بحث حول العناصر والمركبات

المادّة

تُعرَّف المادة بأنها أي شيء له كتلة، ويشغل مساحة، وتتكون جميع الأجسام الفيزيائية من مادة، ويُمكن أن توجد في حالات مختلفة كالحالات الكلاسيكية للمادة وهي الصلبة، والسائلة، والغازية، بالإضافة إلى إمكانية وجودها في حالات أخرى، وهي البلازما، ومكثفات بوز- أينشتاين، وتتكون جميع المواد من الذرات، ويتحكم نوع هذه الذرات وكيفية تجميعها في تحديد خصائص المادة الكيميائية والفيزيائية، ويمكن تصنيف المادة تبعاً لطريقة تجميع الذرات فيها إلى ثلاث تصنيفات، وهي العناصر ، والمركبات، والمخاليط، ويعتمد هذا التصنيف على الطريقة التي تتم فيها محاولة فصل المواد إلى مكوناتها الأساسية، ويتضمّن فصل المواد عمليتين؛ فيزيائية، وكيميائية.

العناصر الكيميائية

يُعرَّف العنصر الكيميائي بأنه المادة التي لا يُمكن تغييرها لمادة أخرى، أو تقسيمها عن طريق استخدام الوسائل الكيميائية، وتشكل العناصر اللبنة الكيميائية الأساسية للمادة، والتي يمكن تحديدها تبعاً لعدد البروتونات الموجودة في النواة الذرية للعنصر المحدد، حيث تحمل جميع ذرات العنصر الواحد نفس العدد الذري، لذا فيمكن إنشاء عنصر جديد من خلال إضافة عدد من البروتونات الإضافية إلى الذرة في عنصر ما، ويشار إلى أنه على الرغم من عدم إمكانية تغيير أي عنصر كيميائي إلى عنصر آخر باستخدام الوسائل الكيميائية إلا أن ذلك ممكن باستخدام الأساليب النووية.

يبلغ عدد العناصر المعروفة 118 عنصراً، من بينها 94 عنصراً تتكوّن بصورة طبيعية على الأرض، حيث يمثل العدد المتبقي عناصر اصطناعية، ويعدّ الهيدروجين العنصر الأكثر وفرةً في الكون، يليه الهيليوم ، بينما يشكل الأكسجين العنصر الأكثر وفرةً في القشرة الأرضية ، ويُعتقَد أنّ الحديد هو العنصر الأكثر وفرة في الكوكب.

ترتيب العناصر الكيميائية في الجدول الدوري

يُستخدَم الجدول الدوري لترتيب العناصر الكيميائية المعروفة على شكل مصفوفة، والتي رُتِّبت من اليسار إلى اليمين ومن الأعلى إلى الأسفل وفق زيادة العدد الذري للعناصر، وقد سميت الصفوف بالدورات التي يشير رقمها إلى أقصى مستوى طاقة توجد فيه الإلكترونات غير المحفزة في العنصر المحدد، كما تشكل العناصر الموجودة في نفس العمود ما يسمى بالمجموعة، والتي يكون لها تصرفات متشابهة كيميائياً، ويعتبر الكيميائي والمخترع الروسي ديمتري مندليف Dmitri Mendeleev الأب للجدول الدوري، والذي رتب العناصر فيه وفقاً للوزن الذري والتكافؤ.

تصنيف العناصر الكيميائية

يمكن تصنيف مجموعات العناصر بشكل عام إلى عناصر غير فلزية، ومجموعات فرعية مختلفة من الفلزات ، وفيما يأتي أكثر التقسيمات قبولاً للعناصر:

