انواع عنصر چیست؟ — راهنمای کامل + ساختار به زبان ساده

شناخت اجزای سازنده مواد ازجمله انواع عنصر، در شیمی‌ یکی از مباحث مهم به شمار می‌رود و باید توجه ویژه‌ای به آن داشت تا بتوان مباحث دیگر شیمی‌ را درک کرد. عنصر شیمیایی یا همان عنصر، یک ماده خالص است که نمی‌توان آن را به بخش‌های کوچکتر و ساده‌تری تبدیل کرد. در جدول تناوبی یا دوره‌ای ۱۱۸ عنصر وجود دارد که از میان آن‌ها ۹۲ عنصر در طبیعت وجود دارند و ۲۶ عنصر دیگر در آزمایشگاه به‌طور مصنوعی ساخته می‌شوند. در این مطلب با بررسی انواع عنصر یاد می‌گیریم که انواع عنصر چیست و با ویژگی‌ها و خواص مربوط به آن‌ها آشنا خواهیم شد.

عنصر چیست ؟

عنصر شکل خالصی از ماده است که تنها از یک نوع اتم تشکیل شده است. به عبارتی نمی‌توان عنصر را با استفاده از واکنش‌های شیمیایی به اجزای کوچکتری تقسیم یا به مواد دیگری تبدیل کرد. بنابراین مجموعه‌ای از این اتم‌های مشابه در کنار هم یک ماده خالص یا همان عنصر را تشکیل می‌دهند. به عنوان مثال در تصویر زیر عناصر مس، کربن و هلیوم آورده شده است که هر کدام به ترتیب تنها از اتم‌های مس، کربن و هلیوم تشکیل شده‌اند.

تعریف اتم و عنصر و مولکول

از آنجا که ممکن است بسیاری از افراد در شناخت و درک اتم،‌ عنصر و مولکول دچار مشکل شوند در این قسمت هریک از این مفاهیم و ویژگی‌های آ‌ن‌ها بررسی شده است تا بتوان راحت‌تر مفهوم اتم،‌ عنصر و مولکول را درک کرد.

تفاوت اتم و عنصر

همان‌طور که در قسمت فوق توضیح داده شد عنصر ماده خالصی است که از یک نوع اتم تشکیل شده است. کوچکترین و اصلی ترین جزء سازنده یک ماده، اتم نام دارد که از کنار هم قرار گرفتن اتم‌های مشابه عنصر به وجود می‌آید.

اتم‌ها خود از ذرات ریزتری تشکیل می‌شوند که این ذرات عبارتند از:

• الکترون ( Electron | e) : الکترون ذره‌ای با بار منفی است که در اطراف هسته قرار می‌گیرد.
• پروتون ( Proton | p) : پروتون نیز ذره‌‌ای با بار مثبت است که در درون هسته قرار گرفته که به آن نیروی هسته‌ای قوی از جانب هسته اتم به آن وارد می‌شود.
• نوترون ( Neutron | n) : نوترون نیز ذره‌ای از اتم است که در درون هسته قرار دارد و خنثی است.

در تصویر زیر ساختار اتم نشان داده شده است. همان‌طور که مشخص است اوربیتال‌ها (مدارهایی که در تصویر به صورت خطوط رنگی سبز،‌ آبی و قرمز مشخص شده است) محلی برای توزیع احتمالی الکترون‌ها هستند که به دور هسته حرکت می‌کنند. همچنین هسته در مرکز اتم قرار دارد که در درون آن پروتون و نوترون قرار گرفته است.

اندازه اتم‌ها به قدری کوچک است که با چشم غیر‌مسلح نمی‌توان آن‌ها را دید. به عنوان مثال اگر ورق نازک آلومیونیومی‌ به ضخامت تار مو برش داده شود در آن ۲۰۰ هزار اتم می‌تواند جای بگیرد.

