العناصر والذرات

العناصر والجدول الدوري. الخصائص الفيزيائية والكيميائية. المركبات الكيميائية. تركيب الذرات. خصائص مكثفة وواسعة النطاق.

هل هناك مواد نقية 100٪؟. ماذا يوجد داخل هذه المواد النقية؟. على سبيل المثال، دعونا نفكر في الذهب الخالص. ماذا يوجد داخل الذهب؟. هل يمكن فصل الذهب إلى مادة أصغر؟. ماذا يوجد داخل الماء الذي نشربه؟.

الذهب والماء فئتان مختلفتان جدًا من المواد. يعتبر الذهب عنصرًا بينما يعتبر الماء مركبًا. وهكذا فإن المادة النقية يمكن أن تكون إما عنصرًا أو مركبًا. يتكون المركب من عنصرين أو أكثر متحدين كيميائيًا بنسب دقيقة.

يتكون الماء من جزئين من عنصر الهيدروجين وجزء واحد من عنصر الأكسجين. يتكون الملح من جزء واحد من الصوديوم وجزء واحد من الكلور. يتكون الأمونيا من جزء واحد من النيتروجين وأربعة أجزاء من الهيدروجين.

لا يتغير هذا التركيب، بغض النظر عما إذا كان الماء يأتي من صنبور في الولايات المتحدة، أو نهر اليانغتسي في الصين، أو القمم الجليدية على المريخ. يجب استخدام طريقة كيميائية للحصول على العناصر من المركبات. تشكل معظم العناصر مركبًا عند تفاعلها مع عنصر واحد أو أكثر.

وهذا ملخص لما درسناه حتى الآن. المادة إما أن تكون خليطًا أو مادة نقية. تكون المخاليط إما متجانسة أو غير متجانسة. يمكن فصل المخاليط إلى مواد نقية باستخدام الوسائل الفيزيائية. المواد النقية هي إما مركبات أو مجرد عناصر.

فما هي العناصر في الحقيقة؟. كم عدد العناصر الموجودة في العالم؟. هناك 118 عنصرًا في الجدول الدوري الحديث. كل شيء في هذا العالم، بما في ذلك أنت وأنا، مصنوع من هذه العناصر. يستخدم الكيميائيون الأبجدية لتمثيل هذه العناصر. الحرف الأول من رمز العنصر يكون دائمًا بأحرف كبيرة، ولكن الحرف الثاني لا يكون أبدًا بأحرف كبيرة.

عادةً ما تتوافق الرموز مع أسمائها الفعلية. ومع ذلك، فإن بعض رموز بعض العناصر مستمدة من أسمائها اللاتينية. ومن الأمثلة على ذلك الذهب للذهب، والحديد للحديد، والصوديوم للصوديوم.

دعونا نعود إلى بعض الأسئلة التي تناولناها من قبل. لماذا تنتج بعض المواد فقاعات؟. لماذا تطلق بعض المواد الغازات عند خلطها بمواد أخرى؟. لماذا تنفجر بعض المواد عند دمجها مع مواد كيميائية أخرى؟.

ولكي نفهم ذلك، دعونا ننظر إلى أمرين آخرين. يمكن أيضًا التعرف على المواد من خلال خصائصها بالإضافة إلى تركيبها. ما هي خصائص المادة؟. خصائص المادة هي اللون ونقطة الانصهار ونقطة الغليان والكثافة. هذه هي الخصائص الفيزيائية.

يمكن قياس وملاحظة الخاصية الفيزيائية دون تغيير تركيب المادة أو هويتها. على سبيل المثال، يمكننا قياس نقطة انصهار الجليد عن طريق تسخين كتلة من الجليد وتسجيل درجة الحرارة التي يتحول عندها الجليد إلى ماء. يختلف الماء عن الجليد في المظهر فقط. كلاهما لهما نفس التركيبة. لذلك هذا هو التغيير الجسدي. يمكننا تجميد الماء لاستعادة الجليد الأصلي. لذلك فإن درجة انصهار الماء هي سمة فيزيائية.

