بحث شامل عن العناصر والمركبات
العناصر والمركبات هي أساس كل مادة، والتي تُطلق على كل شئ يُمكن أن يحيط بنا في أي حالة أو شكل، فكل ما تقع عليه حواسنا الخمسة يُمكن تصنيفه إلى عنصر أو مركب ولا يشترط رؤيته، فالكثير من تلك العناصر لا تُرى أو تُلمس ومع ذلك فهي موجودة، ولها تأثير كبير يصعب تخيله عند التفكير في بساطتها، فالعمل على دِراسة العناصر والمركبات الكيميائية وفر لنا الكثير من متطلبات حياتنا، ويوفر موقع مُحيط كافة التفاصيل.
ما هو مفهوم العناصر والمركبات
لكي نتعرف على المفهوم العلمي والكيميائي لكل منهما علينا أولاً أن نتعرف على المادة، حيث تُعرف بأنها كل ما يمتلك كتلة ويشغل حيز أو مساحة معينة من الفراغ.
لذا يُمكن القول بأن كل جزء أو جسم فيزيائي موجود على الأرض مكون من مجموعة من المواد، وذلك كالآتي:
- تتكَون المادة من جزيئات والتي تتكون من أجسام أبسط منها تُسمى ذرات، والتي تتكون من جسيمات سالبة الشحنة تُسمى إلكترونات.
- تدور الإلكترونات في مدارات إلكترونية عديدة حول جسيم موجب الشحنة يُسمى النواة، والتي بدورها تتكون من جسيمات موجبة وأخرى متعادلة الشحنة، لذا تحمل النواة الشحنة الموجبة.
- تنقسم المادة حسب الحالة التي يُمكن أن تتواجد عليها إلى صلبة أو سائلة أو غازية وتسمى بالحالات الكلاسيكية، وهناك حالات أخرى كالبِلازما ومكثفات بوز أينشتاين.
- العناصر والمركبات هي عبارة عن تقسيم المادة حسب عدد الذرات المكونة لها، وكيفية تجميع هذه الذرات ونوعها هو الأساس في تحديد خصائص كل مادة، سواء من الناحية الكيميائية أو الفيزيائية.
- استخدام الطرق الفيزيائية والكميائِية في فصل المواد إلى صورتها الأولية، هي التي أدت إلى تصنيف المادة إلى كل من العناصر والمركبات والمخاليط.
يُمكنك قراءة المزيد عن: تعرف على أهمية المركبات العضوية والفرق بينها وبين الغير عضوية
العناصر الكيميائية
للتفرقة بين العناصر والمركبات يجب تعريف كلاً منهما، حيث يتكون العنصر من ذرة وحيدة، لذا هو أبسط مكون للمادة ولا يُمكن تحويل مادة أخرى ولا تقسيمه بأي وسيلة كيميائية أو فيزيائية، ولكن أمكن حديثاً تحقيق ذلك باستخدام وسائل نووية، وذلك كالتالي:
- يتم عن طريق إضافة عدد من البروتونات إلى ذرة عنصر معين فينشأ عنصر جديد.
- كل عنصر يتميز عن غيره بالعدد الذري، والذي يُعرف بأنه عدد الإلكترونات التي عادةً ما تدور حول النواة في مسارات تُسمى مدارات الطاقة.
- الإلكْترونات الغير نشطة والموجودة في أقصى مستوى طاقة تُسمى التكافؤ، ويُمكن تعريفه بأنه يُمثل عدد البروتونات الموجبة الموجودة داخل النواة فكلاهما متساويان.
- عدد العناصر الموجودة في الطبيعة تبلغ مائة وثمانية عشرة، منها أربعة وتسعين عنصر متواجد طبيعياً على الأرض، والباقي عناصر مصنعة بشكل مخبري.
- تختَلف العناصِر الكميائِية في الشكل والخصائص، فمنها السائل كالزئبق والغازي كالهيْدروجين والأكسجين، والصلب كالنحاس والحديد والفضة والصوديوم، وأحيانا تُوجد هذه المواد في شكل عناصر حرة أو مركبات.