در جدول زیر به طور خلاصه تعریف و توصیف عنصر و اتم فهرست شده است که درک مفهوم این دو عبارت را ساده‌تر می‌کند.

 عنصر و مولکول

مولکول‌ها از ایجاد پیوند شیمیایی میان دو یا چند اتم یکسان مانند $$(N_2 \, O_2)$$ یا ترکیبی از اتم‌های مختلف مانند $$(H_2O\, NH_3)$$ تشکیل شده‌اند. به حالت اولی عنصر مولکولی یا مولکول و به حالت دومی‌ ترکیب می‌گویند. مولکول‌ها بار الکتریکی ندارند و به عبارتی خنثی هستند. در مولکول، اتم‌ها توسط پیوندهای کووالانسی به هم متصل هستند.

فیلم آموزش علوم تجربی – پایه هفتم در فرادرس

کلیک کنید

اندازه مولکول‌ها به تعداد اتم‌های متصل به هم وابسته است. به گونه‌ای که برخی مولکول‌ها مانند هموگلوبین اندازه بسیار بزرگی دارند. در‌حالی‌که اندازه برخی مولکول‌ها مانند مولکول دو‌اتمی‌ هیدروژن بسیار کوچک است.

در جدول زیر تفاوت عنصر و مولکول به صورت خلاصه فهرست شده است.

انواع عنصر ها کدامند ؟

در طبقه‌بندی انواع عنصر ها در جدول تناوبی، عناصر به سه دسته کلی زیر تقسیم می‌شوند:

1. فلزات: فلزات در جدول تناوبی شامل فلزات قلیایی،‌ قلیایی خاکی، فلزات واسطه و فلزات پس‌واسطه هستند.
2. نافلزات:نافلزات شامل هیدروژن، کربن، نیتروژن، اکسیژن،‌ گوگرد،‌ فسفر، سلنیوم و همین‌طور گروه هالوژن‌ها و گازهای نجیب هستند.
3. شبه‌فلزات: عناصر بور، سیلیسیوم،‌ ژرمانیوم،‌ آرسنیک،‌ تلوریوم و آنتیموان همگی جزء شبه‌فلزات به شمار می‌روند.

ساختار و ویژگی انواع عنصر ها

در این بخش با بررسی ساختار فلزات قلیایی، قلیایی خاکی،‌ فلزات واسطه، شبه‌فلزات،‌ و نافلزات به طور کامل یاد می‌گیرید انواع عنصر چیست و با ویژگی‌های هرکدام از این گروه آشنا خواهید شد.

فلزات قلیایی

گروه ۱ جدول تناوبی متعلق به فلزات قلیایی است که آرایش الکترونی آن‌ها به $$ns$$ ختم می‌شود به همین دلیل این عناصر به همراه هیدروژن و هلیوم در دسته عناصر S قرار می‌گیرند. دلیل نام‌گذاری فلزات قلیایی به این دلیل است که هیدروکسید و اکسیدهای آن‌ها در طبیعت خاصیت قلیایی دارند. زمانی که این فلزات برای تبدیل شدن به یون، الکترون از دست می‌دهند به $$X^{+1}$$ تبدیل می‌شوند. این فلزات بسیار واکنش‌پذیر هستند. به عنوان مثال فلز سدیم را اغلب در نفت یا پارافین نگهداری می‌کنند زیرا در غیر این‌ صورت سدیم سریع با اکسیژن واکنش می‌دهد و می‌سوزد.

به همین خاطر این عناصر در طبیعت به صورت آزاد یافت نمی‌شوند و اغلب به صورت ترکیب با سایر عناصر وجود دارند. به عنوان مثال منبع اصلی $$Na$$، سدیم کلرید $$NaCl$$ است که به صورت نمک‌های محلول در آب دریا یا رسوب وجود دارد و از آب‌های دریا استخراج می‌شود. این فلزات در مقایسه با سایر فلزات تفاوت‌هایی دارند که ازجمله آن‌ها می‌توان به نرم بودن،‌ نقطه ذوب و نقطه جوش پایین اشاره کرد. چگالی یا همان دانسیته این فلزات نیز پایین است به گونه‌ای که دانسیته سدیم، پتاسیم و لیتیوم از دانسیته آب هم پایین‌تر است.

