الكيمياء

خصائص العناصر الكيميائية.

ما هو العنصر الكيميائي؟

عنصر كيميائي ، أي مادة لا يمكن أن تتحلل إلى مواد أبسط بواسطة عمليات كيميائية عادية. العناصر هي المواد الأساسية التي تتكون منها كل المادة.

_ ملاحظات عامة.

يوجد حالياً 118 عنصراً كيميائياً معروفاً . حوالي 20 في المائة منها غير موجودة في الطبيعة (أو موجودة فقط بكميات ضئيلة) وهي معروفة فقط لأنها تم تحضيرها صناعياً في المختبر.

من بين العناصر المعروفة ، 11 (الهيدروجين والنيتروجين والأكسجين والفلور والكلور والغازات النبيلة الستة) عبارة عن غازات في الظروف العادية ، واثنان (البروم والزئبق) عبارة عن سوائل (اثنان آخران ، السيزيوم والغاليوم ، تذوب عند حوالي أو فقط فوق درجة حرارة الغرفة) ، والباقي مواد صلبة.

يمكن أن تتحد العناصر مع بعضها البعض لتشكيل مجموعة متنوعة من المواد الأكثر تعقيداً تسمى المركبات. عدد المركبات الممكنة لانهائي تقريبا. ربما يعرف المليون ، ويتم اكتشاف المزيد كل يوم.

عندما يتحد عنصران أو أكثر لتشكيل مركب ، فإنهم يفقدون هوياتهم المنفصلة ، ويكون للمنتج خصائص مختلفة تماماً عن تلك الخاصة بالعناصر المكونة.

على سبيل المثال ، يمكن أن تتحد العناصر الغازية ، الهيدروجين والأكسجين ، بخصائص مختلفة تماماً ، لتكوين الماء المركب ، الذي له خواص مختلفة تماماً عن الأكسجين أو الهيدروجين.

من الواضح أن الماء ليس عنصراً لأنه يتكون من ، ويمكن في الواقع أن يتحلل كيميائياً إلى مادتي الهيدروجين والأكسجين ؛ ومع ذلك ، فإن هاتين المادتين عنصران لأنه لا يمكن تحللهما إلى مواد أبسط بواسطة أي عملية كيميائية معروفة.

معظم عينات المواد التي تحدث بشكل طبيعي عبارة عن مخاليط فيزيائية من المركبات. فمياه البحر ، على سبيل المثال ، عبارة عن مزيج من الماء وعدد كبير من المركبات الأخرى ، وأكثرها شيوعاً هو كلوريد الصوديوم ، أو ملح الطعام.

تختلف المخاليط عن المركبات من حيث أنه يمكن فصلها إلى أجزائها المكونة من خلال العمليات الفيزيائية ؛ على سبيل المثال ، عملية التبخر البسيطة تفصل الماء عن المركبات الأخرى في مياه البحر.

_ خصائص العناصر الكيميائية.

من أهم خصائص العناصر الكيميائية:

▪️ العدد الذري.

يشير العدد الذري إلى عدد البروتونات الموجودة في قلب الذرة. العدد الذري هو مفهوم مهم للكيمياء وميكانيكا الكم. عنصر ومكانه في الجدول الدوري مشتق من هذا المفهوم.

عندما تكون الذرة محايدة كهربائياً بشكل عام ، فإن العدد الذري سوف يساوي عدد الإلكترونات في الذرة ، والتي يمكن العثور عليها حول النواة. تحدد هذه الإلكترونات بشكل أساسي السلوك الكيميائي للذرة. تسمى الذرات التي تحمل شحنات كهربائية أيونات.

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

▪️ الكتلة الذرية.

يشير الاسم إلى كتلة الذرة ، معبراً عنها بوحدات الكتلة الذرية (amu). تتركز معظم كتلة الذرة في البروتونات والنيوترونات الموجودة في النواة. يزن كل بروتون أو نيوترون حوالي 1 amu ، وبالتالي تكون الكتلة الذرية قريبة جداً دائماً من رقم الكتلة (أو النوكليون) ، مما يشير إلى عدد الجسيمات داخل نواة الذرة ؛ هذا يعني البروتونات والنيوترونات.