- أكثر العناصر تواجدًا في الكون هو الهيدروجين ومن بعده الهيليوم، بينما الأكسجين أكثرها توافرًا في القشرة الأرضية، كما أن الحديد هو أكثر العناصر الصلبة على الأرض.
الجدول الدوري للعناصر
العناصر والمركبات كلاهما موجودان ولكن لكل منها خصائص مختلفة، لذا قام العالم الروسي دمِتري مندليف بجمع العناصر المعروفة في جدول واحد.
أُطلق عليه اسم الجدول الدوري للعناصر، وقد تم تصنيفها جميعاً تبعا للعدد الذري المُمَيز لكل عنصر في صفوف أفقية وأخرى رأسية الأولى مسماة بالدورات والثانية مجموعات، وذلك كالآتي:
- المجموعة الواحدة تضم العناصر المتشابهة في الخصائص الكيميائية، كما تتضمن الدورة الواحدة العناصر التي لها نفس العدد الذري.
- الدوْرة الأولى عددها الذري واحد والثانية اثْنان وهكذا على شكل مصفوفات من أعلى إلى أسفل، والمجموعة من اليسار إلى اليمين.
أنواع العناصر الكيميائية
تنقسم العناصر إلى فلزات ولا فلزات وأشباه الفلزات، ويُمكن توضيح ذلك من خلال الآتي:
الفلزات
- عُرفت بأن لها القدرة على تكوين روابط فلزية بين بعضها البعض، عن طريق فقد إلكترونات المدار الأخير بسهولة مما يُكسبها شحنة موجبة.
- غالباً ما توجد في حالة صلبة كالحديد والصوديوم وغيرها، بخلاف الزئبق فهو الفلز الوحيد الموجود في صورة سائلة.
- تعمل على تكوين الروابط الأيونية بسهولة، لذا لديها قدرة عالية على توصيل الكهرباء، كما أنها لا تنصهر بسهولة أبداً حيث تحتاج لطاقة عالية جداً.
- من المواد الكثيفة التي تتميز بالليونة والمرونة وسهولة التشكيل، ولها مظهر معدني لامع عادة، ولكن معظمها عُرضة للتآكل بسهولة.
اللافلزات
- تمتلك خصائص مختلفة تماماً عن الفلزات، حيث يُمكنها التواجد في الحالة الصلبة أو السائلة أو الغازية
- تكتسب الإلكترونات بسهولة أثناء التفاعل، ولكنها رديئة في توصيل الكهرباء والحرارة.
- كثافتها ودرجة انصِهارها منخفضة بالنسْبة للفلزات.
أشباه الفلزات
- تُعرف أنها ما بين الفلزات واللافلزات في الشكل والخصائص، فمنها ما هو أقرب للفلزات ولكن ليس بجودة عالية ومنها ما هو أقرب للفلزات.
تابع القراءة حول: العوامل المؤثرة في سرعة التفاعل الكيميائي وقانونها وتفاصيلها
تصنيف العناصر في الجدول الدوري
للتفرقة بين العناصر والمركبات الكيميائية يجدر الذكر بأنه تم تقسيم عناصر الجدول الدوري وفقاً لخصائِصها الكيميائية والتكافؤ والوزن الذري إلى:
- فلزات قلوية: هي عناصر المجموعة الأولى كاللِيثيوم، والهيدروجين هو اللافلز الوحيد الموجود بها.
- فلزات قلوية ترابية: تُمثل المجموعة الثانية من الجدول وتمتاز بدرجة انصهار عالية كالبريليُوم.
- اللانثانيدات: تُسمى بعناصر المجموعة f لوجود إلكترونات التكافؤ في المدار f كالانثَانيوم.
- الأكتينيدات: تبدأ من الأكتنْيوم وتنتهي باللُرانسيوم.