ومن ناحية أخرى، تؤدي الخاصية الكيميائية إلى إحداث تغيير في البنية والتركيب. بمعنى آخر، نقوم بإجراء تغيير كيميائي. العبارة "يحترق غاز الهيدروجين في غاز الأكسجين لتكوين الماء" تصف خاصية كيميائية. في هذه الحالة يسمى هذا التغيير الكيميائي بالحرق. بعد التغيير، سوف تختفي المواد الأصلية، غاز الهيدروجين والأكسجين، وسوف تحل محلها مادة كيميائية مختلفة، وهي الماء. لا يمكننا استعادة الهيدروجين والأكسجين من الماء عن طريق تغيير فيزيائي مثل غليه أو تجميده.

على سبيل المثال، في كل مرة نقوم فيها بغلي بيضة، فإننا نحدث تغييرًا كيميائيًا. عندما يتعرض الصفار وبياض البيض للتسخين، يتعرضان لتفاعلات تؤدي إلى تغيير ليس فقط مظهرهما الفيزيائي ولكن تركيبهما الكيميائي أيضًا. وبمجرد تناولها، تتغير البيضة مرة أخرى، بواسطة الإنزيمات. وتعتبر هذه العملية الهضمية مثالاً آخر للتغير الكيميائي. إن ما يحدث خلال هذه العملية يعتمد على الخصائص الكيميائية للأنزيمات المحددة والطعام المعني.

فما هي البنية الحقيقية للمركب؟. يتكون المركب من العديد من العناصر. نقوم بتجميع أنواع مختلفة من الذرات باستخدام مصطلح العنصر. في القرن الخامس قبل الميلاد، عبر الفيلسوف اليوناني ديمقريطس عن فكرة. وقال إن المادة كلها تتكون من جزيئات صغيرة جدًا غير قابلة للتجزئة. ولم يقبل كثير من الناس هذه الفكرة. ومع ذلك أصبح هذا هو أساس الذرة. وفي عام 1808، توصل عالم آخر إلى تعريف دقيق للمكونات غير القابلة للتجزئة للمادة.

لقد شكلت فكرة العالم دالتون بداية الكيمياء الحديثة. واقترح ما يلي:. تتكون العناصر من جزيئات صغيرة للغاية تسمى الذرات. تكون ذرات عنصر معين متطابقة في الحجم والكتلة والخصائص الأخرى. تختلف ذرات العناصر المختلفة في الحجم والكتلة والخصائص الأخرى.

لا يمكن تقسيمها، أو إنشاؤها، أو تدميرها. تتحد ذرات العناصر المختلفة بنسب أعداد صحيحة بسيطة لتكوين مركبات كيميائية. في التفاعل الكيميائي يمكن أن يحدث للذرات ما يلي:. يمكن دمجهما معًا. يمكن فصلهم عن بعضهم البعض. ويمكن إعادة ترتيبها فيما بين بعضها البعض.

هل الذرات غير قابلة للكسر؟. قام عالم يُدعى جيه جيه تومسون بفحص شعاع يُسمى أشعة الكاثود باستخدام أنبوب كروكس. إنها عبارة عن حاوية زجاجية محكمة الغلقفي الداخل يوجد فراغ ويوجد قطبين. عندما يتم تطبيق الجهد عبر الأقطاب الكهربائية، يتم توليد أشعة الكاثود. لقد ضربوا الزجاج في الطرف المقابل للأنبوب وأعطوا توهجًا في تلك البقعة.

اكتشف أن أشعة المسار يمكن أن تتغير بواسطة مجال كهربائي. وخلص إلى أن هذه الأشعة تتكون من جزيئات خفيفة الوزن للغاية مشحونة سلبًا. قام بقياس نسبة كتلتهم إلى شحنتهم. ووجد أن حجمها أصغر بـ 1800 مرة من حجم الهيدروجين. الهيدروجين هو أصغر ذرة. إذا كانت الإلكترونات أصغر من أصغر الذرات، فلا بد أن تكون أجزاء من الذرات.

