العناصر الكيميائية وأنماط التكافؤات المختلفة

في هذا المقال، سنأخذكم في رحلة معرفية حول العناصر الكيميائية والتكافؤات، إذ يعد علم الكيمياء مجالًا مثيرًا يجذب الكثير من الباحثين والمحبين.

العناصر الكيميائية

يتم تعريف العنصر الكيميائي على أنه مادة نقية لا يمكن تفكيكها بواسطة وسائل كيميائية. يتكون كل عنصر من ذرات تحتوي على عدد متطابق من البروتونات في نواتها الذرية، ويعتبر عدد البروتونات من الخصائص الرئيسية التي تميز كل عنصر.

يُعبر عن كل عنصر برقم ذري، وتشكل العناصر الكيميائية جميع المواد الباريونية في الكون. حتى الآن، تم التعرف على 118 عنصرًا، حيث يوجد 94 منها بشكل طبيعي على سطح الأرض، بينما تم إنتاج العناصر الـ24 المتبقية اصطناعيًا من خلال تفاعلات نووية.

باستثناء العناصر المشعة غير المستقرة (النويدات المشعة) التي تتحلل بسرعة، تتوفر معظم العناصر تقريبًا بكميات صناعية مختلفة. كما أن دمج العناصر المختلفة قد يؤدي إلى تفاعلات كيميائية تشكل المركبات، نتيجة للروابط الكيميائية التي تربط الذرات معًا.

الكثير من العناصر الطبيعية لا توجد في حالة نقية، حيث يظهر معظمها كمركبات أو مخاليط. على سبيل المثال، يتكون الهواء الجوي في الأساس من مزيج من عناصر مثل النيتروجين والأكسجين والأرجون.

ينسب الكثير من الفهم الحالي للعناصر إلى ديمتري مندليف، الكيميائي الروسي الذي نشر الجدول الدوري الأول القابل للاعتراف في عام 1869. يلخص هذا الجدول خصائص العناصر الكيميائية ويقيمها بناءً على ترتيب تصاعدي للرقم الذري، حيث تشترك الأعمدة (المجموعات) في خصائص فيزيائية وكيميائية متكررة (الدورة).

يسمح الجدول الدوري للكيميائيين باشتقاق العلاقات بين العناصر المختلفة، والتنبؤ بسلوك العناصر النظرية غير المكتشفة، مما يجعل اكتشاف عناصر جديدة مجالًا مستمرًا للبحث العلمي.

تابع أيضًا:

العدد الذري

العدد الذري هو عدد البروتونات الموجودة في نواة الذرة، ويعتبر مفهومًا محوريًا في الكيمياء وميكانيكا الكم. العنصر ومكانه في الجدول الدوري مستمدان من هذا المفهوم.

عند كون الذرة محايدة، يتساوى العدد الذري مع عدد الإلكترونات الموجودة حول النواة. تحدد هذه الإلكترونات السلوك الكيميائي للذرة، وتسمى الذرات التي تحمل شحنات كهربائية بالأيونات.

يمكن أن تحتوي الأيونات على عدد من الإلكترونات إما أكبر (سالبة الشحنة) أو أقل (موجبة الشحنة) من العدد الذري.

السالبية الكهربائية وفقًا لبولينج

تشير السالبية الكهربائية إلى قدرة الذرة على جذب السحابة الإلكترونية نحوها أثناء الترابط الكيميائي مع ذرة أخرى. مقياس بولينج هو أداة مستخدمة على نطاق واسع لترتيب العناصر الكيميائية حسب سالبية الكهربائية، وقد طوره لينوس بولينج الحائز على جائزة نوبل في عام 1932.

القيم الخاصة بالسالبية الكهربائية لا تُحسب بناءً على معادلة رياضية أو قياس دقيق، بل تعتمد على نطاق عملي. أعطى بولينج أعلى قيمة سلبية كهربائية للفلور، وهي 4.0، بينما حصل الفرانسيوم على أدنى قيمة سلبية كهربائية 0.7. تُعطى قيم العناصر الباقية ضمن هذا النطاق.

نقطة الانصهار

تعني نقطة انصهار العنصر أو المركب درجة الحرارة التي يتوازن فيها الشكل الصلب مع الشكل السائل، وعادة ما نفترض أن الضغط الجوي هو 1 جو. على سبيل المثال، درجة انصهار الماء هي 0 درجة مئوية، أو 273 كلفن.

نقطة الغليان

تشير نقطة غليان العنصر أو المركب إلى درجة الحرارة التي يتوازن عندها الشكل السائل مع الشكل الغازي، وعادة ما نفترض أن الضغط الجوي هو 1 جو. على سبيل المثال، تبلغ درجة غليان الماء 100 درجة مئوية، أو 373 كلفن، حيث يكون ضغط بخار العنصر أو المركب 1 جو.

تابع أيضًا:

النظائر

لا يحدد العدد الذري عدد النيوترونات في نواة الذرة، مما يعني أنه يمكن أن يتباين عدد النيوترونات داخل الذرة. وبالتالي، فإن الذرات التي لها نفس العدد الذري قد تختلف في الكتلة الذرية. تُسمى ذرات نفس العنصر التي تختلف في الكتلة الذرية بالنظائر.

