الخصائص الكيميائية للمواد

ما هي الخصائص الكيميائية؟

تشير الخصائص الكيميائية (بالإنجليزية: chemical properties) إلى سلوك أو تصرف المادة عند تعرضها لتغيير كيميائي (chemical change) أو تفاعل كيميائي (chemical reaction). يمكن ملاحظة هذه الخصائص في حالتين؛ أثناء التفاعل الكيميائي أو بعد انتهائه. يتطلب التعرف على خاصية كيميائية حدوث تغيير في ترتيب البنية الذرية للمادة، مما يؤدي إلى تغيير هويتها الكيميائية.

إضافة إلى ذلك، فإن قدرة المادة على التحول إلى نوع جديد أو عدم قدرتها على ذلك تعتبر جزءًا من الخصائص الكيميائية. من المهم الإشارة إلى أن التغييرات الكيميائية دائمًا ما تؤدي إلى ظهور مواد جديدة تختلف في خصائصها عن المواد الأصلية.

أهم الخصائص الكيميائية للمواد

تتعدد الخصائص الكيميائية بين المواد، ويمكن تلخيص أبرزها على النحو التالي:

القابلية للاشتعال

(بالإنجليزية: Flammability) تشير هذه الخاصية إلى مدى سهولة تعرض مادة ما للاحتراق أو الاشتعال، حيث إن تقدير هذه الخاصية يتطلب إجراء تجارب بدلاً من الاعتماد على الملاحظة فقط. تلعب هذه الخاصية دورًا مهمًا في مجالات متعددة مثل قوانين البناء ومتطلبات الأمن والسلامة أثناء التخزين والنقل، على سبيل المثال، القابلية للاشتعال الموجودة في الوقود الأحفوري والأخشاب والمواد المصنعة منها مثل الورق.

حرارة الاحتراق

(بالإنجليزية: Heat of Combustion) تعبر هذه الخاصية عن كمية الطاقة الحرارية الناتجة عند احتراق المادة في وجود الأكسجين. ومن الأمثلة على ذلك السعرات الحرارية التي تتحول إلى طاقة في جسم الإنسان، بالإضافة إلى احتراق أنواع الوقود.

السُميّة

(بالإنجليزية: Toxicity) تعكس هذه الخصائص مدى الخطر الذي قد تمثله مادة سامة على الكائنات الحية وسرعة تأثيرها. تشمل هذه المواد عناصر مثل الرصاص، وغاز الكلور، والزئبق. فعلى سبيل المثال، يعتبر الرصاص من المواد ذات السمية العالية ويؤثر سلبًا على أعضاء مثل القلب والكلى والجهاز العصبي لدى الإنسان.

القدرة على التأكسد

(بالإنجليزية: Ability to oxidize) تسبّب هذه الخصائص الكيميائية تغيرًا في رقم الأكسدة لأحد المواد. التأكسد يعني اكتساب الأكسجين أو فقدان الهيدروجين أو الإلكترونات. ومن الأمثلة الشائعة لهذه الخاصية هو الصدأ الذي يحدث عند تعرض الحديد للأكسجين، وهو أيضًا السبب وراء تغير لون التفاح بعد تقطيعه.

النشاط الإشعاعي

(بالإنجليزية: Radioactivity) تعبر هذه الخاصية عن انبعاث الإشعاعات من نواة ذرية غير مستقرة. من أبرز العناصر الخطرة التي تتصف بهذه الخاصية هي: الهيدروجين، والبريليوم، والكربون، والكالسيوم، والكوبالت، والحديد.

الاستقرار الكيميائي

(بالإنجليزية: Chemical stability) تُعرف هذه الخاصية أيضًا بالاستقرار الديناميكي الحراري، وتعبر عن الحالة التي تتواجد فيها المادة في أدنى مستوى من الطاقة مما يؤدي إلى توازن كيميائي بينها وبين البيئة المحيطة. على سبيل المثال، يتمتع معدن التنجستن بمعدل مرتفع من الاستقرار الكيميائي.

عمر النصف

(بالإنجليزية: Half-life) تشير هذه الخاصية إلى الوقت الذي يستغرقه نصف كمية المادة الأصلية للتحلل. وغالبًا ما تُستخدم هذه الخاصية في مجالي الكيمياء والفيزياء النووية لفهم كيفية تحلل نصف الذرات المشعة وغير المستقرة أثناء العملية الإشعاعية. على سبيل المثال، يبلغ عمر النصف لليورانيوم حوالي 4.5 مليار سنة، وهو قريب من عمر الأرض.

