عنصر چیست و از ویژگی عناصر چه می دانید؟ (راهنمای کامل به زبان ساده)

عنصر در شیمی و فیزیک ماده ای است که با هیچ واکنش شیمیایی غیر هسته ای نمی تواند به اجزای ساده تر تجزیه شود.

یک عنصر به طور منحصر به فرد با تعداد پروتون های موجود در هسته اتم های آن مشخص می شود. تعداد پروتون های هسته اتم یک عنصر به عنوان عدد اتمی آن عنصر شناخته می شود.

تعداد الکترون های اتم یک عنصر خاص می تواند متفاوت باشد. اگر تعداد الکترونها با تعداد پروتون ها برابر باشد، در این صورت اتم فاقد بار الکتریکی است. اما اگر تعداد الکترون ها با تعداد پروتون ها متفاوت باشد، اتم را یون می نامند. اگر الکترون ها بیشتر از پروتون ها باشند، یون منفی است. اگر الکترون ها کمتر از پروتون ها باشند، یون مثبت است.

عناصر مواد اساسی هستند که همه ترکیبات از آنها تشکیل شده اند. مبحث عنصر چیست علوم پنجم و درس شیمی پایه دبیرستان به این مسئله پرداخته است. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می شود.

حقایقی در رابطه با عنصر

در حال حاضر ۱۱۸ عنصر شیمیایی شناخته شده وجود دارد. حدود ۲۰ درصد آنها در طبیعت وجود ندارند یا فقط به مقدار کمی وجود دارند و فقط به این دلیل شناخته می شوند که به صورت مصنوعی در آزمایشگاه تهیه شده اند.

از عناصر شناخته شده، ۱۱ مورد (هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن، فلوئور، کلر و شش گاز نجیب) در شرایط عادی گاز هستند، دو مورد (برم و جیوه) مایع هستند (دو مورد دیگر، سزیم و گالیوم، تقریباً نیمه جامد هستند) و بقیه مواد جامد هستند. عناصر می توانند با یکدیگر ترکیب شوند و طیف گسترده ای از مواد پیچیده تری به نام ترکیب را تشکیل دهند. تعداد ترکیبات ممکن تقریباً بی نهایت است. شاید یک میلیون آنها شناخته شده باشد و هر روز تعداد بیشتری از آنها کشف می شود.

 

 

لازم به ذکر است وقتی دو یا چند عنصر با هم ترکیب می شوند هویت مجزای خود را از دست می دهند و محصول خصوصیاتی کاملاً متفاوت از عناصر سازنده خواهد داشت. به عنوان مثال، عناصر گازی هیدروژن و اکسیژن با خواص کاملاً مجزا می توانند با هم ترکیب شده و آب را تشکیل دهند که دارای خواص کاملاً متفاوتی از اکسیژن یا هیدروژن است. آب یک عنصر نیست زیرا از دو ماده هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده و می تواند به صورت شیمیایی تجزیه شود. در درس عنصر چیست علوم نهم همه ما تا حدودی با این تعاریف آشنا می شویم.

توسعه تاریخی مفهوم عنصر

مفهوم مدرن عنصر بسته فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی به عنوان وسیله ای برای تمیز دادن عناصر از ترکیبات و مخلوط ها است. وجود یک ماده اساسی که همه مواد از آنها ساخته شده اند همواره اساس بسیاری از نظریات بوده است. فیلسوفان یونان باستان هر كدام اظهار داشتند كه همه مواد از یك اصل اساسی – یا عنصر تشكیل شده اند.

به عنوان مثال تالس این عنصر را آب می دانست، آناکسیمنس هوا را عنصر اصلی در نظر گرفت و هیراکلیتوس به آتش نگاه ویژه داشت. امپیدوکلس معتقد بود که تمامی مواد از چهار عنصر اصلی هوا، خاک، آتش و آب ساخته شده ‌اند. سرانجام در سال ۱۶۶۱ رابرت بویل شیمی دان انگلیسی ماهیت اساسی یک عنصر شیمیایی را تشخیص داد. وی استدلال کرد که این چهار عنصر یونانی نمی توانند عناصر شیمیایی واقعی باشند زیرا آنها نمی توانند برای تشکیل سایر مواد ترکیب شوند و همچنین نمی توانند از مواد دیگر استخراج شوند. بویل بر ماهیت فیزیکی عناصر تأکید کرد و آنها را با ترکیباتی مرتبط دانست که با روش های عملیاتی مدرن تشکیل می شوند.