يمكن أن يختلف كل نظير لعنصر كيميائي في الكتلة. تشير الكتلة الذرية للنظير إلى عدد النيوترونات الموجودة في لب الذرات.

الكتلة الذرية الكلية لعنصر ما تعادل وحدات الكتلة لنظائره. يعد التواجد النسبي للنظائر في الطبيعة عاملاً مهماً في تحديد الكتلة الذرية الكلية للعنصر. بالإشارة إلى عنصر كيميائي معين، فإن الكتلة الذرية كما هو موضح في الجدول الدوري هي متوسط ​​الكتلة الذرية لجميع النظائر المستقرة للعنصر الكيميائي. يتم ترجيح المتوسط ​​من خلال الوفرة الطبيعية النسبية لنظائر العنصر.

▪️ الكهربية وفقا للبولينج.

تقيس السلبية الكهربائية ميل الذرة لسحب السحابة الإلكترونية في اتجاهها أثناء الترابط الكيميائي مع ذرة أخرى.

مقياس بولينج هو طريقة مستخدمة على نطاق واسع لترتيب العناصر الكيميائية وفقاً لسلبيتها الكهربية. طور لينوس بولينج الحائز على جائزة نوبل هذا المقياس في عام 1932.لا يتم حساب قيم السلبية الكهربائية ، بناءً على صيغة رياضية أو قياس. إنه أشبه بنطاق عملي.

أعطى Pauling العنصر ذي أعلى قيمة سلبية كهربائية ، الفلور ، بقيمة 4،0. الفرانسيوم ، العنصر ذو أدنى سلبية كهربائية ممكنة ، أعطيت قيمة 0،7. يتم إعطاء قيمة جميع العناصر المتبقية في مكان ما بين هذين الطرفين.

▪️ الكثافة.

تشير كثافة العنصر إلى عدد وحدات كتلة العنصر الموجودة في حجم معين من الوسط. تقليدياً ، يتم التعبير عن الكثافة من خلال الحرف اليوناني ro (مكتوب كـ r) ، وداخل نظام SI، يتم التعبير عن كثافة الوحدات بالكيلوجرام لكل متر مكعب (كجم / م 3). عادةً ما يتم التعبير عن كثافة العنصر بيانياً بدرجات الحرارة وضغط الهواء ، لأن هاتين الخاصيتين تؤثران على الكثافة.

▪️ نقطة الإنصهار .

تعني نقطة انصهار عنصر أو مركب درجات الحرارة التي يكون فيها الشكل الصلب للعنصر أو المركب في حالة توازن مع الشكل السائل.

عادة ما نفترض أن ضغط الهواء هو 1 جو.على سبيل المثال: درجة انصهار الماء هي 0 درجة مئوية ، أو 273 كلفن.

▪️ نقطة الغليان.

تعني نقطة غليان عنصر أو مركب درجة الحرارة التي يكون فيها الشكل السائل لعنصر أو مركب في حالة توازن مع الشكل الغازي.

عادة ما نفترض أن ضغط الهواء هو 1 جو.على سبيل المثال: درجة غليان الماء هي 100 درجة مئوية ، أو 373 كلفن.

عند نقطة الغليان ، يكون ضغط بخار عنصر أو مركب هو 1 جو.

▪️ نصف قطر Vanderwaals.

حتى عندما لا تترابط ذرتان قريبتان من بعضهما البعض ، فسوف تستمر في جذب بعضهما البعض. تُعرف هذه الظاهرة باسم تفاعل Vanderwaals.

تسبب قوى Vanderwaals قوة بين الذرتين. تصبح هذه القوة أقوى ، حيث تقترب الذرات من بعضها البعض. ومع ذلك، عندما تقترب الذرتان كثيراً من بعضهما البعض ، ستتخذ قوة رافضة إجراءً ، نتيجة الرفض المتزايد بين الإلكترونات السالبة لكلتا الذرتين.

