فرادرسعنصر اتمی چیست؟ — به زبان ساده
«عنصر اتمی» (Atomic Element) گروهی از مواد خالص و از دسته عناصر هستند. این دسته از عناصر به همراه عنصرهای مولکولی که از چند اتم مشابه ساخته میشوند، گروه عناصر شیمیایی را تشکیل می‌دهند. عنصر به موادی گفته میشود که به‌طور معمول به ذرات کوچکتر تجزیه نشود. در این مطلب خواهید آموخت که عنصر اتمی چیست و چه تفاوتی با عنصر مولکولی دارد.
عنصر اتمی چیست ؟
عنصر اتمی، به مواد خالصی گفته میشود که ذرات سازنده آن‌ها به شکل اتمهای منفرد هستند. یعنی ذرات شیمیایی در ساختار آن‌ها به‌صورت جدا و تک‌اتمی است و فرمول شیمیایی آن‌ها بدون زیروند نوشته میشود. در شکل زیر تقسیم‌بندی مواد خالص نشان داده شده است. هلیوم یکی از عنصرهای گازهای نجیب نمونه‌ای از عنصر اتمی است.
فلزات و گازهای نجیب از جمله عناصر اتمی هستند. فلزها از کنار هم قرار گرفتن مجموعه‌ای از اتم‌ها با پیوند فلزی ساخته میشوند. عنصرها همچنین می‌تواند به شکل دواتمی، سه‌اتمی و چند اتمی باشند. به عنصرهایی دواتمی و بیشتر عنصر مولکولی گفته میشود.
عناصر فلزی و عنصر اتمی
عناصر فلزی گروهی از عنصرهای جدول تناوبی هستند که عموماً شکل‌پذیر، چکش‌خوار و رسانای خوب الکتریسیته و گرما هستند. باید توجه داشت که خاصیت فلزی مخصوص عناصر فلزی نیست و برخی مواد یا عناصر نافلز نیست در شرایطی خاصیت فلزی پیدا می‌کنند. برای مثال، عنصر ید در فشاری بین ۴۰ تا ۱۷۰ هزار برابر فشار اتمسفر تبدیل به فلز میشود. این دسته از عناصر به صورت سنگ‌های معدنی در پوسته زمین یافت میشوند و استحکام و دوام بالایی دارند.
گازهای نجیب و عنصر اتمی
گازهای نجیب که با نام‌های گازهای کمیاب یا بی‌اثر نیز شناخته میشوند گروهی از انواع عناصر هستند که در آخرین گروه جدول تناوبی، گروه ۱۸ قرار دارند. گازهای نجیب زیرمجموعه‌ای از نافلزات و شامل ۷ عنصر هستند که عبارتند از:
- هلیوم $$(^۲He)$$
- نئون $$(^{۱۰}Ne)$$
- آرگون $$(^{۱۸}Ar)$$
- کریپتون $$(^{۳۶}Kr)$$
- زنون $$(^{۵۴}Xe)$$
- رادون $$(^{۸۶}Rn)$$
- اوگانسون $$(^{۱۱۸}Og)$$
به‌جز اوگانسون که فاز نامشخصی دارد سایر عناصر در فشار و دمای معمولی در فاز گازی قرار دارند. گازهای نجیب به دلیل پر بودن لایه ظرفیتی واکنش‌پذیری بسیار پایینی دارند و در بین تمام عناصر میل کمی برای گرفتن یا از دست دادن الکترون و واکنش دادن نشان می‌دهند. طیف نشری، نماد شیمیایی و رنگ پنج عنصر نخست گازهای نجیب در شکل زیر نشان داده شده است.
ویژگی گازهای نجیب
برخی از ویژگی‌های گازهای نجیب در زیر فهرست شده‌است.
- تقریباً واکنش‌پذیری کمی دارند.
- انرژی یونش بالایی دارند.
- الکترونگاتیوی بسیار کم دارند.
- نقطه جوش آن‌ها کم است و در دمای اتاق به شکل گازهای تک‌اتمی هستند.
- در شرایط معمولی، بدون رنگ، بو یا طعم هستند.
- اشتعال‌ناپذیرند.
- در فشار کم رسانای جریان الکتریسیته هستند و فلورسانس دارند.
تعریف اتم و عنصر
برای درک بیشتر مفهوم عنصر اتمی بهتر است با مفاهیم زیر آشنا شوید.
- اتم: به کوچکترین ذره سازنده ماده اتم گفته میشود.
- مولکول: مولکول حداقل از پیوند دو اتم به وجود می آید.
- یون: به اتم‌ها و مولکول‌هایی که بار منفی یا مثبت دارند یون می‌گویند.
- عنصر: موادی که از اتمهای یکسانی ساخته شده‌اند عنصر نامیده میشوند.
-
- عنصر مولکولی: به مولکول‌هایی که از اتمهای یکسانی ساخته شده باشد، عنصر مولکولی گفته میشود. برای مثال، $$(O_۲) $$ و $$(F_۲) $$
- عنصر اتمی: به عنصرهایی که به شکل تک‌اتم باشند، عنصر اتمی می‌گویند.
- عنصر فلزی: به عنصرهایی از جدول تناوبی گفته میشود که در دسته گروه‌های فلزی قرار دارند.
- عنصر نافلز: به عنصرهای گروه نافلز جدول تناوبی مانند هالوژن‌ها عنصرهای نافلز می‌گویند.
- ترکیب: حداقل از دو اتم متفاوت ساخته شده است. برای مثال، کربن دی‌اکسید $$(CO_۲) $$ که از عنصرهای کربن (C) و اکسیژن (O) تشکیل شده است.
اتم و عنصر اتمی
به کوچکترین واحد سازنده ماده که خواص شیمیایی عنصر را دارد اتم گفته میشود. اتم خود از ذرات ریزتر به نام الکترون، پروتون و نوترون ساخته شده است. اتم از دو بخش هسته و ابر الکترونی تشکیل شده است. پروتون و نوترون در هسته اتم قرار دارند که توسط الکترون‌ها پوشیده شده‌اند.
- هسته: شامل پروتون و نوترون است که بار مثبت دارد. پروتون بار مثبت و نوترون‌ها ذراتی خنثی هستند.
- ابر الکترونی: ابری از الکترون‌هایی با بار منفی است که پیرامون هسته قرار دارد.
در بین تمام عناصر، تنها هیدروژن از الکترون و پروتون ساخته شده است و هیچ نوترونی ندارد. تعداد پروتون‌ها تعیین کننده نوع عنصر و تعداد الکترون‌ها خواص شیمیایی اتم‌ها را تعیین می‌کند.
عنصر چیست ؟
عنصر به به موادی گفته میشود که از اتمهای یکسانی ساخته شده باشد و با استفاده از واکنش شیمیایی معمولی قابل تجزیه یا تبدیل به ذرات یا مواد دیگر نیست. شکل زیر ساختار عنصر طلا را نشان می‌دهد که از اتمهای یکسانی تشکیل شده است.
عنصرها سازنده سایر ترکیبات شیمیایی هستند و براساس عدد اتمی (Z) خود در جدول تناوبی قرار می‌گیرند. عدد اتمی تعداد پروتون‌های موجود در هسته اتم است و هر عنصر عدد اتمی ویژه‌ای دارد. تاکنون ۱۱۸ عنصر شیمیایی شناسایی و در برخی موارد سنتز شده است که از این تعداد تنها ۸۸ عنصر در طبیعت وجود دارد. عناصر با استفاده از نمادهای شیمیایی نشان داده میشوند.
هیدروژن (H) نخستین عنصر با عدد اتمی ۱ و اوگانسون (Og) با عدد اتمی ۱۱۸ آخرین عنصر جدول تناوبی هستند. جدول تناوبی در ۱۸ گروه و ۷ دوره تنظیم شده است.
عنصر مولکولی چیست ؟
عنصرهای مولکولی، مولکولهای جورهستهای هستند که دستکم از دو اتم تشکیل میشوند. عنصرهای مولکولی با ترکیبات شیمیایی تفاوت دارند، در ترکیبات شیمیایی حداقل دو اتم متفاوت با یکدیگر پیوند دارند ولی در عنصرهای مولکولی اتمهای یکسانی با پیوند شیمیایی به یکدیگر متصل شده‌اند. عنصرهای مولکولی می‌توانند به شکل‌های دواتمی تا چنداتمی باشند. در زیر نمونه‌هایی از شکل‌های مختلف عنصرهای مولکولی آورده شده است.
