أشكال وجود العناصر الكيميائية
نادراً ما توجد العناصر الكيميائية بشكل منفرد في الطبيعة. ويمكن أن تتواجد في ثلاثة أشكال رئيسية:
- ضمن تركيب المواد المركبة. تميل معظم العناصر لتكوين مركبات متنوعة. على سبيل المثال، يعد الأكسجين جزءاً هيكلياً من الماء، وثاني أكسيد الكربون، والرمل، وحَمض الكبريتيك، والسكريات، وحتى الأدوية المعقدة (مثل الأسبرين).
- على شكل مواد بسيطة. يمكن لبعض العناصر التواجد في شكل حر، مكونة جزيئات من نفس الذرات. ومثال واضح على ذلك غاز الأكسجين ($O_2$) والأوزون ($O_3$).
- الغازات النبيلة (الخاملة). مجموعة فريدة من العناصر: الهيليوم، النيون، الأرجون، الكريبتون، الزينون، والرادون. توجد في الطبيعة حصرياً على شكل ذرات منفردة ومستقلة. ويمكن العثور عليها كشوائب في الهواء الجوي، أو مذابة في الماء، وكذلك في تجويفات الشبكات البلورية للمعادن المختلفة.
النظائر والرموز
لكل عنصر كيميائي رمز يتكون من حرف أو حرفين أوليين من اسمه اللاتيني. ومن المثير للاهتمام أنه في عدد من الحالات لا يتطابق هذا الرمز صوتياً على الإطلاق مع الاسم الروسي المعتاد. على سبيل المثال، يُرمز للحديد بـ Fe (Ferrum)، وللزئبق بـ Hg (Hydrargyrum).
غالباً ما تمتلك العناصر الكيميائية أنواعاً مختلفة من الذرات تُسمى النظائر. النظائر هي أنواع من ذرات العنصر نفسه التي تختلف عن بعضها البعض فقط في الكتلة الذرية، بينما تتطابق تقريباً تماماً في بقية الخصائص الكيميائية. والمثال الكلاسيكي هو الهيدروجين العادي (الخفيف) والهيدروجين الثقيّل. الماء الذي يدخل في تركيب الهيدروجين الثقيل ("الماء الثقيل") يختلف عن الماء الطبيعي في الخصائص الفيزيائية، ولكنه من وجهة نظر الكيمياء يظل نفس المادة.
الانتشار في القشرة الأرضية
تتوزع العناصر في الطبيعة بشكل غير متساوٍ للغاية. توضح البيانات أدناه محتوى بعض العناصر الرئيسية في القشرة الأرضية (نسبة مئوية بالكتلة):
| الاسم | الرمز | النسبة المئوية بالكتلة (%) |
|---|---|---|
| الأكسجين | O | 47,1 |
| السليكون | Si | 27,7 |
| الألومنيوم | Al | 8,2 |
| الحديد | Fe | 4,1 |
| الكالسيوم | Ca | 4,1 |
القانُون الدوري وأنواع الجداول
يوجد اليوم في الكيمياء عدة خيارات لعرض الجدول الدوري:
- طويل الأقسام (طويل الدورة). تُصطف جميع عناصر الدورة في صف واحد، بينما تشكل المجموعات الرئيسية (A) والففرعية (B) أعمدة منفصلة.
- قصير الأقسام (قصير الدورة). تنقسم الدورات الرابعة والخامسة والسادسة إلى صفين، ويتم دمج المجموعات A وB التي تحمل نفس الأرقام في أعمدة مشتركة.
- خيار الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC). موصى به من قبل الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية. فيه تُرقّم المجموعات ببساطة من 1 إلى 18، وعادة ما يتم حذف اسم د. إ. مندلييف في العنوان.
توجد في كل دورة من الجدول بالضبط 10 فلزات انتقالية. وفقاً لفكرة مندلييف الكلاسيكية، يحتوي الجدول على 8 مجموعات، حيث تنتمي المجموعة VIIIB إلى ثلاثة فلزات انتقالية من كل دورة دفعة واحدة.
الوظيفة التنبؤية وطريقة القياس المماثل
منذ أكثر من 100 عام، يظل القانون الدوري الدليل الرئيسي في البحوث الكيميائية. فهو يقلل بشكل حاد من حجم المواد المراد حفظها وله وظيفة تنبؤية - فهو يتيح التنبؤ بخصائص المواد التي لم تدرس بعد بناءً على نظائرها المعروفة.