فلزات قلیایی خاکی

در جدول تناوبی، گروه ۲ متعلق به فلزات قلیایی خاکی است که آرایش الکترونی آن‌ها در لایه ظرفیت به $$ns^ {2}$$ ختم می‌شود بنابراین این دسته از فلزات نیز در دسته S قرار می‌گیرند. این گروه از فلزات با از دست دادن الکترون به یون $$X^ {2+}$$ تبدیل می‌شوند. نام‌گذاری فلزات قلیایی خاکی به این دلیل است که همانند گروه قبلی هیدروکسید و اکسیدهای آن‌ها در طبیعت قلیایی هستند و از طرفی اکسید این فلزات به صورت فراوان در پوسته زمین یافت می‌شوند. به طوری که کلسیم و منیزیم به ترتیب پنجمین و هشتمین عنصر از لحاظ فراوانی در پوسته زمین به شمار می‌روند. این فلزات نیز واکنش‌پذیر هستند اما واکنش‌پذیری آن‌ها در مقایسه با فلزات قلیایی کم‌تر است. فلزات قلیایی خاکی چگال‌تر و سخت‌تر هستند و دمای ذوب بالایی دارند. سطح درخشانی دارند و رنگ آن‌ها سفید یا نقره‌ای است.

توجه کنید که در جدول فوق جای دو عنصر لانتانیوم (La) و اکتینیوم (Ac) خالی است و در کنار عناصر لانتانیدها و آکتنیدها قرار گرفته‌اند. این جدول بسیار رایج است اما حالت صحیح‌تر آن این است که این دو عنصر در دوره‌های ۶ و ۷ قرار بگیرند و بقیه عناصر گروه لانتانید و آکتنید برای حفظ خواص در پایین جدول قرار بگیرند. به این دلیل نمی‌توان این دو عنصر را در قسمت لانتانیدها و آکتنیدها قرار داد زیرا که واژه لانتانید و آکتنید به ترتیب به معنای «شبیه لانتانیوم» و «شبیه آکتینیوم» است بنابراین منطقی نیست که این دو عنصر را یک لانتانید و آکتنید دانست. اما در هر صورت، استفاده از هر دو جدول، کاربرد دارد.

فلزات واسطه دسته d

ساختار الکترونی فلزات واسطه به $$(n-1)d$$ ختم می‌شود به همین دلیل به فلزات واسطه فلزات یا عناصر دسته d می‌گویند. در این دسته از فلزات زیرلایه‌های d در حال پر شدن است. این فلزات بر اساس اصل آفبا برای تبدیل شدن به یون، ابتدا الکترون‌های لایه s را از دست می‌هند. گروه ۳ تا ۱2 در جدول تناوبی متعلق به فلزات واسطه است بنابراین می‌توان گفت که بخش بزرگی از جدول تناوبی به این دسته از فلزات اختصاص دارد.

البته برخی، فلزات گروه ۱۲ را فلزات «پس‌واسطه» (Post-transition metals) می‌نامند که متعلق به دسته عناصر p هستند. هرچند برخی از شیمیدان‌ها آن‌ها را همچنان جزء فلزات واسطه یا فلزات پایه می‌دانند و در جدول تناوبی گروه ۱۲ جزء فلزات واسطه دسته d قرار دارند البته در برخی جدول‌ها مانند تصویر زیر این‌گونه نیست. جدول زیر فقط نقشه خانه‌های مربوط به فلزات را نشان داده است. همان‌طور که در تصویر مشاهده می‌شود عناصر گروه ۱۲ از جمله روی، کادمیوم و جیوه جزء همان فلزات پس‌واسطه به شمار می‌روند.