- عنصر دواتمی: گاز نیتروژن $$(N_۲)$$
- عنصر سه اتمی: اوزون $$(O_۳)$$
- عنصر چنداتمی: عناصری که بیش از دو اتم با پیوند کووالانسی به هم متصل شده‌اند مانند فسفر $$(P_۴)$$ و گوگرد $$(S_۸)$$
به‌طور طبیعی فسفر از ۴ اتم و گوگرد از ۸ اتم تشکیل شده‌اند. در زیر ساختار این دو عنصر نمایش داده شده است.
عنصر دو اتمی
این دسته از عنصرهای مولکولی واکنش‌پذیری بسیار بالایی دارند و به‌صورت تک‌اتمی و منفرد یافت نمی‌شوند. عنصرهای دواتمی مولکولهای جورهستهای هستند که از از پیوند دو اتم یکسان تشکیل میشوند. در طبیعت ۷ عنصر دواتمی وجود دارد که عبارتند از:
- هیدروژن $$(H_۲)$$
- نیتروژن $$(N_۲)$$
- فلوئور $$(F_۲)$$
- اکسیژن $$(O_۲)$$
- ید $$(I_۲)$$
- کلر $$(Cl_۲)$$
- برم $$(Br_۲)$$
از این هفت عنصر نافلزی، هیدروژن، نیتروژن، فلوئور، اکسیژن و کلر در دما و فشار معمولی در فاز گازی هستند. برم مایع و ید با توجه به شرایط می‌تواند در فاز مایع یا جامد باشد. گازهای نیتروژن و اکسیژن نزدیک به 99 درصد جو زمین را تشکیل می‌دهند. در شکل زیر ساختار لوویس برخی از این عناصر و پیوند بین جفت اتم که از قاعده اکتت پیروی می‌کنند نشان داده شده است. عنصرهای دواتمی نیتروژن و اکسیژن به ترتیب سه و دو پیوند دارند و در سایر عناصر تنها یک پیوند بین دو اتم وجود دارد.
باید توجه شود که اکسیژن در جدول تناوبی تنها به اتم اکسیژن (O) و اکسیژن موجود در جو زمین یا هوا به گاز اکسیژن $$(O_2)$$ اشاره دارد. سایر عناصر دواتمی نیز از این قاعده پیروی می‌کنند. برای مثال وقتی گفته میشود ظرفی حاوی هیدروژن یا نیتروژن است منظور گاز هیدروژن $$(H_۲)$$ و گاز نیتروژن $$(N_۲)$$ است یا وقتی برای گندزدایی به آب استخر کلر افزوده میشود در واقع ماده اضافه گاز کلر $$(Cl_۲)$$ است نه اتم کلر (Cl).
در شکل زیر عنصر فلزی سدیم در واکنش با عنصر نافلز کلر که عنصر مولکولی دواتمی است واکنش می‌دهد و ترکیب یونی نمک خوراکی یا سدیم کلرید تشکیل میشود.
تفاوت اصلی بین عنصر اتمی و مولکولی این است که عنصر اتمی گونه شیمیایی است که به شکل اتم مستقل یا تک‌اتمی وجود دارد در حالی که عنصر مولکولی ماده مولکولی است که از دو یا چند اتم از یک عنصر تشکیل شده‌است.
ترکیب شیمیایی
ترکیب شیمیایی به موادی گفته میشود که از ترکیب حداقل دو عنصر متفاوت تشکیل شود. برای مثال ترکیب هیدروژن و کربن می‌تواند ترکیب متان $$(CH_۴)$$ را تشکیل دهد. ترکیبات شیمیایی به دو دسته مهم ترکیبات مولکولی و یونی تقسیم میشوند. آب و نمک به ترتیت ترکیبی مولکولی و یونی هستند.
- آب: آب $$(H_۲O)$$ از هیدروژن و اکسیژن تشکیل میشود که در آن به از هر اتم اکسیژن، دو اتم هیدروژن وجود دارد.