نتيجة لذلك ، ستتطور مسافة معينة بين الذرتين ، والتي تُعرف عموماً باسم نصف قطر فاندروالس.

▪️ نصف القطر الأيوني.

نصف القطر الأيوني هو نصف القطر الذي يمتلكه أيون في البلورة الأيونية ، حيث يتم تجميع الأيونات معاً إلى نقطة حيث تكون مداراتها الإلكترونية الخارجية على اتصال مع بعضها البعض.

المدار هو المنطقة المحيطة بالذرة ، وفقاً للنظرية المدارية ، يكون احتمال العثور على الإلكترون هو الأكبر.

▪️ النظائر.

لا يحدد العدد الذري عدد النيوترونات في النواة الذرية. نتيجة لذلك ، يمكن أن يختلف عدد النيوترونات داخل الذرة. ثم قد تختلف الذرات التي لها نفس العدد الذري في الكتلة الذرية. تسمى ذرات نفس العنصر التي تختلف في الكتلة الذرية بالنظائر.

بشكل أساسي مع الذرات الأثقل التي تحتوي على عدد ذري ​​أعلى ، قد يتجاوز عدد النيوترونات داخل النواة عدد البروتونات.غالباً ما توجد نظائر نفس العنصر في الطبيعة بالتناوب أو في مخاليط.

▪️ التكوين الإلكتروني.

التكوين الإلكتروني للذرة هو وصف لترتيب الإلكترونات في دوائر حول النواة. هذه الدوائر ليست مستديرة تماماً ؛ تحتوي على نمط يشبه الموجة. لكل دائرة ، يتم وصف احتمال وجود إلكترون في مكان معين بواسطة صيغة رياضية. كل واحدة من الدوائر لديها مستوى معين من الطاقة ، مقارنة بالنواة. عادةً ما تكون مستويات طاقة الإلكترونات أعلى عندما تكون بعيدة عن القلب ، ولكن بسبب شحناتها ، يمكن للإلكترونات أيضاً أن تؤثر على مستويات طاقة بعضها البعض. عادة ما يتم ملء الدوائر الوسطى أولاً ، ولكن قد تكون هناك استثناءات بسبب الرفض.

الدوائر مقسمة إلى قذائف وأغلفة فرعية ، والتي يمكن ترقيمها عن طريق الكميات.

▪️ طاقة التأين الأول.

تعني طاقة التأين الطاقة المطلوبة لصنع ذرة أو جزيء حر يفقد إلكتروناً في الفراغ. بعبارات أخرى؛ طاقة التأين هي مقياس لقوة الروابط الإلكترونية للجزيئات. هذا يتعلق فقط بالإلكترونات الموجودة في الدائرة الخارجية.

▪️ طاقة التأين الثاني.

إلى جانب طاقة التأين الأول ، والذي يشير إلى مدى صعوبة إزالة الإلكترون الأول من الذرة ، يوجد أيضاً مقياس للطاقة للتأين الثاني.

تشير طاقة التأين الثاني هذه إلى درجة صعوبة إزالة الذرة الثانية.على هذا النحو ، هناك أيضاً طاقة التأين الثالث ، وأحياناً طاقة التأين الرابع أو الخامس.

▪️ إمكانات قياسية.

الإمكانية المعيارية تعني إمكانية تفاعل الأكسدة والاختزال ، عندما تكون في حالة توازن ، بالنسبة للصفر. عندما يتجاوز الجهد القياسي الصفر ، فإننا نتعامل مع تفاعل أكسدة. عندما تكون الإمكانية القياسية أقل من الصفر ، فإننا نتعامل مع تفاعل اختزال. يتم التعبير عن الجهد القياسي للإلكترونات بالفولت (V) ، بالرمز V0.

المراجع :

Chemical properties”, www.lenntech.com

Brian H. Mason, Roger John Tayler, J.J. Lagowski, “Chemical element”، www.britannica.com

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى