عنصر چیست و انواع عنصر را نام ببرید
ما امروز در نشریه شیمی داکس قصد داریم در مورد عنصر صحبت کنیم. ما در ابتدا به این سوال که عنصر چیست و چه تقاوتی با ترکیب دارد پاسخ خواهیم داد و سپس به معرفی انواع عنصر خواهیم پرداخت، پس با ما تا پایان این مطلب همراه باشید.
عنصر چیست؟
شما با مفهوم عنصر در کتاب علوم کلاس هفتم آشنا شدید و آنجا با این تعریف ساده رو به رو شدید که عنصر شکل خاصی از ماده است که یک نوع اتم دارد و به دو دسته فلز و نافلز تقسیم می‌شود. تعریفی که کاملاً درسته ولی کمی ناقصه!!! در ادامه یک تعریف جامع و علمی از عنصر به شما ارائه می‌دهیم.
عنصر در شیمی ماده‌ای خالص است که از یک نوع اتم با تعداد پروتون‌های ثابت در هسته تشکیل شده و با روش‌های شیمیایی معمولی به ماده ساده‌تر تجزیه نمی‌شود. این عدد پروتون که عدد اتمی نام دارد، هویت هر عنصر را مشخص می‌کند و باعث می‌شود ویژگی‌های شیمیایی آن با عناصر دیگر متفاوت باشد. عناصر پایه و سازنده همه مواد جهان هستند و در جدول تناوبی بر اساس عدد اتمی مرتب شده‌اند.
به‌طور خلاصه، عنصر همان نوع خاصی از اتم است که هویت و ویژگی‌های شیمیایی‌اش را تعداد پروتون‌های موجود در هسته تعیین می‌کند.
ماده چیست؟
خب قبل از اینکه به ادامه معرفی عنصر بپردازیم بیایید تا به سوال ماده چیست؟ که احتمالاً سوال خیلی از شماست، پاسخ بدهیم ما در واقع هر چیزی که جرم دارد و فضا اشغال می‌کند را ماده می‌نامیم. ساده تر بخواهم بگم، در جهان هستی هر چیزی که وجود داره از آب و هوا گرفته تا گوشی موبایلی که در دستتون دارید و حتی بدن خود ما از چیزهایی به‌نام ماده ساخته شده است.
تاریخچه عنصر (توسعه تاریخی مفهوم عنصر)
جالبه بدانید که تاریخچه عنصر به فلاسفه یونان باستان برمی‌گردد که باور داشتند همه ماده‌های جهان از چند ماده ساده به نام عنصر تشکیل شده‌اند(آتش، آب، هوا و خاک)
بعدها ارسطو عنصر پنجم یا اتر را به آن‌ها اضافه کرد. در قرن هفدهم، رابرت بویل در کتاب «شیمی‌دان شکاک» مفهوم مدرن‌تر عنصر را معرفی کرد و آنتوان لاووازیه پدر شیمی مدرن، تعریف علمی عنصر را اینگونه ارائه داد:
عنصر ماده‌ای که به مواد ساده‌تر تجزیه نمی‌شود و می‌تواند در ترکیب با دیگر عناصر اجسام جدید بسازد.
باید بدانید که امروزه بیش از ۱۲۰ عنصر شناخته شده‌اند که پایه همه مواد جهان را تشکیل می‌دهند؛ از این میان حدود ۹۲ عنصر طبیعی هستند و بقیه عناصر ساختگی محسوب می‌شوند. بد نیست برای درک بهتر نگاهی هم به جدول پایین که برای شما آماده کردیم بیاندازید.
