Conceptual Physical Science Chemistry Chapter 12 ATOMS AND THE PERIODIC TABLE By Ms. Tahira Shafiq This lecture will help you understand: :هذه المحاضرة سوف تساعدك على فهم Atoms Are Ancient and Empty The Elements Protons and Neutrons The Periodic Table Periods and Groups Physical and Conceptual Models Identifying Atoms Using the Spectroscope The Quantum Hypothesis The Shell Model • • • • • • • • • •ذرات هل القديمة وفارغة •العناصر •البروتونات والنيوترونات •الجدول الدوري للعناصر •فترات والمجموعات •نماذج المادية والمفاهيمية •تحديد الذرات باستخدام المطياف •الكم الفرضية •شل نموذج 2 12.1- Atoms Are Ancient and Empty ذرات هل القديمة وفارغة atoms. All matter is composed of very small particles called وتتكون جميع المواد من جزيئات صغيرة جدا تسمى ذرات : الذرات هيARE :ATOMS 1- As old as the universe قديمة قدم الكون-1 2- Building block of all the materials بناء جميع المواد-2 كتلة 3- Atoms are as small as they can not be seen with visible light . ذرات صغيرة كما أنها ال يمكن أن ينظر إليه مع الضوء المرئي-3 4- Photographs are obtained by scanning probe microscope صور من المجهر التحقيقي-4 ويتم الحصول 3 12.1- Atoms Are Ancient and Empty What is inside of an atom? ما هو داخل الذرة؟ Inside an atom there is: :داخل الذرة هناك it is the heavier part of an atom that Atomic nucleus: Protons , Neutrons... contains النيوترونات, هو الجزء األثقل من ذرة يحتوي على البروتونات:نواة الذرة Electrons around the nucleus very small particles that are moving: .. جزيئات صغيرة جدا التي تتحرك حول النواة:اإللكترونات 4 Element : 12.2- The Elements A material made up of only one type of atoms. Examples : Pure gold : consists of only gold atoms Nitrogen gas : a flask of gaseous nitrogen consists of only nitrogen atoms The carbon of a Graphite pencil consists of only carbon atoms :العنصر .• والمواد تتكون من نوع واحد فقط من الذرات :• األمثلة على ذلك يتكون من ذرات الذهب فقط:• الذهب الخالص قارورة من النيتروجين الغازي يتكون من ذرات النيتروجين فقط:• غاز النيتروجين • الكربون من قلم رصاص الغرافيت يتكون من ذرات الكربون فقط 5 12.2- The Elements وعناصر-12.2 Periodic Table The Periodic Table A chart in which all the elements are listed is called .. رسم بياني فيه جميع العناصر المدرجة يسمى الجدول الدوري:الجدول الدوري Atomic Symbol An abbreviation for an element or atom, which comes from the letters of the element’s name .. والتي تأتي من حروف من اسم العنصر، اختصار لعنصر أو الذرة:رمز الذرية 6 12.2- The Elements element cobalt?What is the symbol of CO .a Ca .b Co .c Cl .d Note: Only the first letter of an atomic symbol is capitalized. The symbol for element cobalt is Co, but CO is a combination of two elements: Carbon C, and Oxygen O Co: Cobalt CO: Carbon monoxide 7 12.3- Protons and Neutrons وعناصر-12.2 There are three subatomic particles: Proton : •It carries a positive charge. •The charge on a proton is equal in magnitude but opposite in sign to the charge on an electron. •The mass of a proton is nearly 2000 times greater than the mass of an electron. •The number of protons in the nucleus of any atom is equal to the number of electrons Neutron : •Electrically neutral, carries no charge •Has about the same mass as the proton Electron : •Carries a negative charge •Always moving around the nucleus •Smaller in size than a proton 8 12.3- Protons and Neutrons Nucleons : Both protons and neutrons are called nucleons as these are found in atomic nucleus :نويات ويطلق على كل من البروتونات والنيوترونات نويات ألن هذه هي ..وجدت في نواة الذرة 9 12.3- Protons and Neutrons Basic facts about subatomic particles : حقائق اساسية حول الجسيمات دون الذرية 10 12.3- Protons and Neutrons Atomic number : Is the number of protonsin the atomic nucleus of a given element listed in the Periodic Table. : العدد الذري هو عدد البروتونات في نواة الذرة من عنصر معين المدرجة في الجدول .الدوري 11 12.3- Protons and Neutrons Isotopes : Atoms of the same element that contain same number of protons but different number of neutrons in the nucleus. Identified by mass number, which is the total number of protons and neutrons in the nucleus. Differ only in mass and not by the electric charge; therefore, Isotopes share many characteristics. :نظائر ذرات لنفس العنصر التي تحتوي على نفس العدد من .