هل تحب كعكات رقائق الشوكولاتة؟ معظمنا يحبها. فكما أن كعكتك مصنوعة من مكونات مختلفة - الدقيق والسكر والكاكاو والبيكنج باودر ورقائق الشوكولاتة - فإن كل شيء في هذا العالم مصنوع من مكونات مختلفة. تُسمى هذه المكونات "عناصر"، وسنستكشف المزيد عن "العناصر" في هذا الدرس.
أهداف التعلم
دعونا نبدأ.
العنصر مادة نقية تتكون من نوع واحد من الذرات، ولا يمكن تحليلها إلى مواد كيميائية أبسط. العناصر هي اللبنات الأساسية لجميع المواد في العالم.
تشمل أمثلة العناصر الحديد والأكسجين والهيدروجين والذهب والهيليوم.
هناك ١١٨ عنصرًا مختلفًا، على الرغم من أن ٩٨ منها فقط توجد طبيعيًا على الأرض. جميع العناصر الـ ١١٨ مُمَثَّلة في جدول قياسي للعناصر يُسمى الجدول الدوري للعناصر. ببساطة، الجدول الدوري هو طريقة لسرد العناصر. ويبدو الجدول كالتالي:
الهيدروجين هو العنصر الأكثر شيوعًا في الكون، وهو أيضًا أخف العناصر.
الهيليوم هو ثاني أكثر العناصر شيوعًا في الكون ولكنه نادر جدًا على الأرض.
يتم استخدام هذه الغازات في البالونات الهوائية الساخنة لأنها أخف من الهواء ويمكنها إعطاء الطفو للبالون بحيث يرتفع ويطفو في الغلاف الجوي.
يُمثَّل كل عنصر برمز من حرف واحد أو حرفين، حيث يُكتب الحرف الأول دائمًا بحرف كبير، وفي حال وجود حرف ثانٍ، يُكتب بأحرف صغيرة. على سبيل المثال، رمز الهيدروجين هو \(H\) ورمز الكربون هو \(C\) . بعض رموز الحروف مشتقة من مصطلحات لاتينية، مثل رمز الصوديوم ( \(Na\) ) المشتق من الكلمة اللاتينية "natrium" والتي تعني كربونات الصوديوم.
تنقسم العناصر الكيميائية إلى ثلاثة - المعادن، وأشباه المعادن، واللافلزات.
المعادن، التي توجد عادة على الجانب الأيسر من الجدول الدوري، هي
الألومنيوم والحديد والنحاس والذهب والزئبق والرصاص هي معادن.
في المقابل، فإن العناصر غير المعدنية الموجودة على الجانب الأيمن من الجدول الدوري هي:
تشمل أمثلة العناصر غير المعدنية الكربون والأكسجين.
تتميز أشباه الفلزات ببعض خصائص الفلزات وبعض خصائص اللافلزات. أشباه الفلزات الستة المعروفة هي: البورون، والسيليكون، والجرمانيوم، والزرنيخ، والأنتيمون، والتيلوريوم.
تتفاوت العناصر تفاوتًا كبيرًا في وفرتها. في الكون ككل، يُعد الهيدروجين العنصر الأكثر شيوعًا (حوالي 90%)، يليه الهيليوم (معظم الـ 10%) المتبقية. أما العناصر الأخرى، فتوجد بكميات أقل نسبيًا، على حد علمنا.
على كوكب الأرض، يُشكل الأكسجين 46.1% من كتلة قشرة الأرض، ويتواجد غالبًا مع عناصر أخرى، بينما يُشكل السيليكون 28.5%. أما الهيدروجين، وهو العنصر الأكثر وفرة في الكون، فلا يُشكل سوى 0.14% من قشرة الأرض.
تبلغ الوفرة الكتلية للعناصر التسعة الأكثر وفرة في قشرة الأرض حوالي
توجد العناصر الأخرى بنسبة أقل من 0.15%
العناصر الموجودة على الأرض والمريخ هي نفسها تمامًا.
يتكون حوالي 96% من وزن الجسم من أربعة عناصر فقط وهي: الأكسجين، والكربون، والهيدروجين، والنيتروجين.
الكالسيوم، والفوسفور، والمغنيسيوم، والصوديوم، والبوتاسيوم، والكلور، والكبريت، هي مغذيات كبرى أو عناصر يحتاجها الجسم بكميات كبيرة. أما العناصر المتبقية فهي عناصر نادرة، مثل الكوبالت، والليثيوم، والمنغنيز، والسيلينيوم، واليود، والنحاس، وغيرها. تُعتبر هذه العناصر ضرورية للحياة. أي كمية منها ٠٫٠١٪ أو أقل تُعتبر عنصرًا نادرًا.
أصغر جسيم في العنصر هو الذرة، وكل ذرة تتكون من جسيمات أصغر: إلكترونات وبروتونات ونيوترونات. يُسمى عدد البروتونات في كل ذرة بالعدد الذري، وهو رقم مهم في العنصر. لكل عنصر عدد ذري فريد. الهيدروجين هو العنصر الأول، ويحتوي على بروتون واحد، لذا فإن عدده الذري هو 1. يحتوي الذهب على 79 بروتونًا في كل ذرة، وعدده الذري هو 79. تحتوي العناصر في حالتها القياسية أيضًا على نفس عدد الإلكترونات والبروتونات.
إذا وُجد أكثر من نوع واحد من الذرات، فإن المادة لا تُعتبر عنصرًا. المركبات والسبائك ليست عناصر.
المركب الكيميائي هو مادة كيميائية تتكون من العديد من الجزيئات المتطابقة، مكونة من ذرات من أكثر من عنصر واحد، مرتبطة ببعضها بروابط كيميائية. على سبيل المثال، الماء النقي مركب كيميائي يتكون من عنصرين: الهيدروجين والأكسجين. نسبة الهيدروجين إلى الأكسجين في الماء هي دائمًا ٢:١.
السبيكة مادة تُصنع بصهر عنصرين أو أكثر معًا، أحدهما على الأقل معدن. من أمثلة السبائك الشائعة: الفولاذ، مزيج من الحديد (معدن) والكربون (لا فلز)؛ والبرونز، مزيج من النحاس (معدن) والقصدير (معدن)؛ والنحاس الأصفر، مزيج من النحاس (معدن) والزنك (معدن).
وبالمثل، لا تُعدّ مجموعة الإلكترونات والنيوترونات عناصر. يجب أن يحتوي الجسيم على بروتونات ليكون مثالًا على عنصر.
تشمل العناصر غير الأساسية: الماء، والفولاذ، والإلكترونات، والنحاس.
على الرغم من أن العناصر تتكون جميعها من نفس نوع الذرات، إلا أنها قد تتخذ أشكالًا مختلفة. فبناءً على درجة حرارتها، يمكن أن تكون صلبة، أو سائلة، أو غازية. كما يمكن أن تتخذ أشكالًا مختلفة بناءً على مدى تماسك الذرات. تُسمى هذه الأشكال المتآصلة. ومن الأمثلة على ذلك الكربون. فبحسب كيفية تماسك ذرات الكربون، يمكن أن تُشكل الماس، أو الفحم، أو الجرافيت. وفي بعض الأحيان، تحتوي ذرات العنصر نفسه على عدد مختلف من النيوترونات، وتُسمى هذه الأشكال النظائر. سنتعرف على المزيد عن النظائر في درس منفصل بعنوان "النظائر".
