العناصر والمركبات والمخاليط
يُعرّف المواد بشكل عام على أنها كل ما يمتلك كتلة وحجم ويشغل حيزًا في الفضاء. تتنوع أنواع وخصائص المواد الموجودة في الطبيعة، حيث توجد بعض المواد في صورة نقية كالعناصر، وهي أبسط أشكال المواد، بالإضافة إلى المركبات الكيميائية. بينما تظهر بعض المواد في شكل مخاليط. من الضروري فهم طبيعة كل نوع بدقة للاستفادة منها بالشكل الأمثل. المختصون بهذا المجال هم علماء وهندسو المواد، الذين يسعون لفهم كيفية الحصول على كل نوع من تلك المواد أو تصنيعها عند الحاجة.
العناصر
تُعتبر العناصر (Elements) الأساس البسيط للمادة، وتتكون من نوع واحد فقط من الذرات. يُستخدم عادةً اتحاد عنصرين أو أكثر لتكوين مركبات أو مواد أكثر تعقيدًا. حتى الآن، تم اكتشاف 118 عنصرًا يمكن أن تؤدي إلى تكوين عدد هائل من المركبات التي لا تزال قيد الاكتشاف العلمي. تتواجد معظم هذه العناصر في الطبيعة بصفة حرة، لكن حوالي 20% منها يتم تحضيره عبر تجارب مختبرية. هذه العناصر موجودة عادة بكميات ضئيلة جدًا في الطبيعة، ومعظمها يأتي في حالة صلبة مثل الحديد والألمنيوم. يُظهر الجدول التالي بعض العناصر الكيميائية مع الرموز الخاصة بها وحالتها الفيزيائية:
| العنصر الكيميائي | الرمز | الحالة الفيزيائية |
| الأكسجين | O | غاز |
| النيتروجين | N | غاز |
| الهيدروجين | H | غاز |
| الكلور | Cl | غاز |
| الفلور | F | غاز |
| الزئبق | Hg | سائل |
| البروم | Br | سائل |
| الصوديوم | Na | صلب |
تتميز ذرات العناصر بعدد من مكوناتها، وعلى رأسها البروتون، الذي يُستخدم لتحديد العدد الذري الفريد لكل عنصر. لا يمكن أن يتواجد عنصران مختلفان بنفس العدد الذري. يمكن رؤية ذلك بوضوح من خلال الجدول الدوري للعناصر، إذ تتكون ذرات العنصر من الإلكترونات والنيوترونات، حيث أن النيوترونات تساهم في وجود نظائر العنصر عند وجودها بقيم مختلفة. تتشكل أيونات العنصر عندما يفقد أو يكسب الإلكترونات التي تتواجد في أغلفتها الخارجية.
غالبًا ما يتم الإشارة إلى العناصر باستخدام رموز لاتينية، لتسهيل التعامل معها، حيث يتكون الرمز عادة من حرف أو حرفين، مع مراعاة أن يكون الحرف الأول كبيرًا والثاني صغيرًا إن وُجد. على سبيل المثال، رمز عنصر الهيدروجين (Hydrogen) هو (H)، بينما يُرمز للهيليوم (Helium) بالرمز (He)، وأما عنصر الفضة (Silver) فيعبر عنه بالرمز (Ag) استنادًا لاسمه القديم (Argentum).
المركبات
تنتج المركبات (Compounds) نتيجة التفاعل الكيميائي بين نوعين أو أكثر من ذرات العناصر المختلفة، ولا يمكن إعادة المركبات إلى مكوناتها البسيطة بسهولة إلا عبر تحليلات كيميائية محددة. تتحد العناصر من خلال روابط كيميائية تنشأ من فقد أو اكتساب إلكترونات التكافؤ في المدار الأخير لكل ذرة. كما ترتبط ذرات العناصر في كل مركب بنسب ثابتة ودقيقة. ومن أنواع الروابط الكيميائية الأساسية في المركبات، نجد ما يلي:
- الرابطة الأيونيّة (Ionic Bond).
- الرابطة التساهمية (Covalent Bond).
- الروابط الفلزّية (Metallic Bond).
- الروابط التساهمية التناسقية (Coordinate Covalent Bond).
يمكن التعبير عن المركب كيميائيًا بصيغ متعددة. أما الصيغة الجزيئية، فتوضح أنواع الذرات ومعدلات وجودها، وأما الصيغة البنائية فتوضح نوع الروابط الكيميائية والنسب بين الذرات. الماء، على سبيل المثال، هو أحد المركبات الأساسية، وما يميزه هو أنه يتكون من ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين، بنسب (2:1)، حيث تتحدد الروابط فيه برابطة تساهمية ويعبر عنه بالرمز (H2O). المركبات العضوية الأخرى تتضمن عناصر الكربون والهيدروجين والأكسجين بشكل أساسي.
المخاليط
تتشكل المخاليط (Mixtures) عن طريق دمج مادتين أو أكثر بطرق ميكانيكية، أو كعناصر ومركبات كيميائية، دون حدوث تفاعل كيميائي، مما يضمن بقاء خصائص المكونات الأصلية. تتميز المخاليط بإمكانية فصلها إلى مكوناتها الأصلية بسهولة، وعدم ثبات نسب المواد فيها. يمكن إعادة فصل المخاليط عبر عمليات فيزيائية متعددة، مثل التصفية أو الغليان. تنقسم المخاليط إلى نوعين رئيسيين، هما:
- المخلوط المتجانس (Homogeneous Mixture): ويتميز بأن جميع خصائصه ثابتة عبر كتلته، مثل المحاليل التي تحتوي على جزيئات ذائبة تمامًا، كما هو الحال في خليط الماء والسكر أو الماء والملح.
- المخلوط غير المتجانس (Heterogeneous Mixture): وهو الذي تختلف فيه خصائصه حسب تركيز مكوناته، كما يحدث في السوائل التي تحتوي على مواد راسبة كبيرة، مثل الماء والحجارة.
تتواجد العديد من الأمثلة الشائعة على المخاليط، مثل:
- النفط: يتكون من مجموعة من المركبات العضوية.
- ماء البحر: يحتوي على عدة أنواع من الملح والماء.
- الهواء: يتكون من مجموعة من الغازات مثل الأوكسجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون.
- الحبر: يتشكل من مزيج من أصباغ متنوعة.
- البارود: يتألف من الكبريت ونترات البوتاسيوم والكربون.
الخلاصة
تشكل العناصر أبسط أشكال المادة، بينما المركبات هي ناتج التفاعل الكيميائي بين أكثر من عنصر، في حين أن المخاليط ناتجة عن مزج مادتين أو أكثر دون حدوث تفاعل كيميائي. بعض المخاليط متجانسة، تتميز بثبات خصائصها على كامل الكتلة، بينما تظهر أخرى غير متجانسة، حيث تختلف الخصائص وفقًا لتركيز المواد.