توصل تومسون إلى فكرة تمثيل بودنغ البرقوق. وقال إن الذرات قابلة للكسر. الذرة لها بنية. الإلكترونات المعلقة في مجال كهربائي مشحون إيجابيا. يجب أن يكون له شحنة موجبة لمعادلة الشحنة السالبة للإلكترونات وجعل الذرة محايدة. كتلة الذرة هي بسبب إلكتروناتها. الذرة عبارة عن مساحة فارغة في الغالب عند مقارنتها بحجم الإلكترون. وهذا يقودنا إلى تجربة رقاقة الذهب التي أجراها رذرفورد.

كيف يمكنك إثبات أن شيئاً ما فارغ؟. لقد استخدم رقاقة مصنوعة من ذرات كبيرة كهدف. لقد كانت رقاقة رقيقة جدًا. ثم استخدم جزيئات صغيرة جدًا كرصاص لإطلاقها على هذه الرقاقة. كانت الجسيمات ذات طاقة عالية. إذا كان وزنها صغيرًا جدًا، فإن إلكترونات الذرة قد تؤثر عليها. لذلك كان لا بد أن يكونوا أثقل من الإلكترونات. ومن ثم استخدم جسيمات ألفا كرصاصة ورقاقة ذهبية رقيقة. جسيمات ألفا لها كتلة تساوي 4 وحدات كتلة ذرية. يحتوي الذهب على كتلة تساوي 197 وحدة كتلة ذرية. الذهب قابل للطرق بشكل كبير.

ارتدت حوالي 001% من الجزيئات عن رقاقة الذهب. حوالي 2% من الجسيمات مرت عبر الرقاقة ولكنها انحرفت بسبب الزوايا الكبيرة. أكثر من 98% من جسيمات ألفا مرت مباشرة عبر رقاقة الذهب دون انحراف.

الذرة الحديثة. نحن نعلم أن الذرات تتكون من ثلاثة أجزاء رئيسية - البروتونات والنيوترونات والإلكترونات. تحتوي النواة على بروتونات ونيوترونات. يبلغ قطر النواة حوالي 10^-13 سم فقط.

تتحرك الإلكترونات خارج النواة. متوسط المسافة بينهما حوالي 10^-8 سم. لذلك فإن نصف قطر الذرة أكبر بحوالي 10^5 مرة من نصف قطر النواة.

تعتمد دراسة الكيمياء بشكل كبير على القياس. على سبيل المثال، يستخدم الكيميائيون القياسات لمقارنة خصائص المواد المختلفة وتقييم التغييرات الناتجة عن تجربة ما. ولكن كيف نقيس خصائص المادة؟. العناصر والمركبات صغيرة للغاية. ما هي وحدات القياس التي يمكن استخدامها؟.

يمكن تصنيف جميع خصائص المادة القابلة للقياس إلى فئتين. خصائص واسعة ومكثفة. تتعلق الخصائص الشاملة للمادة بالكمية مثل الكتلة والطول والحجم. لا تعتمد الخصائص المكثفة للمادة على كمية المادة التي يتم أخذها في الاعتبار. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك درجة الحرارة.

وللقيام بذلك، اقترح المؤتمر العام للأوزان والمقاييس، وهو الهيئة الدولية المختصة بالوحدات، نظامًا متريًا يسمى النظام الدولي للوحدات. يمثل الجدول وحدات النظام الدولي السبعة. ربما تكون على دراية ببعض هذه الأشياء بالفعل.

ترتبط جميع الوحدات في النظام المتري بالوحدة الأساسية بقوة رياضية 10. يتم الإشارة إلى قوة 10 بواسطة البادئة. البادئات هي نفسها دائمًا، بغض النظر عن الوحدة الأساسية. ومن الأمثلة على ذلك الكيلوجرام الذي يقيس الكتلة، والكيلومتر الذي يقيس المسافة. والآن بعد أن أصبحنا نعرف المزيد عن الذرات وحجمها وتركيبها، يمكننا دراسة الكيمياء بشكل أكبر.

السندات