بالإضافة إلى ذلك، تحتوي الذرات الأثقل، التي تتمتع بعدد ذري أعلى، على عدد من النيوترونات يتجاوز عدد البروتونات داخل اللب. وغالبًا ما توجد نظائر نفس العنصر في الطبيعة في مقادير مختلطة أو متناوبة.

مثال

يمتلك الكلور عدد ذري 17، مما يعني أن جميع ذرات الكلور تحتوي على 17 بروتونًا في نواتها. يوجد نوعان من النظائر، حيث تحتوي ثلاثة أرباع ذرات الكلور على 18 نيوترون، بينما يحتوي الربع المتبقي على 20 نيوترون. الكتل الذرية لهذه النظائر هي 35 و37، وتكتب النظائر كالتالي: 35Cl و37Cl.

عندما ملاحظة النظائر بهذا الشكل، لا حاجة لذكر عدد البروتونات والنيوترونات بشكل منفصل. كما أن رمز الكلور في الجدول الدوري (Cl) تم تخصيصه في المركز السابع عشر، مما يشير بالفعل إلى عدد البروتونات. يمكن للأفراد حساب عدد النيوترونات بسهولة من خلال رقم الكتلة، وتبقى نسبة كبيرة من النظائر غير مستقرة، حيث تتفكك خلال عمليات التحلل الإشعاعي.

لا تفوت قراءة:

التكافؤ

في الكيمياء، يُعتبر التكافؤ مقياسًا لقوة ارتباط العنصر بالذرات الأخرى. وعندما يشكل العناصر مركبات كيميائية أو جزيئات، إليكم الآن التكافؤات المختلفة للعناصر الكيميائية:

1. الهيدروجين: العدد الذري: 1 & التكافؤ: 1
2. الهيليوم: العدد الذري: 2 & التكافؤ: 0
3. الليثيوم: العدد الذري: 3 & التكافؤ: 1
4. البيريليوم: العدد الذري: 4 & التكافؤ: 2
5. البورون: العدد الذري: 5 & التكافؤ: 3
6. الكربون: العدد الذري: 6 & التكافؤ: 4,2
7. النيتروجين: العدد الذري: 7 & التكافؤ: 5,3
8. الأكسجين: العدد الذري: 8 & التكافؤ: 2
9. الفلور: العدد الذري: 9 & التكافؤ: 1
10. النيون: العدد الذري: 10 & التكافؤ: 0
11. الصوديوم: العدد الذري: 11 & التكافؤ: 1
12. الماغنسيوم: العدد الذري: 12 & التكافؤ: 2
13. الألمونيوم: العدد الذري: 13 & التكافؤ: 3
14. السيليكون: العدد الذري: 14 & التكافؤ: 4
15. الفسفور: العدد الذري: 15 & التكافؤ: 5,3
16. الكبريت: العدد الذري: 16 & التكافؤ: 6,4,2
17. الكلور: العدد الذري: 17 & التكافؤ: 7,5,3,1
18. الأرجون: العدد الذري: 18 & التكافؤ: 0
19. البوتاسيوم: العدد الذري: 19 & التكافؤ: 1
20. الكالسيوم: العدد الذري: 20 & التكافؤ: 5,3
21. السكانديوم: العدد الذري: 21 & التكافؤ: 3
22. التيتانيوم: العدد الذري: 22 & التكافؤ: 4,3

تكافؤات أخرى

• الفناديوم: العدد الذري: 23 & التكافؤ: 5,4,3,2
• الكروم: العدد الذري: 24 & التكافؤ: 6,3,2,0
• المنجنيز: العدد الذري: 25 & التكافؤ: 7,6,4,3,2
• الحديد: العدد الذري: 26 & التكافؤ: 3,2,0
• الكوبالت: العدد الذري: 27 & التكافؤ: 3,2
• النيكل: العدد الذري: 28 & التكافؤ: 3,2,0
• النحاس: العدد الذري: 29 & التكافؤ: 2,1
• الزنك: العدد الذري: 30 & التكافؤ: 2
• الجاليوم: العدد الذري: 31 & التكافؤ: 3,2
• الجيرمانيوم: العدد الذري: 32 & التكافؤ: 4
• الزرنيخ: العدد الذري: 33 & التكافؤ: 5,3
• السيلينيوم: العدد الذري: 34 & التكافؤ: 6,4,2
• البروم: العدد الذري: 35 & التكافؤ: 7,5,3,1
• الكربتون: العدد الذري: 36 & التكافؤ: 0
• الروبيديوم: العدد الذري: 37 & التكافؤ: 1
• السترانشيوم: العدد الذري: 38 & التكافؤ: 2
• الإيتيريوم: العدد الذري: 39 & التكافؤ: 3
• الزركونيوم: العدد الذري: 40 & التكافؤ: 4
• النيوبيوم: العدد الذري: 41 & التكافؤ: 3,5
• الموليبيدنيوم: العدد الذري: 42 & التكافؤ: 0,2,3,4,5,6
• التكنيتيوم: العدد الذري: 43 & التكافؤ: 2,3,4,6,7
• الروثينيوم: العدد الذري: 44 & التكافؤ: 0,3,4,6,8
• الروديوم: العدد الذري: 45 & التكافؤ: 3,4
• البلاديوم: العدد الذري: 46 & التكافؤ: 0,2,4
• الفضة: العدد الذري: 47 & التكافؤ: 1
• الكادميوم: العدد الذري: 48 & التكافؤ: 2
• الإنديوم: العدد الذري: 49 & التكافؤ: 1,3