| دسته بندی | ویژگی‌ها | مثال | تعداد تقریبی |
|---|---|---|---|
| عناصر طبیعی | در طبیعت یافت می‌شوند و از ابتدا در زمین یا کیهان وجود دارند | هیدروژن، اکسیژن، کربن، طلا | حدود ۹۲ عنصر |
| عناصر ساختگی | در آزمایشگاه یا رآکتورهای هسته‌ای ساخته می‌شوند و در طبیعت یافت نمی‌شوند | تکنسیوم، پلوتونیوم، لیورموریوم | حدود ۲۸ عنصر |
انواع عنصر
شما با دسته بندی عنصر بر اساس طبیعی و ساختگی بودن آن تا حدودی آشنا شدید ولی باید بدانید که در علم شیمی عناصر را براساس عوامل مختلفی تقسیم بندی کردند که میتوانم بگم رایج ترین و شناخته شده ترین دسته بندی مربوط به تقسیم بندی براساس ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی است که ما در ادامه بصورت کامل آن را شرح خواهیم داد.
- فلزات: فلزات بیشترین عناصر جدول تناوبی را تشکیل می‌دهند و معمولاً براق، شکل‌پذیر و رسانای خوبی برای برق و حرارت هستند. این عناصر در زندگی روزمره بسیار کاربرد دارند؛ برای مثال آهن در ساخت ساختمان‌ها و پل‌ها، مس در سیم‌کشی برق و آلومینیوم در ساخت وسایل سبک و مقاوم استفاده می‌شوند.
- غیرفلزات: غیرفلزات معمولاً شکننده، غیر رسانا و در حالت گازی یا جامد یافت می‌شوند. این عناصر نقش مهمی در طبیعت و بدن موجودات دارند؛ به عنوان مثال اکسیژن برای تنفس ضروری است، نیتروژن بخش عمده هوای اطراف ما را تشکیل می‌دهد و کربن اساس ترکیبات آلی و زندگی بر روی زمین است.
- نیمه‌فلزات (شبه‌فلزات): نیمه‌فلزات خواص بین فلزات و غیرفلزات دارند و رسانایی آن‌ها به دما یا شرایط محیط بستگی دارد. این عناصر در صنایع الکترونیک و فناوری اهمیت زیادی دارند؛ برای مثال سیلیکون در تولید تراشه‌های کامپیوتری، بور در مواد ضد حریق و آرسنیک در برخی آلیاژهای صنعتی استفاده می‌شود.
- گازهای نجیب: گازهای نجیب، عناصر گروه ۱۸ جدول تناوبی، بسیار پایدار و کم واکنش هستند و معمولاً در واکنش‌های شیمیایی شرکت نمی‌کنند. از کاربردهای آن‌ها می‌توان به هلیوم در بالن‌ها و تجهیزات آزمایشگاهی، نئون در روشنایی‌های تبلیغاتی و آرگون در جو محافظ جوشکاری اشاره کرد.
در ادامه برای درک بهتر و راحت تر شما یک جدول برای شما آماده کردیم.
| نوع عنصر | ویژگی‌ها | مثال |
|---|---|---|
| فلزات | براق، شکل‌پذیر، رسانای خوب برق و حرارت | آهن، مس، آلومینیوم |
| غیرفلزات | شکننده، غیر رسانا، معمولاً گازی یا جامد | اکسیژن، نیتروژن، کربن |
| نیمه‌فلزات (شبه‌فلزات) | خواص بین فلزات و غیرفلزات، رسانایی وابسته به دما | سیلیکون، بور، آرسنیک |
| گازهای نجیب | پایدار، کم‌واکنش، معمولاً شرکت در واکنش‌ها ندارد | هلیوم، نئون، آرگون |
عنصر و ترکیب چه تفاوتی با هم دارند؟
برای پاسخ دادن به این سوال پرتکرار و مهم اجازه بدهید ابتدا ترکیب را تعریف کنیم. ترکیب در واقع ماده‌ای خالص است که از دو یا چند عنصر مختلف در نسبت‌های معین و مشخص تشکیل شده و با واکنش‌های شیمیایی می‌توان آن‌ها را از هم جدا کرد. به عنوان مثال آب (H₂O) از هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده و نمک طعام (NaCl) از سدیم و کلر ساخته شده است. ترکیب‌ها ویژگی‌های متفاوتی نسبت به عناصر سازنده خود دارند و رفتار شیمیایی خاص خود را نشان می‌دهند.
