المواد الأساسية: العناصر و التراكيب الكيميائية

تعريف العنصر بشكل مبسط

العنصر هو أبسط شكل من أشكال المادة، ولا يمكن تحليله أو تفكيكه إلى مواد أبسط باستخدام الوسائل الكيميائية التقليدية. على الرغم من أن العناصر بشكل عام لا تتأثر بالتفاعلات الكيميائية العادية، إلا أن هناك بعض العناصر التي يمكن تكوينها من خلال التفاعلات النووية المتقدمة.^[2]

يتم تحديد هوية العنصر الكيميائي من خلال عدد البروتونات الموجودة في نواة الذرة. فكل ذرات العنصر الواحد تحتوي على نفس العدد من البروتونات، ولكن قد تختلف في عدد الإلكترونات والنيوترونات. تغيير عدد الإلكترونات يؤدي إلى تكوين الأيونات، بينما تغيير عدد النيوترونات يؤدي إلى تكوين النظائر.^[2]

من الجدير بالذكر أنه على الرغم من أن الجدول الدوري يضم 118 عنصرًا، إلا أن العناصر المعروفة والموجودة بشكل طبيعي على الأرض تبلغ حوالي 115 عنصرًا فقط. في الماضي، كانت هناك بعض العناصر مثل 113 و 115 و 118 التي اعتقد العلماء بوجودها ولكن كان يلزم تأكيدها رسميًا لإدراجها في الجدول. وتشير الأبحاث أيضًا إلى احتمال وجود عنصر رقم 120، وفي حال تأكيد وجوده سيتم تعديل الجدول الدوري لإضافته.^[2]

أمثلة شائعة للعناصر

كل نوع من الذرات الموجودة في الجدول الدوري يعتبر مثالًا على العنصر. فيما يلي بعض الأمثلة:^[2]

• النحاس (Cu)
• الحديد (Fe)
• النيون (Ne)
• السيزيوم (Cs)
• الكربتون (Kr) – وهو عنصر غازي
• البروتون (¹H⁺) – يمثل البروتون الوحيد عنصر الهيدروجين

تنظيم العناصر في الجدول الدوري

يتم تنظيم العناصر في الجدول الدوري بناءً على خصائصها الدورية المتشابهة. يتم تصنيفها وفقًا لخصائصها الفيزيائية والكيميائية. يمكن تحديد هذه الخصائص بالنظر إلى موقع العنصر في الجدول الدوري أو عن طريق تحليل التوزيع الإلكتروني للعنصر. تسعى العناصر إلى اكتساب أو فقدان الإلكترونات للوصول إلى حالة الاستقرار. يحتوي الجدول الدوري على مجموعة من العناصر المستقرة كيميائيًا، وهي الغازات النبيلة الموجودة في المجموعة الثامنة عشرة.^[3]

بالإضافة إلى ذلك، يمكن ملاحظة اتجاهين مهمين في الجدول الدوري. أولاً، عند التحرك من اليسار إلى اليمين، يزداد التجاذب النووي للإلكترونات الخارجية مع إضافة إلكترون واحد إلى الذرة. هذا يجعل الإلكترونات أقرب إلى النواة والرابطة بينهما أقوى. ثانيًا، عند النزول إلى الأسفل في المجموعة الواحدة، تصبح الرابطة بين الإلكترونات الخارجية والنواة أضعف بسبب زيادة عدد مستويات الطاقة المملوءة بالإلكترونات حول النواة، مما يحجب قوة جذب النواة للإلكترونات الخارجية. تفسر هذه الاتجاهات خصائص العناصر مثل نصف القطر الذري، طاقة التأين، الميل الإلكتروني، والسالبية الكهربية.^[3]

ما هو المركب الكيميائي؟

المركب الكيميائي هو مادة تتكون من اتحاد ذرتين أو أكثر معًا من خلال تفاعلات كيميائية، مثل الروابط التساهمية أو الأيونية. يُطلق عليه أيضًا اسم الجزيء، مع الأخذ في الاعتبار أنواع الروابط التي تربط الذرات داخل الجزيء.^[4]