البروتونات ولكن بعدد مختلف من النيوترونات في النواة الذي هو العدد اإلجمالي لل،التي حددها عدد الشامل .البروتونات والنيوترونات في النواة نظائر تشترك في العديد من، وبالتالي.تختلف فقط في كتلة وليس من قبل الشحنة الكهربائية .الخصائص 12 • • • • • • • • 12.3- Protons and Neutrons The Nuclear Symbol It consists of three parts • The symbol of the element (X( • The atomic number of the element (Z( • The mass number of the specific isotope (A( Mass Number (A) : number of protons and neutrons Atomic Number (Z) : number of protons الرمز النووية وهو يتألف من ثالثة أجزاء Mass Number ( رمز العنصرX) Atomic Number ( هذا هو العدد الذري للعنصرZ) ( عدد كتلة نظائر معينةA) ( عدد الكتلةA): عدد البروتونات والنيوترونات ( الرقم الذريZ): عدد البروتونات Atomic Symbol 13 12.3- Protons and Neutrons How To Calculate The Number Of Neutrons : Mass number of uranium (A) = 238 [Number of nucleons (Protons + Neutrons)] Atomic number of uranium (Z) = 92 [Number of Protons] Mass number Atomic number Number of Neutrons 238 protons and neutrons 92 protons 146 Neutrons s 14 12.3- Protons and Neutrons Atomic Mass : الكتلة الذرية * It is the total mass of the atom(s) [mass of protons, neutrons, and electrons] ]فمن مجموع كتلة الذرة) [كتلة البروتونات والنيوترونات واإللكترونات * Electrons are so much less massive than protons and neutrons, their contribution to atomic mass is negligible. مساهمتها في الكتلة الذرية ال يكاد يذكر،اإللكترونات هي أقل بكثير ضخمة من البروتونات والنيوترونات Atomic Mass Unit : وحدة الكتلة الذرية •A special unit for mass measurement is developed, called the atomic mass unit (amu). •One atomic mass unit (amu) = 1.661 x grams •The atomic masses listed in the periodic table are in atomic mass units(amu). •The atomic mass of an element in the periodic table is actually the average mass of its all the isotopes. ودعا،• تم تطوير وحدة خاصة لقياس الشامل .)وحدة كتلة ذرية (اتحاد المغرب العربي س غرام1.661 = )• وحدة واحدة ذرية كتلة (اتحاد المغرب العربي .)• الجماهير الذرية الموجودة في الجدول الدوري هي بوحدات الكتلة الذرية (اتحاد المغرب العربي .• الكتلة الذرية لعنصر في الجدول الدوري هي في الواقع متوسط كتلة في جميع النظائر 15 12.3- Protons and Neutrons Example: The atomic mass of helium(He) is 4.003amu, and Neon(Ne) has an atomic mass of 20.180amu. و،amu4.003 الكتلة الذرية لاللهليوم (هو) هي amu. 20.180 نيون (ني) له كتلة ذرية من 16 12.3- Protons and Neutrons Difference between mass number and atomic mass الفرق بين عدد الكتلة والكتلة الذرية Mass number is simply a count of the total number of nucleons (protons +neutrons) in an isotope . النيوترونات) في نظير+ العدد الكتلي هو مجرد العد من العدد اإلجمالي للنويات (البروتونات Atomic mass is the measure of the total mass of an atom given in atomic mass unit(amu) )الكتلة الذرية هي مقياس الكتلة الكلية للذرة معينة في وحدة الكتلة الذرية (اتحاد المغرب العربي Example Mass number of chlorine(Cl) is: 35 (17P+18N=35) And Atomic mass of chlorine(Cl) is: 35.453 amu 17 Test your understanding A nucleus with an atomic number of 44 and a mass number of 100 must have 44 neutrons. 56 neutrons. 100 neutrons. none of the above. .A .B .C .D 18 12.4- The Periodic Table The Periodic Table is the listing of all the known elements الجدول الدوري هو إدراج جميع العناصر المعروفة The Periodic Table is color coded to show metals, non-metals & metalloids الالفلزية والفلزات،الجدول الدوري هو ونا مميزا إلظهار المعادن 19 12.4- The Periodic Table Metals المواد غير المعدنية: • Shiny, opaque and good conductors of electricity and heat. . وغير واضحة وجيدة من الكهرباء والحرارة،الموصالت المعة Malleable : can be hammered into different shapes or bent without breaking. . يمكن التوصل إلى أشكال مختلفة أو ينقص من دون كسر:طيع Ductile : can be drawn into wires يمكن استخالصها في األسالك:الدكتايل Examples : Au, Ni, Ag 20 12.4- The Periodic Table Non-metals : المواد غير المعدنية 