از سوی دیگر گفتیم که عنصر ماده‌ای خالص است که تنها از یک نوع اتم ساخته شده و با روش‌های شیمیایی ساده به ماده دیگری تجزیه نمی‌شود. به عنوان نمونه در اینجا می توانیم به آهن (Fe)، طلا (Au) و اکسیژن (O₂) اشاره کنیم که همگی عنصر هستند.
ویژگی های عناصر
خب بیایید با هم 9 ویژگی مهم عنصرهای شیمیایی را بررسی کنیم.
- عدد اتمی (Atomic Number): تعداد پروتون‌های موجود در هسته هر اتم است و مشخص می‌کند آن اتم به کدام عنصر تعلق دارد. عدد اتمی ویژگی اصلی عنصر است و رفتار شیمیایی آن را تعیین می‌کند.
- جرم اتمی (Atomic Mass): مجموع جرم پروتون‌ها و نوترون‌ها در هسته اتم است. جرم اتمی معمولاً میانگین جرم ایزوتوپ‌های یک عنصر است و برای محاسبات ترکیبات شیمیایی و استوکیومتری استفاده می‌شود.
- نماد شیمیایی(Chemical Symbol): یک یا دو حرف است که برای نمایش عنصر به کار می‌رود. این نمادها در معادلات و فرمول‌های شیمیایی استفاده می‌شوند، مانند H برای هیدروژن و O برای اکسیژن.
- ساختار الکترونی (Electron Configuration): نحوه توزیع الکترون‌ها در لایه‌های انرژی اطراف هسته را نشان می‌دهد. ساختار الکترونی تعیین‌کننده خواص شیمیایی عنصر و توانایی تشکیل پیوند با دیگر عناصر است.
- وضعیت فیزیکی (Physical State): عنصرها می‌توانند در شرایط استاندارد دما و فشار به شکل جامد، مایع یا گاز باشند. برای مثال، طلا و آهن جامد، برم مایع و نئون گاز هستند.
- ویژگی‌های شیمیایی (Chemical Properties): شامل رفتار عنصر در واکنش‌ها، واکنش‌پذیری، توانایی ترکیب با دیگر عناصر و اسیدی یا بازی بودن ترکیبات است. این ویژگی‌ها توسط ساختار الکترونی عنصر تعیین می‌شوند.
- عدد جرمی (Mass Number): مجموع پروتون‌ها و نوترون‌ها در هسته اتم است و برای تمایز ایزوتوپ‌ها استفاده می‌شود. عدد جرمی معمولاً یک عدد صحیح است و نشان می‌دهد یک اتم چه تعداد ذره هسته‌ای دارد.
- ایزوتوپ‌ها (Isotopes) : اتم‌هایی از یک عنصر که تعداد پروتون‌هایشان یکسان اما تعداد نوترون‌هایشان متفاوت است. مثل: کربن-12 و کربن-14.
- دگرشکل‌ها (Allotropes): شکل‌های مختلف یک عنصر در حالت خالص با ساختار بلوری یا مولکولی متفاوت که خواص فیزیکی متفاوتی دارند. در اینجا میتوانیم به الماس و گرافیت که هر دو از کربن ساخته شده‌اند، اشاره کنیم.
