العناصر والمركبات (١)

يقوم الدرس على التمييز بين العناصر والمركبات بوصفها مواد كيميائية نقية، وتوضيح كيفية تنظيم العناصر في الجدول الدوري. العنصر مادة لا يمكن تجزئتها إلى مواد أبسط بالطرق الفيزيائية أو الكيميائية، بينما يتكون المركب من اتحاد عنصرين أو أكثر بنسب كيميائية ثابتة. يوضح قانون النسب الثابتة أن أي مركب يتكون دائما من نفس العناصر بنسب كتلتية ثابتة، بينما ينص قانون النسب المتضاعفة على أنه عند تكوين مركبات مختلفة من العناصر نفسها، فإن كتل أحد العناصر التي تتحد مع كتلة ثابتة من عنصر آخر تكون في نسبة عددية بسيطة وصحيحة. مثال ذلك الماء $H_2O$ وفوق أكسيد الهيدروجين $H_2O_2$ اللذان يتكونان من الهيدروجين والأكسجين بنسب مختلفه.

الفكرة الأساسية

تعتمد الفكرة الأساسية للدرس على أن المواد النقية تنقسم إلى عناصر ومركبات، حيث يتكون المركب من اتحاد عنصرين أو أكثر معاً اتحاداً كيميائياً بنسب ثابتة ومحددة، وتختلف خواصه تماماً عن خواص العناصر المكونة له.

الشرح

العنصر مادة كيميائية نقية لا يمكن تجزئتها إلى أجزاء أصغر منها بطرائق فيزيائية أو كيميائية. ولكل عنصر اسم كيميائي ورمز خاص به يتكون من حرف أول كبير، وإذا تبعته أحرف أخرى فتكون صغيرة. وتنظم هذه العناصر في الجدول الدوري في صفوف أفقية تسمى الدورات، وأعمدة تسمى المجموعات أو العائلات، حيث تتشابه العناصر في المجموعة الواحدة في الخواص الفيزيائية والكيميائية. أما المركب فهو مادة ناتجة من اتحاد عنصرين أو أكثر بنسب كيميائية ثابتة، ويمكن تحليله إلى مكوناته الأساسية بطرائق كيميائية مثل التحليل الكهربائي كما يحدث للماء لتحليله إلى غازي الهيدروجين والأكسجين. ويحكم المركبات قانونان أساسيان: الأول هو قانون النسب الثابتة الذي ينص على أن المركب يتكون دائماً من العناصر نفسها بنسب كتلتية ثابتة مهما اختلفت كمياته، والثاني هو قانون النسب المتضاعفة الذي ينص على أنه عند تكوين مركبات مختلفة من العناصر نفسها، فإن كتل أحد العناصر التي تتحد مع كتلة ثابتة من عنصر آخر تكون بنسبة عددية بسيطة وصحيحة.

مثال محلول خطوة بخطوة

إذا كانت لديك عينة من السكروز كتلتها الإجمالية $20.00 \text{ g}$ وتم تحليلها، فوُجد أنها تحتوي على $8.44 \text{ g}$ من الكربون، و$1.30 \text{ g}$ من الهيدروجين، و$10.26 \text{ g}$ من الأكسجين. احسب النسبة المئوية بالكتلة لعنصر الكربون في السكروز. الخطوة الأولى: اكتب القانون الخاص بالنسبة المئوية بالكتلة: $\text{النسبة المئوية بالكتلة (\%)} = \frac{\text{كتلة العنصر}}{\text{كتلة المركب}} \times 100$ الخطوة الثانية: عوض بالقيم المعطاة في القانون لعنصر الكربون: $\text{النسبة المئوية للكربون} = \frac{8.44 \text{ g}}{20.00 \text{ g}} \times 100$ الخطوة الثالثة: احسب الناتج النهائي: النسبة المئوية للكربون تساوي $42.20\%$.

أخطاء شائعة

الاعتقاد بأن خصائص المركب تشبه خصائص العناصر المنفردة الداعمة في تكوينه، والصواب أن المركب له خصائص فريدة ومختلفة تماماً عن خواص عناصره الأبسط. ومن الأخطاء أيضاً الخلط بين التحليل الفيزيائي والتحليل الكيميائي عند محاولة فصل مكونات المركب، حيث يتطلب فصل المركبات إلى عناصرها تفاعلات كيميائية وطاقة مثل الحرارة والكهرباء.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: ما المقصود بالعنصر كيميائياً؟ الإجابة: العنصر هو مادة كيميائية نقية لا يمكن تجزئتها إلى أجزاء أصغر منها بطرائق فيزيائية أو كيميائية. السؤال الثاني: انصرف تفاعل بين $1.0 \text{ g}$ من الهيدروجين كلياً مع $19.0 \text{ g}$ من الفلور لتكوين مركب ما، فما النسبة المئوية بالكتلة للهيدروجين في المركب الناتج؟ الإجابة: كتلة المركب الكلية تساوي كتلة الهيدروجين مضافاً إليها كتلة الفلور وتساوي $1.0 + 19.0 = 20.0 \text{ g}$. النسبة المئوية للهيدروجين تساوي $(1.0 / 20.0) \times 100 = 5.0\%$.