- نمک: سدیم کلرید یا نمک $$(NaCl)$$ نیز از ترکیب سدیم و کلر با نسبت ۱:۱ ایجاد میشود.
با استفاده از واکنش‌های شیمیایی، ترکیب‌های شیمیایی می‌توانند با تغییر ساختار به موادی جدید تبدیل شوند. در فرایند واکنش شیمیایی برخی پیوندها شکسته و پیوندهای جدیدی ایجاد میشود. ترکیب شیمیایی براساس نوع پیوندی که بین اتمهای سازنده آن‌ها وجود دارد به چهار دسته زیر تقسیم میشوند.
| انواع ترکیب شیمیایی | |
| نوع ترکیب | نوع پیوند شیمیایی |
| ترکیبات مولکولی | پیوند کووالانسی |
| ترکیبات یونی | پیوند یونی |
| ترکیبات میان‌فلزی | پیوند فلزی |
| کمپلکس‌ها | پیوند داتیو |
مولکول چیست ؟
وقتی دستکم دو اتم با پیوند شیمیایی در کنار هم قرار گیرند مولکول تشیل میشود. مولکولها ممکن است به شکل جورهسته و ناجورهسته باشند.
- «مولکول جورهسته» (Homonuclear molecule): اتمهای تشکیل دهنده مولکول جورهسته، اتمهای یک عنصر هستند. برای مثال مولکول اکسیژن $$(O_۲)$$ مولکولی جورهسته است.
- «مولکول ناجورهسته» (Heteronuclear molecule): در مولکولهای ناجورهسته، اتم‌ها از چند عنصر گوناگون هستند. برای مثال، آب $$(H_۲O)$$ از دو اتم متفاوت تشکیل میشوند و مولکولی ناجورهسته است.
مولکولها به‌وسیله فرمول شیمیایی یا مولکولی نمایش داده میشوند. در فرمول شیمیایی با استفاده از نمادهای شیمیایی عناصر جدول تناوبی و زیروندهای عددی، اتمهای تشکیل دهنده و تعداد آن‌ها در مولکول نمایش داده میشوند.
ترکیب یونی
ترکیبات یونی دسته‌ای از ترکیبات شیمیایی هستند که در آن‌ها یون‌ها توسط پیوند یونی در کنار هم قرار گرفته‌اند. ترکیبات یونی، به‌طور ترکیباتی خنثی هستند که از تعداد یون‌های برابر به‌نام آنیون‌ها با بار منفی و کاتیون‌ها با بار مثبت تشکیل شده‌اند. برخی از یون‌ها، یون‌های ساده‌ای مانند $$Na^+$$ و $$Cl^−$$ یا یون‌های چند اتمی مانند $$NH^+$$ و $$CO_۲^-$$ هستند.
آنیون‌ها و کاتیون‌ها در ترکیبات یونی در شبکه‌ای سه‌بعدی از یون‌ها ساختارهای بلوری را تشکیل می‌دهند. این دسته از ترکیبات شیمیایی معمولاً نقطه ذوب و جوش بالایی دارند و سخت و شکننده هستند. همچنین در حالت جامد عایق الکتریکی و در حالت مایع، رسانایی بالایی دارند.
ترکیبات میان فلزی
ترکیبات میان‌فلزی از ترکیب دو یا چند فلز با نسبت‌های معین تشکیل میشوند. این ترکیبات سخت و شکننده هستند. آلیاژهای برنج، برنز و آمالگام نمونه‌هایی از ترکیبات میان‌فلزی هستند.
کمپلکس ها
کمپلکس کوئوردیناسی از یک اتم یا یون مرکزی که معمولاً فلز است و مجموعه‌ای از مولکولها یا یون‌ها، به نام لیگاند تشکیل میشود. بسیاری از ترکیبات فلزهای واسطه به شکل کمپلکس‌های کوئوردیناسی هستند.
سوالات متداول در عنصر اتمی
تا اینجا آموختید که عنصر اتمی چیست و با تعریف مفاهیم دیگری مانند اتم، عنصر و مولکول نیز آشنا شدید. برای درک بیشتر موضوع می‌توانید به سوالات زیر پاسخ دهید.