1-Transparent شفاف 2-Poor conductors of heat and electricity موصالت رديئة للحرارة والكهرباء 3- Brittle and shutter when hammered هشة وتتحطم عندما سحقت 4- Some non-metals are solid, some are liquids and others are gases وبعضها السوائل والبعض اآلخر الغازات،بعض المعادن غير صلبة Examples : N, C, P, Cl,S 21 12.4- The Periodic Table Metalloids : الفلزات 1-Situated between the metals and the non-metals تقع بين المعادن وغير المعادن 2-Have characteristics of both metals and non-metals لها خصائص كل من المعادن والالفلزات 3- Only six elements are classified as metalloids يتم تصنيف العناصر الستة فقط كما الفلزات B, Si, Ge, As, Sb and Te 4-Used as semiconductors تستخدم أشباه الموصالت 22 12.4- The Periodic Table Periods And Groups : فترات والمجموعات Table by The elements are highly organized in the Periodic horizontal rows and vertical columns ويتم تنظيم عناصر غاية في الجدول الدوري من صفوف أفقية ورأسية األعمدة Each horizontal row is called a “period” "ويسمى كل صف أفقي "فترة Each vertical column is called a “group” "ويسمى كل العمود الرأسي "مجموعة There are 7 periods and 18 groups مجموعة18 حصص و7 هناك 23 12.4- The Periodic Table 24 12.4- The Periodic Table Periodic Trend : The properties of elements change gradually across the period, this is called the Periodic Trend وهذا ما يسمى التيار،خصائص العناصر تتغير تدريجيا عبر فترة .الدوري Atomic size tends to decrease when we move from to right in a period left حجم الذري يميل إلى االنخفاض عندما ننتقل من اليسار إلى .اليمين في فترة Example : In period 2, Lithium (Li) atom is bigger in size than Neon (Ne) atom. In period 3, Sodium ( Na ) atom is bigger in size than Argon (Ar) atom. 25 26 Test your understanding ?Which is larger: a lithium atom or a fluorine atom Li F A lithium atom .A A fluorine atom .B There is no way to tell without memorizing the periodic table. .C 27 Alkali Metals The Periodic table Alkaline Earths Halogens Transition Metals Lanthanides and Actinides Noble Gases 12.4- The Periodic Table The different columns of Periodic Table are called groups or families ويطلق على أعمدة مختلفة من الجدول الدوري جماعات أو أسر Elements in the same group have similar properties عناصر في نفس المجموعة لها خصائص مماثلة Some groups are given traditional names which describe the properties of their elements يتم إعطاء بعض الجماعات األسماء التقليدية التي تصف خصائص عناصرها 1.Group 1 ---Alkali metals الفلزات القلوية 2.Group 2 ---Alkaline Earth metals المعادن األرضية القلوية 3.Group 16---Chalcogen كالكوجين 4.Group 17---Halogen الهالوجينات 5.Group 18 ---Noble gases الغازات النبيلة 6.Group 3-12---Transition elements العناصر االنتقالية 0 29 12.4- The Periodic Table Inner Transition Elements : الداخلية انتقال عناصر Two subsets of metals placed below the main body of the Periodic Table are called Inner Transition Elements ودعا اثنين من مجموعات فرعية من المعادن وضعت تحت الجزء الرئيسي من الجدول الدوري الداخلية انتقال عناصر 1- Lanthanides : الالنثينيدات The sixth period inner transition elements (58-71) are called Lanthanides ) الالنثينيدات71-58( وتسمى الفترة الداخلية العناصر االنتقالية السادسة 2-Actinides: أكتينيدات The seventh period inner transition elements (90-103) are called Actinides ) أكتينيدات103-90( وتسمى الفترة السابعة العناصر اإلنتقالية الداخلية 39 12.5- Physical and conceptual Models Physical Model نموذج المادي That represents a very small or a very large visible object الذي يمثل صغيرة جدا أو كائن مرئي كبير جدا Example Model of a microorganism نموذج من الكائنات الحية الدقيقة Conceptual Model المفاهيمي نموذج Describes a system يصف النظام Example Humidity, atmospheric pressure, temperature الرطوبة والضغط الجوي ودرجة الحرارة An atom is best described by a conceptual model because atoms are invisible هو أفضل وصف ذرة من النموذج المفاهيمي لذرات غير مرئية 31 12.6- Identifying Atoms Using The Spectroscope Spectroscope : مطياف A device that separates light into different color components وهو الجهاز الذي يفصل الضوء إلى مكونات مختلفة األلوان Atomic Spectrum : الطيف الذري element The pattern of frequencies formed by the atoms of an نمط الترددات التي شكلتها ذرات عنصر This is the finger print of an element هذا هو بصمة عنصر Each element has its own characteristic pattern كل عنصر له نمط مميز خاص بها NOTE: When white light passes through a prism, the color components of the light can be separated. مكونات لون، عندما يمر الضوء األبيض من خالل موشور:مالحظة .