 

تعریف اتم و عنصر

افرادی که با علم شیمی آشنایی دارند می دانند که مواد خالص به دو شکل عنصر و ترکیب در طبیعت وجود دارند. درک ماهیت ماده اساس توسعه مفهوم عناصر بوده است. در دوره های مختلف تاریخ، ماده را پیوسته یا ناپیوسته در نظر گرفته اند. فرض بر این است که ماده پیوسته یکدست و بدون محدودیت قابل تقسیم می باشد و هر قسمت بدون در نظر گرفتن اندازه، خواص یکسانی از خود نشان می دهد. از طرف دیگر، ماده ناپیوسته به صورت ذرات تصور می شوند یعنی فقط تا یک نقطه قابل تقسیم است، نقطه ای که در آن واحدهای اساسی خاصی به نام اتم حاصل می شود. بر اساس این مفهوم که به عنوان فرضیه اتمی نیز شناخته می شود، تقسیم واحد اساسی (اتم) فقط می تواند ذراتی با خصوصیات عمیقاً متفاوت را ایجاد کند. بنابراین، اتم ها حاملین نهایی خواص مواد هستند.

جان دالتون شیمیدان انگلیسی اولین کسی بود که فرضیه ترکیب شیمیایی را با فرض وجود اتمها با خواص منحصر به فرد، توضیح داد. در آن زمان، ترکیب شیمیایی (ظرفیت) و وزن های اتمی نسبی از خصوصیات مورد علاقه بودند. پس از آن بسیاری از بررسی های آزمایشی بطور مستقل فرضیه اتمی را تائید کردند و امروز به صورت جهانی پذیرفته شده است. در سال ۱۹۶۹ با استفاده از میکروسکوپ الکترونی، اتمهای اورانیوم و توریم نیز بطورمنفرد مشاهده شدند.

ساختار اتم ها

اتم های مواد بنیادی یا عناصر خود ساختارهای پیچیده ای هستند که از ذرات بنیادی تری به نام پروتون، نوترون و الکترون تشکیل شده اند. شواهد تجربی نشان می دهد که در داخل یک اتم، یک هسته کوچک، که حاوی پروتون و نوترون است توسط انبوهی از ابرهای الکترونی احاطه شده است.

خصوصیات اساسی این ذرات زیراتمی وزن و بار الکتریکی آنها است. در حالی که پروتون ها بار مثبت و الکترون ها منفی دارند، نوترون ها از نظر الکتریکی خنثی هستند. نوترون ها و پروتون ها که در مجموع نوکلئون نامیده می شوند، دارای وزن های نسبی تقریباً برابر با یک واحد جرم اتمی هستند، در حالی که الکترون فقط حدود ۲۰۰۰/۱ سنگین تر است. از آنجا که نوترون ها و پروتون ها در هسته وجود دارند، تقریباً تمام جرم اتم در هسته متمرکز شده است.

تعداد پروتون های هسته معادل عدد اتمی هر عنصر است. به مجموع پروتون ها و نوترون ها عدد جرمی گفته می شود زیرا برابر با وزن نسبی آن اتم در مقایسه با سایر اتم ها است. از آنجا که خود اتم از نظر الکتریکی خنثی است، عدد اتمی نه تنها تعداد پروتون ها یا بارهای مثبت هسته بلکه تعداد الکترون ها یا بارهای منفی در منطقه خارج هسته ای اتم را نشان می دهد.

مشخصات شیمیایی عناصر با تعداد و آرایش الکترون ها در اتم های آنها ارتباط دارد. بنابراین، عناصر از طریق عدد اتمی خود کاملاً از یکدیگر قابل تشخیص هستند. درک این مسئله منجر به تعریف دیگری از یک عنصر به عنوان ماده ای که همه اتم های آن عدد اتمی یکسانی دارند، می شود. بنابراین می توان به فرق اتم و عنصر پی برد. مبحث عنصر چیست علوم هفتم نیز به این مسئله پرداخته است.