لنحلل طريقة القياس المماثل عملياً. لنفترض أننا بحاجة إلى كتابة تفاعل بين هيدروكسيد الروبيديوم ($RbOH$) وسيلينيد الهيدروجين ($H_2Se$). قد تكون مركبات هذه العناصر غير مألوفة لنا، لذلك نبحث عن نظائر حسب المجموعة:
- اليبروبيوم ($Rb$) هو نظير للصوديوم ($Na$) والبوتاسيوم ($K$)، لذا فإن $RbOH$ يعتبر قاعدة نمطية (قلوي).
- سيلينيد الهيدروجين ($H_2Se$) هو نظير لكبريتيد الهيدروجين ($H_2S$)، وبالتالي، فإنه يُظهر خصائص حمضية واضحة.
- النتيجة هي معادلة التفاعل: $2RbOH + H_2Se = Rb_2Se + 2H_2O$.
من المهم أن نتذكر أن عناصر المجموعة الواحدة هي نظائر وليست نسخاً مطابقة تماماً. عند التحرك في المجموعة من الأعلى إلى الأسفل، تتغير الخصائص كمياً وتزداد الخصائص الفلزية. هكذا، في المجموعة الرابعة، يُستبدل اللافلز الكربون ($C$) بالفلز الرصاص ($Pb$)، وفي المجموعة الخامسة، يُستبدل النيتروجين ($N$) بالبزموت. لوحظ أيضاً تناظر مinteresting: تُظهر مركبات الفلزات الانتقالية واللافلزات في حالات الأكسدة العليا تشابهاً ملحوظاً (على سبيل المثال، برمنجنات البوتاسيوم $KMnO_4$ تشبه بيركلورات البوتاسيوم $KClO_4$).
تحدث أحياناً شذوذات غير متوقعة. حتى عام 1962، كانت الغازات النبيلة تُعتبر خاملة تماماً بتكافؤ يساوي صفراً. ولكن بعد ذلك، تم الحصول على أول مركب كيميائي للزينون وهو هيكسافلوروپلاتينات الزينون ($XePtF_6$). تُعرف اليوم عشرات المركبات للزينون والكريبتون. كما تم اكتشاف حالات أكسدة شاذة وعالية بشكل غير معتاد (+5 و +7) للثقيلة فلزات - وتم الحصول على الفلوريدات المقابلة للذهب.
باختصار: إجابات عن أسئلة حول الموضوع
ما هي العناصر الكيميائية التي تنتمي إلى العناصر الكبرى (المكونة للأعضاء الحية) في جسم الإنسان؟
في الكائنات الحية، تأتي 98% من التركيبة من أربعة عناصر مكونة للأعضاء الحية: الكربون، الأكسجين، النيتروجين، والهيدروجين.
- الكربون (C) - ينتمي إلى العناصر المكونة للأعضاء
- الأكسجين (O) - ينتمي إلى العناصر المكونة للأعضاء
- النيتروجين (N) - ينتمي إلى العناصر المكونة للأعضاء؛ وهو مكون هيكلي للبروتينات، والنيوكليوتيدات، والإنزيمات المساعدة
- الهيدروجين (H) - ينتمي إلى العناصر المكونة للأعضاء
ما هي المركبات الكيميائية القادرة على تكوينها الغازات النبيلة الزينون والكريبتون؟
العديد من مركبات الكريبتون والزينون مع الفلور والأكسجين معروفة. وكان أول مركب كيميائي للزينون تم الحصول عليه في عام 1962 هو هيكسافلوروپلاتينات الزينون.
- مركبлت زينون (Xe) — مركبات مع الفلور والأكسجين
- مركبات كريبتون (Kr) — مركبات مع الفلور والأكسجين
- سداسي فلوروبلاتينات الزينون (XePtF6) — أول مركب كيميائي للزينون تم الحصول عليه في عام 1962
ما العناصر التي تنتمي إلى الفلزات الانتقالية في الجدول الدوري؟
يوجد في الجدول الدوري لمندليف 10 فلزات انتقالية في كل دورة، والتي تنتمي إلى كتلة d (d-block). يبدأ امتلاء مستوى الفرعي d بعد فلزات الأقتراض الأرضي وعناصر s، ليغطي العناصر من السكاند ضمناً حتى الزنك.
