حل تمرین دوره ای فصل اول شیمی دهم - سوال 3 تا 6

پاسخ و توضیح تمرین 3 تمرین دوره ای فصل اول شیمی دهم این تمرین به شما کمک می‌کند تا مفهوم **جرم اتمی میانگین** و **ایزوتوپ‌ها** را درک کنید. ایزوتوپ‌ها دوقلوهای اتمی یک عنصر هستند که تنها در جرم با هم تفاوت دارند. --- ## آ) محاسبه‌ی جرم اتمی میانگین منیزیم ($athbf{Mg}$) جرم اتمی میانگین، **میانگین وزنی** جرم ایزوتوپ‌های طبیعی یک عنصر است که بر اساس **درصد فراوانی** آن‌ها محاسبه می‌شود. **داده‌ها از شکل:** * $\mathbf{^{24}Mg}$: جرم $24 \text{ amu}$، فراوانی $athbf{78.70 \%}$ * $\mathbf{^{25}Mg}$: جرم $25 \text{ amu}$، فراوانی $athbf{10.13 \%}$ * $\mathbf{^{26}Mg}$: جرم $26 \text{ amu}$، فراوانی $\mathbf{11.17 \%}$ $$\text{جرم اتمی میانگین} = \left( \frac{78.70}{100} \times 24 \right) + \left( \frac{10.13}{100} \times 25 \right) + \left( \frac{11.17}{100} \times 26 \right)$$ $$\text{جرم اتمی میانگین} = (0.7870 \times 24) + (0.1013 \times 25) + (0.1117 \times 26)$$ $$\text{جرم اتمی میانگین} = 18.888 + 2.5325 + 2.9042 \approx \mathbf{24.3247 \text{ amu}}$$ **نتیجه:** جرم اتمی میانگین منیزیم تقریباً $\mathbf{24.32 \text{ amu}}$ است، که به جرم ایزوتوپ فراوان‌تر $\mathbf{^{24}Mg}$ نزدیک‌تر است. --- ## ب) مفهوم هم مکانی **هم‌مکانی (Isotopy)** به پدیده‌ی وجود **ایزوتوپ‌ها** اشاره دارد. * **تعریف:** اتم‌هایی از یک عنصر که $\mathbf{\text{تعداد پروتون‌های یکسان}}$ دارند (بنابراین در $\mathbf{\text{یک خانه‌ی جدول تناوبی}}$ جای می‌گیرند)، اما $\mathbf{\text{تعداد نوترون‌های متفاوتی}}$ دارند. این تفاوت در تعداد نوترون‌ها منجر به **تفاوت در عدد جرمی** و در نتیجه جرم اتمی آن‌ها می‌شود. * **دلیل نام‌گذاری:** چون همه‌ی ایزوتوپ‌ها از نظر شیمیایی یکسان هستند (تعداد الکترون‌های ظرفیت یکسان دارند) و خواص شیمیایی آن‌ها مشابه است، همگی در **یک جایگاه (مکانی) جدول تناوبی** قرار می‌گیرند. این «یک مکان بودن» (Iso-topos) اساس نام‌گذاری «هم‌مکانی» است. * **مثال:** ایزوتوپ‌های آهن ($athbf{^{54}Fe}, \mathbf{^{56}Fe}, \mathbf{^{57}Fe}$) همگی $\mathbf{26}$ پروتون دارند و در خانه‌ی شماره $\mathbf{26}$ جدول جای می‌گیرند. 🔬

پاسخ و توضیح تمرین 4 تمرین دوره ای فصل اول شیمی دهم این آزمایش عجیب و جذاب (که یک آزمایش ایمنی نیست!)، مثالی از **ایجاد طیف نشری** در اتم‌های برانگیخته است. رنگ نور ایجاد شده، رازهای شیمیایی درون خیارشور را فاش می‌کند. ✨ --- ## علت ایجاد نور رنگی (طیف نشری) **پاسخ کوتاه:** نور زرد/نارنجی به دلیل **برانگیخته شدن الکترون‌های سدیم ($athbf{Na}$)** و سپس برگشت آن‌ها به حالت پایه است. **توضیح کامل (مکانیسم):** 1. **منبع یون‌های سدیم:** خیارشور به دلیل نگهداری در آب نمک، حاوی مقدار زیادی **نمک طعام ($athbf{NaCl}$)** است که در آن یون‌های $\mathbf{Na^+}$ و $\mathbf{Cl^-}$ وجود دارند. این یون‌ها در بافت خیارشور پراکنده شده‌اند. 2. **برانگیختگی الکترونی:** هنگامی که جریان الکتریکی قوی ($athbf{110 \text{ ولت}}$) از خیارشور عبور می‌کند، این یون‌ها در میدان الکتریکی به شدت شتاب می‌گیرند. انرژی الکتریکی حاصل از جریان برق باعث می‌شود **الکترون‌های اتم سدیم** ($athbf{Na}$) در یون‌های $\mathbf{Na^+}$، انرژی جذب کرده و به لایه‌های بالاتر (به حالت $\mathbf{\text{برانگیخته}}$) منتقل شوند. 3. **گسیل نور (طیف نشری):** حالت برانگیخته بسیار **ناپایدار** است. الکترون‌ها برای بازگشت به لایه‌های پایدارتر (حالت $\mathbf{\text{پایه}}$)، انرژی اضافی جذب‌شده را به صورت **نور (فوتون)** آزاد می‌کنند. 4. **رنگ نور:** انرژی آزاد شده از اتم سدیم در یک طول موج خاص (حدود $\mathbf{589 \text{ nm}}$) قرار دارد که در محدوده‌ی نور **زرد-نارنجی** است. این نور **مشخصه‌ی اتم سدیم** است (همان‌طور که در چراغ‌های خیابانی قدیمی یا تست شعله دیده می‌شود). **نکته:** در این آزمایش، یون‌های $\mathbf{Na^+}$ به دلیل گرما و انرژی بالای جریان برق، در حالت گازی قرار گرفته و سپس طیف نشری خود را گسیل می‌کنند. 💡

پاسخ و توضیح تمرین 5 تمرین دوره ای فصل اول شیمی دهم این تمرین به شما کمک می‌کند تا با استفاده از **آرایش الکترونی فشرده** و **قاعده‌ی هشتایی**، رفتار شیمیایی عناصر را پیش‌بینی کنید و فرمول ترکیب حاصل را بنویسید. ✍️ --- ## آ) پیش‌بینی نوع یون تمایل اتم‌ها برای تشکیل یون، به رسیدن به آرایش الکترونی پایدار گاز نجیب (معمولاً $\mathbf{8}$ الکترون در لایه‌ی ظرفیت) برمی‌گردد: ### 1. باریم ($athbf{_{56}Ba}$) * **آرایش الکترونی:** $\mathbf{[Xe] 6s^2}$ * **الکترون‌های ظرفیت:** $\mathbf{2}$ الکترون در زیرلایه‌ی $\mathbf{6s}$. * **تمایل:** باریم در گروه $\mathbf{2}$ قرار دارد و یک **فلز قلیایی خاکی** است. آسان‌تر است که این $2$ الکترون را از دست بدهد تا به آرایش پایدار گاز نجیب $\mathbf{زنون ([Xe])}$ برسد. * **یون تشکیل شده:** $\mathbf{Ba^{2+}}$ (کاتیون) ### 2. ید ($athbf{_{53}I}$) * **آرایش الکترونی:** $\mathbf{[Kr] 4d^{10} 5s^2 5p^5}$ * **الکترون‌های ظرفیت:** $\mathbf{2 + 5 = 7}$ الکترون در لایه‌ی $\mathbf{n=5}$ (زیرلایه‌های $\mathbf{5s}$ و $\mathbf{5p}$). * **تمایل:** ید در گروه $\mathbf{17}$ (هالوژن‌ها) قرار دارد. برای رسیدن به $\mathbf{8}$ الکترون در لایه‌ی ظرفیت، آسان‌تر است که $\mathbf{1}$ الکترون به دست آورد تا آرایش $\mathbf{5s^2 5p^6}$ (آرایش گاز نجیب زنون) را کسب کند. * **یون تشکیل شده:** $\mathbf{I^-}$ (آنیون) --- ## ب) فرمول شیمیایی ترکیب یونی ترکیب حاصل از واکنش $\mathbf{Ba^{2+}}$ و $\mathbf{I^-}$ باید از نظر بار الکتریکی خنثی باشد. برای خنثی شدن بار $\mathbf{+2}$ یون باریم، به $\mathbf{دو}$ یون یدید ($athbf{2 imes (-1) = -2}$) نیاز داریم. * **یون‌ها:** $\mathbf{Ba^{2+}}$ و $\mathbf{I^-}$ * **نسبت یون‌ها:** $athbf{1:2}$ * **فرمول شیمیایی:** $\mathbf{BaI_2}$ (باریم یدید) ($\mathbf{1 \times (+2) + 2 \times (-1) = 0}$)

پاسخ و توضیح تمرین 6 تمرین دوره ای فصل اول شیمی دهم این تمرین به شما رابطه‌ی میان **جرم یک اتم** و **جرم مولی** (جرم $\mathbf{N_A}$ اتم) را نشان می‌دهد. عدد آووگادرو، کلید تبدیل این دو مقیاس است. 🧮 --- ## محاسبه‌ی جرم مولی بور ($athbf{M(B)}$) **جرم مولی** ($athbf{M}$) یک عنصر، جرم $\mathbf{1 \text{ مول}}$ ($athbf{N_A}$ اتم) از آن عنصر است. برای محاسبه، جرم یک اتم را در **عدد آووگادرو** ($athbf{N_A}$) ضرب می‌کنیم: * $\text{جرم اتمی میانگین یک اتم بور} = \mathbf{1.794 \times 10^{-23} \text{ g}}$ * $\mathbf{\text{عدد آووگادرو}} (N_A) \approx \mathbf{6.022 \times 10^{23} \text{ mol}^{-1}}$ $$\mathbf{M(B)} = \text{جرم یک اتم } B \times N_A$$ $$\mathbf{M(B)} = (1.794 \times 10^{-23} \text{ g/atom}) \times (6.022 \times 10^{23} \text{ atom/mol})$$ $$\mathbf{M(B)} \approx (1.794 \times 6.022) \times (10^{-23} \times 10^{23}) \text{ g/mol}$$ $$\mathbf{M(B)} \approx 10.799 \text{ g/mol}$$ **نتیجه:** جرم مولی محاسبه شده برای بور تقریباً $\mathbf{10.80 \text{ g/mol}}$ است. --- ## مقایسه با جدول دوره‌ای * **جرم مولی محاسبه شده:** $\mathbf{10.80 \text{ g/mol}}$ * **مقدار در جدول تناوبی (وزن اتمی نسبی):** مقدار رسمی و مورد پذیرش در جدول تناوبی نیز $\mathbf{10.81 \text{ amu}}$ (یا $\mathbf{10.81 \text{ g/mol}}$) است. **نتیجه‌ی مقایسه:** جرم مولی محاسبه شده **بسیار نزدیک** به مقدار موجود در جدول تناوبی است. این تأیید می‌کند که وزن اتمی که در جدول می‌بینیم (بر حسب $\mathbf{amu}$)، در واقع $\mathbf{\text{جرم مولی}}$ عنصر (بر حسب $\mathbf{g/mol}$) است. 📏