ایزوتوپ

بررسی دقیق تجربی بسیاری از عناصر خالص موجود در طبیعت نشان می دهد که همه اتم های موجود دارای وزن اتمی یکسانی نیستند، حتی اگر همه آنها دارای عدد اتمی یکسان باشند. چنین شرایطی تنها در صورتی می تواند اتفاق بیفتد که اتم ها تعداد متفاوتی از نوترون ها را در هسته خود داشته باشند. به این گروه از اتمها – با عدد اتمی یکسان اما با وزن های نسبی متفاوت – ایزوتوپ گفته می شود.

تعداد اشکال ایزوتوپی یک عنصر طبیعی از یک برای فلوئور تا ده برای قلع متغیر است. اکثر عناصر حداقل دو ایزوتوپ دارند. وزن اتمی یک عنصر معمولاً از طریق تعداد زیادی اتم با توزیع طبیعی ایزوتوپ ها تعیین می شود که نشان دهنده میانگین وزن ایزوتوپی اتمهای تشکیل دهنده آن عنصر است. اخیراً از روشهای طیف سنجی جرمی برای تعیین توزیع و وزن ایزوتوپ ها در نمونه های مختلفی از عناصر طبیعی استفاده می شود.

فراوانی عناصر در زمین

هیدروژن ساده ترین و سبک ترین عنصر در دنیا فقط با یک پروتون است و پس از آن هلیوم قرار دارد که دارای دو پروتون است. اتم های اکسیژن هشت پروتون دارند.

با ۷۵ درصد فراوانی هیدروژن فراوان ترین عنصر در جهان است و پس از آن هلیوم با ۲۳ درصد و سپس اکسیژن با ۱ درصد قرار دارد. تمام عناصر دیگر ۱ درصد باقیمانده را تشکیل می دهند. در پوسته زمین، اکسیژن (۴۷٪) فراوانترین عنصر است و پس از آن سیلیکون (۲۸٪) و آلومینیوم (۸٪) قرار دارند.

معنی عنصر در شیمی

عنصر در شیمی به موادی گفته می شود که با اعمال گرما یا نور نمی توان آنها را با هیچ روش شیمیایی به مواد ساده تری تجزیه کرد. به عنوان مثال با ذوب یک قطعه طلا همچنان عنصر طلا باقی می ماند. این مواد از یک نوع اتم منفرد تشکیل شده اند، یعنی تک اتمی هستند. عناصر به عنوان اجزای سازنده ماده در نظر گرفته می شوند. در مجموع تا کنون ۱۱۸ عنصر وجود دارد که ۹۴ عنصر از این تعداد در طبیعت وجود دارد و ۲۴ عنصر باقی مانده به صورت مصنوعی تهیه شده است. این عناصر در جدولی به نام جدول تناوبی عناصر چیده شده اند.

عناصر، ماده خالصی هستند که تنها حاوی یک نوع اتم بوده که بلوک ساختمانی تمام مواد موجود در جهان هستند. عناصر می توانند در هر سه حالت در ماده وجود داشته باشند، یعنی حالت جامد، مایع یا گاز. عناصر با استفاده از نمادها و فرمول های شیمیایی شناسایی می شوند. عناصر همگن حالت خود را حفظ می کنند. به عنوان مثال، یک تکه طلا تنها از اتم های طلا تشکیل شده است. اتم کوچک ترین عنصر تشکیل دهنده واحد است. عناصر همچنین دارای نقطه ذوب و جوش بالایی هستند. عناصر موجود در جهان از آغاز زمان هستند و اعتقاد بر این است که بیشتر عناصر در انفجار بزرگ ایجاد شده اند. شناخت و استفاده از عناصر برای انسان امری نسبتاً جدید است. عناصر در شیمی بلوک های ساختمانی اساسی هستند که به شکل های مختلف ترکیب می شوند تا جهان را بسازند. آنها بلوک های مستقل ماده هستند که دارای خاصیت فیزیکی و شیمیایی هستند و با هم ترکیب می شوند و جهانی را که ما می بینیم تشکیل می دهند.

روش ‌های مختلفی برای طبقه ‌بندی عناصر بر اساس ویژگی ‌های مختلف آنها وجود دارد، یعنی وجود الکترون‌ های والانس، خواص فیزیکی و شیمیایی و غیره. اما متداول ترین روش طبقه بندی عناصر بر اساس خواص فیزیکی و شیمیایی است و بر این اساس عناصر سه نوع هستند که عبارتند از فلزات، غیر فلزات و متالوئیدها