تكافؤات متنوعة

• القصدير: العدد الذري: 50 & التكافؤ: 2,4
• الأنتيمون: العدد الذري: 51 & التكافؤ: 3,5
• التيلوريم: العدد الذري: 52 & التكافؤ: 2,4,6
• اليود: العدد الذري: 53 & التكافؤ: 1,3,5,7
• الزينون: العدد الذري: 54 & التكافؤ: 0
• السيزيوم: العدد الذري: 55 & التكافؤ: 1
• الباريوم: العدد الذري: 56 & التكافؤ: 2
• اللانثانوم: العدد الذري: 57 & التكافؤ: 3
• السيريوم: العدد الذري: 58 & التكافؤ: 3,4
• البراسيوديميوم: العدد الذري: 59 & التكافؤ: 3
• النيوديوم: العدد الذري: 60 & التكافؤ: 3
• البروميثيوم: العدد الذري: 61 & التكافؤ: 3
• الساماريوم: العدد الذري: 62 & التكافؤ: 2,3

مجموعة مختلفة من التكافؤات

• اليوروبيوم: العدد الذري: 63 & التكافؤ: 2,3
• الجادولينيوم: العدد الذري: 64 & التكافؤ: 3
• التريبيوم: العدد الذري: 65 & التكافؤ: 3
• الديسبروسيوم: العدد الذري: 66 & التكافؤ: 3
• الهولميوم: العدد الذري: 67 & التكافؤ: 3
• الإبريوم: العدد الذري: 68 & التكافؤ: 3
• الثوليوم: العدد الذري: 69 & التكافؤ: 2,3
• الاِيتربيوم: العدد الذري: 70 & التكافؤ: 2,3
• لوتيتيوم: العدد الذري: 71 & التكافؤ: 3
• الهافنيوم: العدد الذري: 72 & التكافؤ: 4
• التنتالوم: العدد الذري: 73 & التكافؤ: 3,5
• التنجستين: العدد الذري: 74 & التكافؤ: 0,2,4,5,6
• الرينيوم: العدد الذري: 75 & التكافؤ: 1,4,7
• الأوزميوم: العدد الذري: 76 & التكافؤ: 0,2,3,4,6,8
• الإريديوم: العدد الذري: 77 & التكافؤ: 3,4
• البلاتين: العدد الذري: 78 & التكافؤ: 0,2,4
• الذهب: العدد الذري: 79 & التكافؤ: 1,3
• الزئبق: العدد الذري: 80 & التكافؤ: 1,2
• الثاليوم: العدد الذري: 81 & التكافؤ: 1,3
• الرصاص: العدد الذري: 82 & التكافؤ: 2,4
• البزموث: العدد الذري: 83 & التكافؤ: 3,5
• البولونيوم: العدد الذري: 84 & التكافؤ: 2,3,4
• الأستاتين: العدد الذري: 85 & التكافؤ: 1,3,5,7
• الرادون: العدد الذري: 86 & التكافؤ: 0
• الفرنسيوم: العدد الذري: 87 & التكافؤ: 1
• الراديوم: العدد الذري: 88 & التكافؤ: 2
• الاّكتينيوم: العدد الذري: 89 & التكافؤ: 3
• الثوريوم: العدد الذري: 90 & التكافؤ: 4
• البروتكتينيوم: العدد الذري: 91 & التكافؤ: 4,5
• اليورانيوم: العدد الذري: 92 & التكافؤ: 3,4,5,6
• النبتونيوم: العدد الذري: 93 & التكافؤ: 2,3,4,5,6
• البلوتونيوم: العدد الذري: 94 & التكافؤ: 2,3,4,5,6
• الأمريكيوم: العدد الذري: 95 & التكافؤ: 2,3,4,5,6

مجموعة أخرى من التكافؤات

• الكوريوم: العدد الذري: 96 & التكافؤ: 2,3,4
• البركليوم: العدد الذري: 97 & التكافؤ: 2,3,4
• الكاليفورنيوم: العدد الذري: 98 & التكافؤ: 2,3,4
• الأينشتينيوم: العدد الذري: 99 & التكافؤ: 2,3
• الفرميوم: العدد الذري: 100 & التكافؤ: 2,3
• المندليفيوم: العدد الذري: 101 & التكافؤ: 2,3
• النوبليوم: العدد الذري: 102 & التكافؤ: 2,3
• اللورنسيوم: العدد الذري: 103 & التكافؤ: 3