| ویژگی | توضیح | مثال |
|---|---|---|
| عدد اتمی (Atomic Number) | تعداد پروتون‌های هسته که هویت عنصر را مشخص می‌کند و رفتار شیمیایی آن را تعیین می‌کند. | هیدروژن: 1، اکسیژن: 8 |
| جرم اتمی (Atomic Mass) | میانگین جرم اتم‌های یک عنصر بر اساس ایزوتوپ‌های آن و شامل پروتون‌ها و نوترون‌ها است. | کربن: 12.01، اکسیژن: 16.00 |
| عدد جرمی (Mass Number) | مجموع پروتون‌ها و نوترون‌ها در یک اتم و برای تمایز ایزوتوپ‌ها استفاده می‌شود. | کربن-12: 12، کربن-14: 14 |
| نماد شیمیایی (Chemical Symbol) | یک یا دو حرف که برای نمایش عنصر در معادلات و فرمول‌ها استفاده می‌شود. | H، O، Fe |
| ساختار الکترونی (Electron Configuration) | نحوه چیدمان الکترون‌ها در لایه‌های انرژی اطراف هسته که خواص شیمیایی عنصر را تعیین می‌کند. | هلیوم: 1s²، کربن: 1s² 2s² 2p² |
| وضعیت فیزیکی (Physical State) | حالت عنصر در دما و فشار استاندارد: جامد، مایع یا گاز. | طلا: جامد، برم: مایع، نئون: گاز |
| ویژگی‌های شیمیایی (Chemical Properties) | رفتار عنصر در واکنش‌ها، میزان واکنش‌پذیری و توانایی تشکیل ترکیبات با دیگر عناصر. | سدیم با آب واکنش شدید دارد، نئون غیرواکنشی است |
| ایزوتوپ‌ها (Isotopes) | اتم‌هایی از یک عنصر که تعداد پروتون‌ها یکسان اما نوترون‌ها متفاوت دارند. | کربن-12، کربن-14 |
| دگرشکل‌ها (Allotropes) | شکل‌های مختلف یک عنصر در حالت خالص با ساختار بلوری یا مولکولی متفاوت و خواص فیزیکی متفاوت. | کربن: الماس، گرافیت |
جالبه بدانید که ویژگی‌های عناصر شیمیایی در جدول تناوبی به شکل منظم خلاصه شده‌اند. در این جدول، عناصر بر اساس عدد اتمی در سطرها و ستون‌ها قرار گرفته‌اند؛ هر سطر یک تناوب و هر ستون یک گروه نامیده می‌شود. پیش از مندلیف، تلاش‌هایی برای ترتیب دادن عناصر انجام شده بود، اما افتخار تهیه جدول تناوبی به دیمتری مندلیف، شیمی‌دان روس، در سال ۱۸۶۹ تعلق دارد. هدف اولیه او نشان دادن خواص تناوبی عناصر بود.
نام گذاری عناصر
شاید برای شما هم سوال شده باشد که این عناصر چطوری نامگذاری می‌شوند؟ پیش از ارائه نظریه اتمی، بسیاری از فلزات، ترکیب‌ها و آلیاژها در مناطق مختلف با نام‌های محلی شناخته می‌شدند و به عنوان عنصر شناخته نمی‌شدند. حتی پس از تثبیت مفهوم عنصر، نام‌هایی مانند جیوه، طلا، نقره و آهن در بیشتر کشورها حفظ شدند. امروزه برای سهولت ارتباط در محافل علمی و تسهیل اهداف تجاری، نام عناصر توسط اتحادیه بین‌المللی شیمی کاربردی و محض (IUPAC) تعیین می‌شود مثلاً به عنوان نمونه نام عنصر ۷۹ به صورت طلا (Gold) پذیرفته شده است، در حالی که نماد آن یعنی «Au» از لاتین وام گرفته شده است.
جالبه بدانید که برای نشان دادن عناصر در علم شیمی از نمادهای شیمیایی استفاده می‌شود که معمولاً از یک یا دو حرف ابتدایی نام عنصر در زبان انگلیسی، آلمانی یا لاتین گرفته شده است؛ به عنوان نمونه به دو مثال زیر توجه کنید.
- سدیم (Sodium → Na از لاتین Natrium)
- مس (Copper → Cu از لاتین Cuprum)
این نمادها در همه زبان‌ها یکسان هستند و امکان ارتباط جهانی و یکپارچه را فراهم می‌کنند. علاوه بر این، در شیمی نمادهای عمومی دیگری هم استفاده می‌شوند، مانند “X” برای هالوژن‌ها، “R” برای رادیکال‌ها، “Q” برای گرما در واکنش‌ها، “L” برای لیگاندها و “M” به طور کلی برای فلزات؛ همچنین “Ln” برای لانتانیدها به کار می‌رود.