- الفلزات الانتقالية: هي عناصر المجموعات من الثالثة إلى الثانية عشر، المدار f فيها ممتلئ بشكل جزئي.
- فلزات ما بعد الانْتقال: تشمل بعض خصائص الفلزات الانتقالية كالألمونْيوم.
- أشباه الفلزات: كالبورون والزرنيخ والسيليكون.
- اللافلزات: كالكربُون والفُسفور والنيتروجين.
- الهالوجينات: عناصر المجموعة السابعة عشر وتُعتبر مجموعة جزئية من اللافِلزات.
- الغازات النبيلة: تحمل عناصرها نفس الخصائص من اللون والرائحة وهي مستقرة جداً كيميائياً، لذا يُطلق عليها اسم الغازات الخاملة، وتحتل المجموعة الثمانية عشر في الجدول.
المركبات الكيميائية
لتوضيح الفارق بين العناصر والمركبات يجب القول بأن المركب يتكون عادةً من عدد من العناصر أقلها اثنين، حيث يندمِجا معًا فتتَكون مادة جديدة بخواص كيميائية وفيزْيائية مختلفة، ونُوضح ذلك من خلال التالي:
- النسبة التي اتحدَ بها العنصرين تظل ثابتة مهما مر عليها الزمن أو تباينت الظروف، لو اختلفت النسبة تكون مركب بخواص مختلفة.
- على سبيل المثال عندما يتحد الأكسجين والهيدروجين وكلاهما غاز لتكوين الماء سائل، فلابد أن تكون عدد ذرات الأكسجين واحد والهيدروجين اثنان لتُعطي الماء.
- لو اختلفت الذرات فكان الهيدروجين المتفاعل ذرة واحدة لأعطى الهيدروكسيد وهو مُختلف في الصيغة والخواص.
- بعض المركبات يتم وصفها تبعًا للعناصر المكونة لها، مثل ثاني أكسيد الكربون يُنطق الاسم الكيميائي له مشتقًا من الأكسجين والكربون.
الفرق بين العناصر والمركبات الكيميائية
تُوجد عدة اختلافات بينهما يُمكن حصرها في النقاط التالية:
- العنصر أحادي الذرة بينما المركب يتكون من ذرتين أو أكثر.
- العنصر مادة أولية نقية فلا يُمكن فصلها لا بالطرق الكيميائية أو الفيزيائية، بينما المركب يُمكن فصل مكوناته بالطرق الكيميائية فقط كالتحْليل الكهربائي.
- خواص المركب الناتج عن عنصرين تختلف اختلافاً جامًا عن العناصر الداخلة في تركيبه.
- من الخصائص الخاصة بالمركب إمكانية حساب كتلته المولية، وذلك باستخدام الصيغة الجزيئية الخاصة به.
يُمكنك إثراء معلوماتك والتعرف على المزيد عن: اهمية الكيمياء في حياتنا: اهمية دراسة الكيمياء
أنواع المركبات الكيميائية
بعد معرفة كل من العناصر والمركبات يجب الذكر بأن المركبات تنقسم إلى عدة أنواع تختلف تبعاً لتصنِيفتها، ويُمكن تقسيمها كالتالي:
مركبات عضوية
- هي التي تحتوي بداخلها على ذرة الكربون وذرة أساسية ضمن تكوينها.
مركبات غير عضوية
- هي التي لا تحتوي على الكربون.
مركبات الأكسيد
- تلك التي يكون الأكسجين أحد مكوناتها الأساسية، مع اختلاف عدد ذراته المشاركة في التفاعل.
الهيدريدات
- تحتوي على الهالوجينات سواء ذرة واحدة أو أكثر، حيث يُمكن تصنيف المركبات تبعًا لنوع العنصر المشارِك في تكوينها.
- تختلف تبعاً لنوع الرابطة المكونة للمركب، فهناك روابط أيونية تجمع بين المركبات الأيونية، والتي لها خاصية اكتساب بروتون مكونة أيون موجب أوالعكس فتُكون أيون سالب، ويتم الربط بينهما بروابط معبرة عن نوعهم وهي الروابط الأيونية.