- فلزات كتلة d (d-block) — عناصر ذات مستوى فرعي d قيد الامتلاء
- العناصر من السكانديوم إلى الزنك (Sc — Zn) — فلزات انتقالية في الدورة الرابعة
ما حالات التكسد التي يمكن أن يظهرها الذهب في مركباته؟
ينتمي الذهب إلى المجموعة IB، والتي تُظهر حالة أكسدة نموذجية قدرها +1. توضح المراجع أيضاً مثالاً على كلوريد الذهب (III) وتذكر تحضير فلوريدات الذهب بحالات أكسدة شاذة عالية تبلغ +5 و+7.
- حالة الأكسدة +1 (+1) — نموذجية للمجموعة IB
- حالة الأكسدة +3 (+3) — تُستنتج من مثال كلوريد الذهب (III) (AuCl3)
- حالة الأكسدة +5 (+5) — حالة أكسدة شاذة عالية في فلوريدات الذهب
- حالة الأكسدة +7 (+7) — حالة أكسدة شاذة عالية في فلوريدات الذهب
ما العناصر الكيميائية التي تعمل كعوامل مرافق (عوامل مساعدة) في المراكز النشطة للإنزيمات؟
تعمل الفلزات كعوامل مساعدة على تثبيت بنية المركز النشط للإنزيمات، وتشارك في تفاعلات الأكسدة والختزل أو تقطب الروابط.
- الزنك (Zn2+) — الأنهيدراز الكربوني، كحول ديشيدروجيناز، الببتيداز
- المغنيسيوم (Mg2+) — الإنزيمات المستندة إلى ATP، الفسفوهيدرولاز
- المنغنيز (Mn2+) — الأرغيناز، ديسميوتاز الفائق
- الحديد (Fe2+/Fe3+) — السيتوكرومات، الكاتالاز، البيروكسيداز، الأكونيتيز
- النحاس (Cu2+) — سيتوكروم أوكسيداز، التيروسيناز
- الموليبدنوم (Mo2+) — زانثين ديشيدروجيناز
أسئلة من المحاضرات والامتحانات
ما جوهر طريقة القياس التناظري عند دراسة كيمياء العناصر؟
تيح هذه الطريقة التنبؤ بالخواص الكيميائية لمركب ما إذا كنت تعرف خواص نظيره في نفس المجموعة في الجدول الدوري (على سبيل المثال، يتم التنبؤ بخواص الروبيديوم بناءً على البوتاسيوم).
بماذا تختلف النظاهر عن بعضها البعض؟
هذه أشكال مختلفة لذرات نفس العنصر، تختلف فيما بينها فقط في الكتلة ولكنها تمتلك نفس الخواص الكيميائية تماماً.
هل صحيح أن الغازات النبيلة لا يمكنها الدخول في تفاعلات كيميائية؟
حتى عام 1962، كان الاعتقاد سائدًا كذلك. ومع ذلك، تم الحصول الآن على العديد من المركبات الكيميائية المستقرة للكريبتون والزينون مع الفلور والأكسجين.
مواضيع أخرى للمراجعة في نفس السياق
- تحديد العنصر والنظير بناءً على بنية نواة الذرة
- الخصائص المقارنة والتآصر الكيميائي للعناصر داخل نفس المجموعة
- حساب المكافئات الكيميائية للمواد البسيطة
- أسباب تعزيز الخواص الفلزية في المجموعات الفرعية من الأعلى إلى الأسفل
ادرس الموضوع بالكامل ضمن كورس «الكيمياء»
إليك ملخص موجز. الكورس يغطي كل ما يُسأل عنه في المحاضرات والامتحانات.
- دليل منهجي كامل حول موضوع «العناصر الكيميائية» و3,009 صفحة أخرى من المادة
- تمارين واختبارات بعد كل موضوع — تماماً كما في الاختبار الشفوي (الكولوكيوم)
- المعلم الذكي (AI-tutor) سيجيب عن أي سؤال يخص الموضوع في أي وقت
- 95 درس فيديو للمادة
مواضيع أخرى من قسم «الفصل 1. المواد. الخواص والتركيب»
تم إعداد المادة بواسطة أعضاء هيئة التدريس في WhiteCoat Pro وفقاً للمنهج الدراسي لكليات الطب. وهي ذات طابع تعليمي.