البنية 2.3 · النموذج الفلزي

يتناول هذا المستند موضوعات مختارة من المرحلة HL للمادة التي تم تقييمها لأول مرة في 2025؛ وهو لا يمثل المنهج الدراسي بأكمله.

المؤهلات السابقة: قراءة الكميات والوحدات المحددة، واستخدام العمليات الحسابية وشروط النموذج أدناه.

الأمثلة أصيلة ومخترعة: فهي ليست قياسات حقيقية أو تحقيقات طلابية فعلية.

ما الذي قد يفسر هذه الملاحظة؟

• سلك النحاس يوصل الكهرباء وينثني دون أن يتكسر. يفسر النموذج الفلزي كلا الظاهرتين بصورة واحدة: كاتيونات محاطة بإلكترونات متحركة.

بنِ النموذج

• تفقد ذرات الفلز إلكتروناتها الخارجية، تاركة وراءها كاتيونات موجبة في الشبكة البلورية.
• تصبح الإلكترونات المفقودة إلكترونات غير محلية: حرة الحركة عبر بنية الفلز بأكملها.
• الرابطة الفلزية هي التجاذب بين شبكة الكاتيونات والإلكترونات غير المحلية.
• تحمل الإلكترونات المتحركة الشحنة في الحالة الصلبة وفي الفلز المنصهر.
• الكاتيون: أيون موجب الشحنة يتكون بفقد الإلكترونات.
• الإلكترونات غير المحلية: إلكترونات حرة الحركة عبر بنية الفلز بأكملها.
• الرابطة الفلزية: التجاذب بين شبكة من الكاتيونات والإلكترونات غير المحلية.

اختر الأدلة القادرة على اختبار النموذج

• لشرح خاصية كتلية، حدد البنية، والجسيمات، والقوى، وحاملات الشحنة المتحركة.
• الفلزات توصل الكهرباء في الحالتين الصلبة والمنصهرة: حاملات الشحنة هي الإلكترونات غير المحلية، وهي متحركة في كلتا الحالتين.
• المرونة: الرابطة غير اتجاهية، لذا يمكن للطبقات الانزلاق وإعادة تكوين الرابطة؛ أما الشبكات الأيونية فتتكسر لأن الانزلاق يجلب الشحنات المتشابهة معاً.

في المختبر: التوصيل في الحالتين الصلبة والمنصرفة يميز الفلز عن المادة الأيونية (التي توصل فقط عند انصهارها أو ذوبانها): ملاحظة واحدة تفصل بين نموذجين.

اعمل من الكميات المعروفة

• معلوم: المادة Z تنصهر عند 1538 درجة مئوية وتوصل الكهرباء في الحالتين الصلبة والمنصهرة.
• حاملات الشحنة: الإلكترونات غير المحلية، متحركة في كلتا الحالتين.
• يتنبأ النموذج الفلزي بكلتا الملاحظتين بهيكل واحد.
• سيفشل النموذج الأيوني هنا: الأيونات الثابتة في الحالة الصلبة لا توصل الكهرباء.

دورك: صلب أيوني وصلب فلزي يبدوان متشابهين. اذكر قياساً واحداً يفصل بينهما واشرح ذلك.

تحقق من الاستنتاج وحدوده

• تختلف نقاط انصهار الفلزات بشكل كبير؛ يفسر النموذج التوصيل والمرونة، وليس نقطة انصهار ثابتة.
• السبائك والشوائب تغير الخصائص: يوضح النموذج النقي حدوده.

غير صحيح: المعادن توصل الكهرباء لأن الإلكترونات يمكنها مغادرة المعدن. الإلكترونات غير متمركزة داخل البنية: التوصيل يتطلب الحركة عبر المعدن، وليس الهروب منه.

المفتاح:

• أيونات موجبة في الشبكة البلورية، وإلكترونات غير متمركزة تتحرك خلالها.
• التوصيل في الحالة الصلبة والمصهورة يُميز النموذج الفلزي.
• انتبه إلى: حاجة الإلكترونات لمغادرة المعدن لتوصيل الكهرباء.

اكتب بناءً على اختبار التوصيل

• العينة توصل الكهرباء كصلب و كسائل.
• فلزي: الإلكترونات غير المتمركزة تحمل الشحنة في الحالتين — وهي السمة المميزة للنموذج، بدون أيونات تُطلق.

اكتب بناءً على شرح المرونة (المطيلية)

• النحاس ينثني؛ كلوريد الصوديوم يتكسر.
• طبقات الكاتيون تنزلق بينما يحافظ "غراء" الإلكترونات على تماسكها — الرابطة الفلزية تفسر المطيلية؛ الشبكة الصلبة تفسر الهشاشة.

اكتب بناءً على التناقض في حاملات الشحنة

• كلوريد الصوديوم المصهور يوصل؛ صلبه لا يوصل؛ النحاس يوصل دائمًا.
• التناقض يكمن في حامل الشحنة: أيونات تحررت بالانصهار مقابل إلكترونات حرة مسبقًا — تجربة واحدة تفصل بين الأيوني والفلزي.