- هناك مركبات جزيئية يتم التفاعل بينها باستخدام الروابط التساهمية، وتكون عبارة عن جزيئات منفصلة كالماء وفلوريد الهيدروجين والميثان وغيرهم.
تصنيف المركبات الكيميائية
بعد معرفة مفهوم العناصر والمركبات الكيميائية، يُمكن القول بأنه تصنَف المركبات تبعًا للتفاعُلات الحادثة بين عناصرها المتفاعلة، ونُوضح ذلك من خلال الآتي:
الأحماض
- عبارة عن مركبات ينتج عن ذوبانها في الماء أيون الهيدروجين الموجب مكونةً المحالِيل المائية، مثل حمض الهيدروكلوريك والنتريك والكبريتيك.
القواعد
- تُعرف بأنها المركبات المقابلة للأحماض حيث تستقبل البروتون، كأيْون الهيدروكسيد السالب الذي يتفاعل مع الهيدروجين الموجب فيُعطي الماء، ومن أمثلتها هيدروكسيد الصوديوم.
تطبيقات على العناصر والمركبات
هناك الكثير من التطبيقات الحياتية على العناصر والمركبات ويُمكننا معرفة بعضها من خلال التالي:
- عند تفاعل المركبات القاعدية مع الأحماض تعطي ملح وماء، فمثلاً هيدروكسد الصوديوم وكلوريد الهيدروجين يتفاعلان لينتُج ملح الطعام، والذي لا غنى عنه في حياتنا اليومية.
- المركبات القاعدية مكون أساسي للمنظفات المنزلية لما لها من تأثير قلوي قوي.
- تُعتبر المحاليل القاعدية والحامضية موصل جيد للكهرباء، لذا تدخُل في تصنيع العديد من الأشياء أهمها البطاريات بأنواعها، والمستخدمة في تشغيل العديد من الأشياء بدايةً من الريموت وحتى السيارة.
- تدخل المركبات الحمْضية في العديد من الصناعات، منها المواد البلاستيكية والمشروبات الغازية والمطاط وصناعة الأعلاف، إضافةً إلى الأسمدة الزراعية.
- تُستخدم العناصر والمركبات الكيميائية بشكل عام والمركبات القاعدية بشكل خاص في صناعة الأدوية، وخاصةً المضادة للحموضة المعدية.
- كما يُساعد عنصر الأكسجين في زيادة الأشتِعال فيُستخدم كوقود، كما يُستعنل مركب ثاني أكسيد الكربون في إخماد الحرائق.
- من المركبات المستخدمة كوقود غاز الميثان بالإضافة إلى الاستخدامات العديدة الأخرى.
- بعض العناصِر مثل الحديد والصلب والنحاس والألمونْيوم تمتلك فوائد كبيرة، مثل استخدامها في مواد البناء والأدوات المنزلية وغيرها.
- يُستعمل كلاً من عنصري الذهب والفضة في صناعة الحلي والأواني والعديد من الصناعات الأخرى.
- عنصر التيتانيوم يُستخدم في صناعة تقويم الأسْنان والمفاعلات النووية وغيرها.
عند البحث عن العناصر والمركبات والقراءة فيها لمعرفة مفهومها واستخدامها تجد بحرًا واسعًا، تجد أن كل عنصر موسوعة منفردة عن غيره، فمثلاً الحديد يقول الله تعالى عنه:
“وأنزلنا الحديد فيه بأس شديد ومنافع للناس”.
فتبحث فتجد أن الحديد نزل من السماء ثم استقر في الأرض، واستخرجْنا منه الصلب وما فيه من قوة عظيمة ومنافع جمة، ولو أمعنا البحث نجد أن العديد من العناصر والمركبات يستحيل حصر استخداماتها أو عددها وكذلك الصناعات المشاركة فيها.