الضوء يمكن فصلها 32 12.6- Identifying Atoms Using The Spectroscope Elements heated by a flame, glow their characteristic color, commonly called as a flame test. . ويطلق على انها اختبار اللهب، توهج لونها المميز،عناصر تسخينها بواسطة لهب Spectral lines of various Elements الخطوط الطيفية المختلفة عناصر 33 12.7- The Quantum Hypothesis Using the Planck’s quantum hypothesis :باستخدام فرضية الكم بالنك Bohr explained the formation of atomic spectra as follows بور شرح تشكيل األطياف الذرية على النحو التالي 1.Electrons orbit the nucleus in distinct energy levels.. .. اإللكترونات تدور حول النواة في مستويات الطاقة متميزة 2.Each Energy level is given a principle quantum number (n), where ‘n’ is always an integer (n = 1, 2, 3, ……). )...... ،3 ،2 ،1 = حيث 'ن' هو دائما عدد صحيح (ن،)يتم إعطاء كل مستوى الطاقة عددا الرئيسي الكم (ن 3.The lowest energy level has a principle quantum number (n = 1), and when ‘n’ increases, the energy level also increases. . ويزيد من مستوى الطاقة أيضا، ن عندما 'ن' الزيادات،)1 = أدنى مستوى الطاقة لديها عدد الكم الرئيسي (ن 4.The radiation is absorbed or emitted when an electron jumps from one energy level to another يتم امتصاص اإلشعاع أو تنبعث عندما يقفز اإللكترون من مستوى طاقة إلى أخرى 34 12.7- The Quantum Hypothesis Jumping of electron from one energy level to another releases or absorbs a photon of energy القفز من اإللكترون من مستوى الطاقة واحد إلى إطالقات أخرى أو يمتص الفوتون .للطاقة 35 12.9- The Shell Model Shell : )اعتقد الترجمة هي (مستوى الطاقة Is defined as a region of space about the atomic nucleus within which electrons may reside .تعرف بأنها منطقة من الفضاء حول النواة الذرية من خالله قد تتواجد اإللكترونات 36 12.9- The Shell Model Each shell can hold only a limited number of electrons in it : كل قذيفة يمكن أن تعقد سوى عدد محدود من اإللكترونات في ذلك Shell number (n) 1 Number of electrons عدد اإللكترونات 2 2 8 3 8 4 18 5 18 6 32 7 32 37 12.9- The Shell Model The first three periods of the Periodic Table according to the shell model ..الفترات الثالث األولى من الجدول الدوري وفقا للنموذج قذيفة 38 12.9- The Shell Model valence electron التكافؤ اإللكترون: • An electron that is located in the outermost occupied shell of an atom is called valence electron. ويسمى اإللكترون الموجود في وعاء المحتلة الخارجية للذرة التكافؤ اإللكترون • It participates in chemical bonding وتشارك في الروابط الكيميائية Example : • Nitrogen has 5 valence electrons. . إلكترونات التكافؤ5 النيتروجين قد • Carbon has 4 valence electrons. إلكترونات التكافؤ4 الكربون لديها Valence electrons 39 Conceptual Physical Science Chapter 14 ELEMENTS OF CHEMISTRY By Ms. Tahira Shafiq This Lecture will help you understand Chemistry: The Central Science The Submicroscopic World Physical and Chemical Properties Determining Physical and Chemical Changes Elements to Compounds Naming Compounds • • • • • • 4 1 14.1- Chemistry: The Central Science العلم الوسطى: الكيمياء-14.1 Chemistry : • Is the study of matter and the transformations it can undergo. • Is described as central science because it touches all the other sciences. : كيمياء هي دراسة المادة والتحوالت أنه .يمكن الخضوع يوصف بأنه علم المركزي ألنها تمس كل أخرى .علوم 4 2 14.1- Chemistry: The Central Science Research : To study something thoroughly so as to present in a detailed, and accurate manner . ودقيقة، لدراسة شيء بدقة وذلك لتقديم بطريقة مفصلة:بحث Basic research: Is designed to expand man’s knowledge, not to create or invent something . .. وليس لخلق أو ابتكار شيء، يهدف إلى توسيع المعرفة البشرية:بحث أساسي 4 3 14.1- Chemistry: The Central Science Applied research : Is designed to solve practical problems, not for getting the • basic knowledge for the sake of knowledge. Applied research in chemistry has provided us with medicine, food, shelter, etc • : البحوث التطبيقية وليس للحصول على ا لمعرفة األساسية من أجل،• يهدف إلى حل المشاكل العملية .