• الفلزات القلوية: تشكل المعادن القلوية عناصر المجموعة الأولى في الجدول الدوري، ومن أمثلتها الليثيوم، وعلى الرغم من أن الهيدروجين هو من هذه المجموعة إلا أنه غالباً ما يصنف مع اللافلزات.
• الفلزات القلوية الترابية: تشكل عناصر المجموعة الثانية الفلزات القلوبة الترابية، والتي تمتلك درجات انصهار عالية، ومن أمثلتها البيريليوم (Be)، والراديوم (Ra).
• اللانثانيدات: يطلق على هذه العناصر اسم عناصر- f بسبب امتلاكهم لإلكترونات تكافؤ في المدار f، ومن أمثلتها لانثانوم (La).
• الأكتينيدات: وهي العناصر التي تبدأ من العنصر الأكتينيوم (Ac) الذي يحمل الرقم 89، إلى العنصر لورنسيوم (Lr).
• الفلزات الانتقالية: وهي العناصر التي يمتلئ فيها المدار f بشكل جزئي، وتشمل المجموعة الثالثة إلى الثانية عشر.
• فلزات ما بعد الانتقال: من الأمثلة على هذه الفلزات عناصر الألمنيوم (Al)، والجاليوم (Ga)، وتضم هذه المجموعة بعض خصائص الفلزات الانتقالية.
• شبه الفلزات: من الأمثلة على أشباه الفلزات البورون (B)، والسيلكون (Si)، والزرنيخ (As)، والبولونيوم (Po).
• اللافلزات: من الأمثلة على اللافلزات عناصر الكربون (C)، والنيتروجين (N)، والفسفور (P).
• الهالوجينات: تعتبر عناصر الهالوجينات مجموعةً فرعية من اللافلزات، وتتألف من المجموعة 17 من الجدول الدوري.
• الغازات النبيلة: تمثل الغازات النبيلة عناصر المجموعة 18، والتي تكون عادةً مستقرة جداً كيميائياً، وتمتلك خصائص متشابهة بسسب أنها عديمة الرائحة، واللون.

المركبات الكيميائية

يُعرَّف المركب الكيميائي بأنه أي مادة تتكون من جزيئات متطابقة، تتكون من نوعين مختلفين أو أكثر من ذرات العناصر الكيميائية بنسب محددة، ويمكن أن تكون موجودة في الظروف الطبيعية من الضغط والحرارة على شكل مركبات صلبة، أو سائلة، أو غازية، وتُصنَّف المركبات الكيميائية وفقاً للعديد من المعايير، ومن أهمها ما يأتي:

• تصنيف المركبات وفقاً للعناصر الموجودة فيها: تعتمد إحدى الطرق المعروفة في تصنيف المركبات على العناصر الموجودة فيها، فمثلاً تتميز المركبات العضوية بتواجد ذرات الكربون كعنصر أساسي، مما يُصنف باقي المركبات على أنها مركبات غير عضوية، وتمتلك مركبات الأكاسيد واحداً أو أكثر من ذرات الأكسجين، بينما تشكل الهيدريدات واحداً أو أكثر من أنواع ذرات الهالوجينات.
• تصنيف المركبات وفق أنواع الروايط فيها: يستند أحد تصنيفات المركبات الكيميائية إلى أنواع الروابط الموجودة فيها، إذ تحتوي المركبات الأيونية على الأيونات، والتي ترتبط بروابط أيونية، ويمثل الملح أحد أفضل المركبات الأيونية المعروفة، بينما تحتوي المركبات الجزيئية على جزيئات منفصلة ترتبط فيما بينها من خلال الرابطة التساهمية، ويعد الماء (H₂O)، والميثان (CH₄)، وفلوريد الهيدروجين (HF) من الأمثلة على المركبات الجزيئية.
• تصنيف المركبات وفقاً لأنواع التفاعلات: يمكن تصنيف المركبات الكيميائية وفقاً لأنواع التفاعلات الكيميائية التي من الممكن أن تخضع لها، فعلى سبيل المثال تمثل الأحماض المركبات التي تنتج أيون الهيدروجين H، أو ما يُعرَف بالبروتون عندما تذوب في الماء لإنتاج المحاليل المائية، ومن الأمثلة على هذه المركبات حمض الهيدروكلوريك، وحمض الكبريتيك، وحمض النتريك، بينما تشكل القواعد المركبات المُستقبلة للبروتون، ومن أمثلتها أيون الهيدروكسيد، والذي يتفاعل مع أيون الهيدروجين H لتشكيل الماء، وإضافةً لذلك تعد تفاعلات الأكسدة، والاختزال إحدى التفاعلات التي يمكن تصنيف المركبات من خلالها، فالأكسدة هي فقدان الإلكترونات، بينما يُعرف الاختزال بأنه كسبها، ومن الأمثلة على تفاعلات الأكسدة والاختزال تفاعل الصوديوم وغاز الكلور لتكوين كلوريد الصوديوم.