ما العنصر في الكيمياء؟

كل شيء مكوّن من ذرات

كل ما حولك، من مكتبك إلى الهواء الذي تتنفسه، مكوّن من جسيمات صغيرة تسمى الذرات. وهي أصغر بكثير من أن تُرى، حتى بالمجهر العادي.

للذرات أنواع مختلفة. والعنصر مادة جميع ذراتها من النوع نفسه. فسبيكة الذهب النقي لا تحتوي إلا على ذرات ذهب، والبالون المملوء بالهيليوم النقي لا يحتوي إلا على ذرات هيليوم.

فما الذي يجعل ذرتين من النوع نفسه؟ إنه عدد البروتونات، وهي الجسيمات الصغيرة ذات الشحنة الموجبة في مركز كل ذرة. لكل ذرة كربون 6 بروتونات ولكل ذرة أكسجين 8. ويسمى هذا العدد العدد الذري، ولا يشترك فيه عنصران.

العناصر هي أبسط المواد

يمكنك صهر العنصر أو تجميده أو قطعه أو طحنه، ويبقى العنصر نفسه. فالذهب المصهور ما زال ذهباً. ولا يستطيع أي تفاعل كيميائي تفكيك العنصر إلى مواد أبسط.

الماء مختلف. فباستخدام الكهرباء يستطيع الكيميائيون تحليل الماء إلى غازين هما الهيدروجين والأكسجين. ولأن الماء يمكن تفكيكه بهذه الطريقة، فهو ليس عنصراً. أما الهيدروجين والأكسجين فلا يمكن تفكيكهما أكثر، ولذلك فهما عنصران.

المركبات: عناصر متحدة معاً

يتكوّن المركب عندما تتحد ذرات عنصرين مختلفين أو أكثر معاً بروابط كيميائية. الماء مركب من الهيدروجين والأكسجين. وتبيّن صيغته H₂O أن فيه دائماً ذرتي هيدروجين لكل ذرة أكسجين.

وصفة المركب لا تتغير أبداً. فالماء النقي من نهر جليدي والماء النقي من إبريق الغلي لهما بالضبط النسبة نفسها، اثنان إلى واحد.

قد يختلف المركب تماماً عن العناصر المكوّنة له. الصوديوم فلز طري لامع يفور ويندفع على سطح الماء، والكلور غاز سام أصفر مخضر. وعندما يتحدان يكوّنان كلوريد الصوديوم (NaCl)، أي ملح الطعام الذي ترشه على طعامك.

الخلائط: ممزوجة لكن غير متحدة

في الخليط تُمزج مادتان أو أكثر معاً دون ترابط كيميائي. وتحتفظ كل مادة بخصائصها، ويمكن أن تتغير الكميات. يمكنك تحريك قليل من السكر أو كثير منه في الشاي، ويبقى لديك شاي محلى.

ولأنه لا يوجد ترابط، يمكن فصل الخلائط بطرائق فيزيائية بسيطة. فالمغناطيس يسحب برادة الحديد من الرمل، والمرشح يحجز الرمل عن الماء، وتبخير الماء من الماء المالح يترك الملح خلفه.

الهواء خليط أيضاً. فهو في معظمه نيتروجين وأكسجين، وكلاهما عنصر، إضافة إلى كميات صغيرة من الأرغون وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء.

كيف تميّز بينها

اطرح ثلاثة أسئلة. هل يوجد نوع واحد فقط من الذرات؟ إذن هو عنصر. هل ترتبط عناصر مختلفة معاً بنسبة ثابتة؟ إذن هو مركب. هل خُلطت مواد مختلفة ببساطة ويسهل فصلها؟ إذن هو خليط.

انتبه لغاز الأكسجين O₂. فذراته تسير في أزواج، لكن الذرتين في كل زوج كلتيهما أكسجين، فغاز الأكسجين ما زال عنصراً. أما ثاني أكسيد الكربون CO₂ فيحتوي على عنصرين مختلفين مرتبطين معاً، ولذلك فهو مركب.

من بين العناصر الـ 118 المعروفة، يوجد نحو 94 عنصراً بشكل طبيعي على الأرض، وبعضها بآثار ضئيلة فقط. وصنع العلماء الباقي في المختبرات. وقد سُمّيت العناصر الأربعة الأحدث، ومنها الأوغانيسون (118)، في عام 2016.