المحتوى الحراري للتكوين

(بالإنجليزية: Enthalpy of Formation) تُعرف أيضًا باسم المحتوى الحراري الناتج عن تكوين المواد النقية من عناصرها الأساسية تحت ضغط ثابت، ويتم قياسها بوحدات الكيلو جول/مول. على سبيل المثال، المحتوى الحراري للتكوين لغاز الأكسجين (O2) هو 0 كيلو جول/مول.

التفاعلية

(بالإنجليزية: Reactivity) تشير هذه الخاصية إلى قدرة المادة على التفاعل مع مواد أخرى. يتم تصنيف التفاعلية إلى نوعين: التفاعلات الشديدة والبسيطة. على سبيل المثال، يتفاعل البوتاسيوم بشدة مع الماء بغض النظر عن الكمية المتاحة، مما قد يؤدي إلى رد فعل انفجاري.

الكهرسلبية

(بالإنجليزية: Electronegativity) تعبر هذه الخاصية عن مدى رغبة الذرات في جذب الإلكترونات الموجودة في الروابط. فعندما تتواجد ذرتان تتمتعان بنفس مستوى الكهرسلبية، فإنهما تتشاركان الإلكترونات لتكوين روابط تساهمية. وتجذب الإلكترونات عادة نحو الذرة الأكثر كهرسلبية، مما يؤدي إلى تكوين رابطة تساهمية قطبية. في حالة وجود فرق كبير في الكهرسلبية بين الذرتين، فإنهما ستشكلان رابطة أيونية. يُعتبر الفلور من أكثر العناصر كهرسلبية، بينما الفرانسيوم هو الأقل.

توضح الخصائص الكيميائية السمات والسلوكيات الناتجة عن تعرض المادة للتغييرات أو التفاعلات الكيميائية، مما يؤدي إلى تغيير هويتها الكيميائية وظهور مواد جديدة تفصلها خصائصها عن المتواجد قبل التفاعل. ومن الخصائص الكيميائية البارزة هي: القابلية على الاحتراق، والنشاط الإشعاعي، والتأكسد، والمحتوى الحراري وغيرها.

الاختلاف بين الخصائص الكيميائية والخصائص الفيزيائية

نلقي نظرة على أهم الفروقات بين الخصائص الكيميائية والخصائص الفيزيائية كما يلي:

• يمكن قياس الخصائص الكيميائية عند تعرض المادة لتغيير كيميائي، بينما يمكن ملاحظة الخصائص الفيزيائية (بالإنجليزية: Physical properties) دون الحاجة إلى حدوث هذا التغيير.
• يشترط حدوث تفاعل كيميائي لإظهار الخصائص الكيميائية، بينما لا تستلزم الخصائص الفيزيائية حدوث أي تفاعل.
• تتعلق الخصائص الكيميائية بروابط المادة الكيميائية، بينما لا تشمل الخصائص الفيزيائية هذا النوع من الروابط.
• تستخدم الخصائص الكيميائية للتنبؤ بكيفية تفاعل المواد، بينما تهدف الخصائص الفيزيائية لتحديد أو وصف المواد.
• تندرج الخصائص الكيميائية تحت أمثلة مثل السُميّة، القابلية للاشتعال، والمحتوى الحراري وغيرها، في حين تشمل الخصائص الفيزيائية أمثلة مثل نقطة التجمد، ونقطة الانصهار، ونقطة الغليان، والحجم، والكتلة، والكثافة.

تدريبات على الخصائص الكيميائية

• اذكر خاصية كيميائية يمكن استخدامها لفصل جزيئات الماء؟
  • الجواب: خاصية التحليل الكهربائي.

• ما الخاصية الكيميائية التي تشير إلى تفاعل الخل مع صودا الخبز؟
  • الجواب: خاصية كيميائية.

• ما نوع التغيير الذي يحدث في تركيب المادة الأساسي؟
  • الجواب: التغيير الكيميائي.

• ما اسم الخاصية الكيميائية التي تؤول إلى إنتاج رماد؟
  • الجواب: خاصية القابلية للاحتراق.

• ماذا ينتج عن التفاعل الكيميائي بين الخميرة والسكر؟
  • الجواب: غاز ثاني أكسيد الكربون والإيثانول.

• ما هي الخاصية الكيميائية التي تشير إليها انفجارات الألعاب النارية؟
  • الجواب: خاصية حرارة الاحتراق.

تصنف خصائص المادة إلى كيميائية وفيزيائية، حيث تظهر بينهما عدة اختلافات، أبرزها حاجة الخصائص الكيميائية لحدوث تفاعل كيميائي لإظهارها، على عكس الخصائص الفيزيائية التي يمكن تحديدها من خلال الملاحظة دون الحاجة لهذا التفاعل.