلكترون تكافؤ.

كلوريد الصوديوم NaCl

يتكون جزيء واحد من كلوريد الصوديوم من:

• 1 ذرة صوديوم (1 إلكترون تكافؤ لكل ذرة صوديوم)
•  1 ذرة كلور (7 إلكترونات تكافؤ لكل ذرة كلور)

 لذا فإن العدد الإجمالي لإلكترونات تكافؤ جزيء كلوريد الصوديوم الواحد هو (1 + 7) = 8 إلكترونات تكافؤ.

 شرح نظرية تنافر أزواج إلكترونات التكافؤ

يوضح الفيديو التالي شرح نظرية تنافر أزواج إلكترونات التكافؤ

 

توفر معامل براكسيلابس محاكاة تجارب افتراضية في الكيمياء والفيزياء والبيولوجيا يمكنك الوصول إليها في أي وقت وفي أي مكان