المادة
تعرف المادة بأنها كل شيء له كتلة ويشغل حيزًا في الفضاء. جميع الأجسام المادية تتكون من مادة، ويمكن أن توجد هذه المادة في حالات متنوعة، بما في ذلك الحالات التقليدية كالحالة الصلبة والسائلة والغازية، وأيضًا في حالات أخرى مثل البلازما ومكثفات بوز-أينشتاين. تُعتبر الذرات هي المكونات الأساسية لجميع المواد، حيث يلعب نوعها وترتيبها دورًا محوريًا في تحديد الخصائص الكيميائية والفيزيائية للمادة. يمكن تصنيف المادة إلى ثلاث فئات رئيسية اعتمادًا على ترتيب الذرات، وهذه الفئات هي العناصر والمركبات والمخاليط. ويستند هذا التصنيف إلى طرق فصل المواد إلى مكوناتها الأساسية، والتي تتضمن عمليتين رئيسيتين: الفزيائية والكيميائية.
العناصر الكيميائية
العنصر الكيميائي هو مادة لا يمكن تغييرها إلى نوع آخر من المواد أو تقسيمها باستخدام الطرق الكيميائية. تشكل العناصر الركيزة الأساسية للمادة ويمكن تحديدها بناءً على عدد البروتونات الموجودة في نواة ذراتها. تحمل جميع ذرات العنصر نفسه نفس العدد الذري، مما يعني أنه يمكن إنتاج عنصر جديد عن طريق إضافة بروتونات إضافية إلى الذرة. ورغم عدم القدرة على تحويل عنصر كيميائي إلى آخر باستخدام الأساليب الكيميائية، إلا أن ذلك ممكن من خلال التقنيات النووية.
يُعرف حاليًا 118 عنصرًا، من بينها 94 عنصرًا تتواجد بشكل طبيعي على سطح الأرض، بينما تمثل العناصر المتبقية عناصر صناعية. يُعتبر الهيدروجين العنصر الأكثر وفرة في الكون، يليه الهيليوم، بينما الأكسجين هو الأكثر وفرة في القشرة الأرضية. ويُعتقد أن الحديد هو أكثر العناصر شيوعًا على الكوكب.
ترتيب العناصر الكيميائية في الجدول الدوري
يستخدم الجدول الدوري لترتيب العناصر الكيميائية المعروفة في مصفوفة مرتبة، حيث يتم تصنيفها من اليسار إلى اليمين ومن الأعلى إلى الأسفل حسب زيادة العدد الذري. تُسمى الصفوف “الدورات”، ورقم الدورة يُشير إلى أقصى مستوى للطاقة الذي توجد فيه الإلكترونات غير المحفزة. أما العناصر الموجودة في نفس العمود فتشكل ما يعرف “المجموعات”، والتي تتمتع بتصرفات كيميائية مشابهة. يُعتبر الكيميائي الروسي ديمتري مندليف هو المؤسس للجدول الدوري، حيث رتب العناصر وفقًا لأوزانها الذرية وتكافؤها.
تصنيف العناصر الكيميائية
يمكن تصنيف العناصر بشكل عام إلى عناصر غير فلزية ومجموعات مختلفة من الفلزات. فيما يلي بعض التصنيفات الأكثر شيوعًا:
- الفلزات القلوية: تشكل المعادن القلوية عناصر المجموعة الأولى في الجدول الدوري، مثل الليثيوم، ورغم أن الهيدروجين ينتمي إلى هذه المجموعة، إلا أنه غالبًا ما يُصنف مع اللافلزات.
- الفلزات القلوية الترابية: تشمل عناصر المجموعة الثانية، التي تتسم بدرجات انصهار مرتفعة، مثل البيريليوم (Be) والراديوم (Ra).
- اللانثانيدات: تُعرف هذه العناصر باسم عناصر-ف بسبب وجود إلكترونات تكافؤ في المدار f. ومن الأمثلة عليها عنصر اللانثانوم (La).
- الأكتينيدات: تشمل العناصر التي تبدأ من عنصر الأكتينيوم (Ac) الذي يحمل الرقم 89 وتمتد حتى لورنسيوم (Lr).
- الفلزات الانتقالية: تمتلئ مداراتها f بشكل جزئي، وتغطي المجموعات من الثالثة إلى الثانية عشر.
- فلزات ما بعد الانتقال: ومن بين هذه الفلزات الألمنيوم (Al) والجاليوم (Ga)، حيث تمتلك بعض خصائص الفلزات الانتقالية.
- شبه الفلزات: تشمل أمثلة على هذه العناصر البورون (B)، والسيلكون (Si)، والزرنيخ (As)، والبولونيوم (Po).
- اللافلزات: تتضمن هذه المجموعة عناصر الكربون (C)، النيتروجين (N)، والفسفور (P).
- الهالوجينات: تمثل مجموعة فرعية من اللافلزات التي تتواجد في المجموعة 17 من الجدول الدوري.
- الغازات النبيلة: تشكل عناصر المجموعة 18، والتي تتميز باستقرار كيميائي عالٍ وخصائص متشابهة مثل الخلو من الرائحة واللون.
المركبات الكيميائية
يُعرف المركب الكيميائي بأنه كل مادة تتكون من جزيئات متطابقة تتضمن نوعين مختلفين أو أكثر من الذرات بنسب محددة. يمكن أن تتواجد هذه المركبات في ظروف طبيعية تحت ضغط وحرارة معًا على شكل مركبات صلبة، سائلة، أو غازية. تُصنف المركبات الكيميائية وفق معايير عدة، من أهمها:
- تصنيف المركبات حسب العناصر: تعتمد إحدى أشهر طرق تصنيف المركبات على العناصر التي تحتويها. فمثلًا، تتمتع المركبات العضوية بوجود ذرات الكربون كعنصر أساسي، بينما تصنف المركبات الأخرى كمركبات غير عضوية تحتوي على أكسجين أو هالوجينات.
- تصنيف المركبات حسب نوع الروابط: ينقسم تصنيف المركبات الكيميائية وفقًا لروابطها الموجودة. تحتوي المركبات الأيونية على أيونات ترتبط بروابط أيونية، مثل الملح. بينما المركبات الجزيئية، مثل الماء (H2O) وميثان (CH4)، ترتبط بروابط تساهمية.
- تصنيف المركبات حسب نوع التفاعلات: يمكن تصنيف المركبات الكيميائية بناءً على التفاعلات التي يمكن أن تخضع لها. على سبيل المثال، تُنتج الأحماض مثل حمض الهيدروكلوريك أيون الهيدروجين (+H) عند ذوبانها في الماء، بينما تُعتبر القواعد مركبات مستقبلة للبروتون، مثل أيون الهيدروكسيد. بالإضافة إلى ذلك، تفاعلات الأكسدة والاختزال، حيث تُعرف الأكسدة بفقدان الإلكترونات، بينما يُعرف الاختزال بكسبها، كما يتضح من تفاعل الصوديوم مع غاز الكلور لتكوين كلوريد الصوديوم.