أمثلة على المركبات الكيميائية

هناك عدد كبير جدًا من المركبات الكيميائية. فيما يلي بعض الأمثلة:^[5]

• الماء (H₂O): يتكون من تفاعل ذرة أكسجين مع ذرتي هيدروجين.
• بيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂): يتكون من تفاعل ذرتي أكسجين مع ذرتي هيدروجين.
• ملح الطعام (NaCl): يتكون من تفاعل الصوديوم مع الكلور.
• بيكربونات الصوديوم (NaHCO₃): يتكون من تفاعل ذرات الهيدروجين، الصوديوم، الكربون، وثلاث ذرات من الأكسجين.
• الأوكتان (C₈H₁₈): يتكون من تفاعل ثماني ذرات كربون مع ثماني عشرة ذرة هيدروجين.

أنواع الروابط بين المركبات

تتجمع الذرات معًا وفقًا للنماذج الأكثر استقرارًا، حيث تسعى الذرات إلى ملء مدارها الإلكتروني الأخير. لتحقيق ذلك، تتفاعل مع الذرات الأخرى. القوة التي تحافظ على الذرات متحدة في الجزيئات تسمى الرابطة الكيميائية. هناك نوعان رئيسيان من الروابط، بالإضافة إلى بعض الروابط الثانوية:^[6]

• الرابطة الأيونية: في هذه الرابطة، يتم انتقال إلكترون من ذرة إلى أخرى. الذرة التي تفقد الإلكترون تصبح أيونًا موجبًا، بينما الذرة التي تكتسب الإلكترون تصبح أيونًا سالبًا. بسبب التجاذب بين الشحنات المختلفة، تتحد الذرات لتكوين جزيئات.
• الرابطة التساهمية: هذه هي الرابطة الأكثر شيوعًا في الجزيئات العضوية. في هذه الرابطة، تتشارك الذرات بالإلكترونات. تشكل أزواج الإلكترونات المتشاركة مدارًا جديدًا يدور حول كلتا الذرتين، مما يؤدي إلى تكوين الجزيء. هناك نوعان ثانويان من الرابطة التساهمية: الرابطة القطبية والرابطة الهيدروجينية.
• الرابطة القطبية: قد تنشأ قوى جذب مختلفة للإلكترونات بسبب ارتباط ذرتين معًا عبر الرابطة التساهمية، مما يؤدي إلى توزيع غير متساوٍ للشحنات. هذه النتيجة تسمى الرابطة القطبية، وهي حالة وسطية بين الرابطة الأيونية والتساهمية. ينتج عن ذلك شحنة سالبة طفيفة على أحد طرفي الجزيء وشحنة موجبة طفيفة على الطرف الآخر. على الرغم من أن الشحنة الكلية للجزيء متعادلة، إلا أن هذه الشحنات غير المتساوية على مسافات قصيرة مهمة جدًا. على سبيل المثال، في جزيء الماء، يحمل الأكسجين شحنة موجبة طفيفة، بينما يحمل الهيدروجين شحنة سالبة طفيفة. تكمن أهمية الرابطة القطبية في تفسير سبب ذوبان بعض المواد في الماء بسهولة بينما لا يذوب البعض الآخر.
• الرابطة الهيدروجينية: بسبب الرابطة القطبية بين جزيئات الماء، يمكن أن تتشكل رابطة أخرى تسمى الرابطة الهيدروجينية. تجذب ذرة الهيدروجين، بفعل الكهروسلبية، ذرة أكسجين من جزيء ماء مجاور. وبالتالي، ترتبط جزيئات الماء معًا عبر الروابط الهيدروجينية. على الرغم من أن قوة هذه الرابطة هي 1/20 من قوة الروابط الأخرى، إلا أنها كافية للتأثير على تركيب الماء وإعطائه خصائصه الفريدة، مثل التوتر السطحي ودرجة حرارة معينة وحرارة التبخر.