المعرفة • وقد وفرت لنا البحوث التطبيقية في الكيمياء مع األدوية والمواد الغذائية والمأوى وغيرها 4 4 14.2- The Submicroscopic World Our world can be studied at different levels of magnification. Macroscopic level: When the matter is large enough that can be seen, measured and handled. Microscopic level: When the matter can only be seen using a microscope. Submicroscopic level: When the matter cannot be seen even with a microscope. Example : Atoms and molecules .عالمنا يمكن دراستها في مستويات مختلفة من التكبير . عندما مسألة كبيرة بما فيه الكفاية التي يمكن رؤيتها وقياسها والتعامل معها:مستوى العيانية عندما ال يمكن إال أن ينظر إلى مسألة استخدام مجهر:المستوى المجهري عندما ال يمكن أن ينظر إلى المسألة حتى مع المجهر:مستوى تحت المجهري 4 5 الذرات والجزيئات:على سبيل المثال 14.2- The Submicroscopic World States Of Matter : There are three states of matter : Solid : definite shape & definite volume. • Liquid : definite volume but no definite • shape, takes the shape of the container. Gas : no definite volume, no definite shape, takes • the volume & shape of the container :حاالت المادة :• هناك ثالث حاالت المادة . شكل واضح وحجم محدد:• الصلبة حجم واضح ولكن ال واضح:• السائل . يأخذ شكل الوعاء،• شكل .. ويأخذ حجم وشكل الحاوية، ال شكل واضح، ال حجم محدد:الغاز • 4 6 14.3- Physical and Chemical Properties Physical Property : A property that can be observed or measured without changing the • identity of the matter. It describes the look or feel of a substance. • Example : Color, size, odor, density and phase etc : خاصية فيزيائية .خاصية التي يمكن مالحظتها أو قياسها دون تغيير هوية هذه المسألة .ويصف نظرة أو يشعر من مادة :على سبيل المثال ،اللون والحجم والرائحة كثافة ومرحلة الخ 4 7 14.3- Physical and Chemical Properties Chemical Property : A property that characterizes the ability of a substance to undergo a change that converts it into a different substance :خاصية كيميائية ..خاصية الذي يميز قدرة مادة للخضوع اللتغيير الذي يحوله إلى مادة مختلفة 4 8 14.3- Physical and Chemical Properties Physical Change : التغير الفيزيائي/ :التغيير المادي A physical change is any change in size, shape or form. The chemical composition of the substance doesn’t change ال يغير من التركيب الكيميائي للمادة.تغيير الجسدي هو أي تغير في حجم أو شكل . 10 14.3- Physical and Chemical Properties Chemical Change : A chemical change occurs when the chemical composition of a substance is changed and new substances are formed : تغير كيميائي .يحدث تغير كيميائي عندما يتم تغيير التركيب الكيميائي للمادة ويتم تشكيل مواد جديدة 50 14.3- Physical and Chemical Properties Is it a physical change or a chemical change? 51 14.3- Physical and Chemical Properties Is it a physical change or a chemical change? 52 14.3- Physical and Chemical Properties Test your understanding Melting a piece of solid gold would be…. A physical change A chemical change Both of above None of above .A .B .C .D 53 14.3- Physical and Chemical Properties Test your understanding Tarnishing a piece of silver would be …. A physical change A chemical change Both of above None of above .A .B .C .D 54 14.3- Physical and Chemical Properties Chemical Bond : :بوند الكيميائية Is the force of attraction between two atoms that holds them together ..هي قوة الجذب بين ذرتين الذي يحمل لهم معا Chemical Reaction: :تفاعل كيميائي A chemical reaction involves one or more substances, the reactants, changing into one or more substances, the products وتغيير في واحدة، المواد المتفاعلة،ينطوي على تفاعل كيميائي واحد أو أكثر من المواد . والمنتجات،أو أكثر من المواد 55 14.4- Determining Physical and Chemical Changes Both physical and chemical changes result in a change in physical appearance. كال من التغيرات الفيزيائية والكيميائية تؤدي إلى تغيير في المظهر ..الجسدي It is a chemical property of Iron to change into rust .وهي خاصية كيميائية من الحديد لتغيير إلى الصدأ 56