فراوانی عناصر
جالبه بدانید که هیدروژن ساده‌ترین و سبک‌ترین عنصر در جهان است که تنها یک پروتون دارد و با ۷۵٪ فراوانی، پرکاربردترین عنصر در کائنات محسوب می‌شود. پس از آن هلیوم با دو پروتون و حدود ۲۳٪ فراوانی و اکسیژن با هشت پروتون و حدود ۱٪ فراوانی قرار دارند. سایر عناصر تنها حدود ۱٪ باقی‌مانده جهان را تشکیل می‌دهند و ترکیب آن‌ها در ستاره‌ها و سیارات تفاوت‌های قابل توجهی دارد.
این قضیه زمانی جالبتر می‌شود که بدانید عناصر در پوسته زمین به شکل‌های مختلف و با فراوانی متفاوت یافت می‌شوند. اکسیژن (حدود ۴۶٪)، سیلیکون (۲۸٪)، آلومینیوم (۸٪) و آهن و کلسیم بخش عمده پوسته زمین را تشکیل می‌دهند، در حالی که فلزات سنگین مانند طلا، پلاتین و اورانیوم بسیار کمیاب هستند. علاوه بر عناصر طبیعی، برخی عناصر ساختگی نیز تنها در آزمایشگاه‌ها یا رآکتورهای هسته‌ای ساخته می‌شوند.
کاربردهای عناصر در زندگی روزمره
همان طور که فهمیدید، عناصر شیمیایی پایه و اساس همه مواد جهان هستند و نقش مهمی در زندگی روزمره ما دارند. فلزات مانند آهن و آلومینیوم در ساخت ساختمان‌ها، خودروها و ابزارهای صنعتی استفاده می‌شوند، مس در سیم‌کشی برق و طلا در جواهرات و صنایع الکترونیکی کاربرد دارد. غیرفلزات نیز در زندگی ما اهمیت زیادی دارند؛ اکسیژن برای تنفس و سوخت‌وساز بدن ضروری است، نیتروژن در تولید کودهای شیمیایی و کربن در ساخت پلاستیک‌ها و مواد آلی نقش دارد.
از سوی دیگر، گازهای نجیب به دلیل پایدار بودن و واکنش‌پذیری کم، کاربردهای خاص و حیاتی دارند. هلیوم در بالن‌ها، تجهیزات آزمایشگاهی و خنک‌سازی مگنت‌های فوق قوی به کار می‌رود، نئون در روشنایی‌های تبلیغاتی و آرگون در جو محافظ جوشکاری استفاده می‌شود.
اهمیت این عناصر نه تنها در کاربردهای روزمره بلکه در صنایع پیشرفته و فناوری‌های نوین نیز بسیار بالاست و بدون آن‌ها بسیاری از ابزارها و فناوری‌های مدرن امکان‌پذیر نمی‌شد.
مواد شیمیایی چیست؟
ماده شیمیایی یا مواد شیمیایی(Chemical Substance) به هر ماده‌ای گفته می‌شود که ترکیب مشخص و خواص فیزیکی و شیمیایی ثابتی دارد.
جمع بندی
ما امروز در مجله تخصصی شیمی و مواد شیمیایی شیمی داکس با هم یاد گرفتیم که عنصر چیست و چه ویژگی‌هایی دارد. متوجه شدیم که عنصر ماده‌ای خالص است که از یک نوع اتم تشکیل شده و با روش‌های شیمیایی معمولی نمی‌توان آن را به ماده ساده‌تر تجزیه کرد. همچنین با تاریخچه عناصر، انواع آن‌ها، ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی، و جایگاهشان در جدول تناوبی آشنا شدیم. دانستیم که عناصر طبیعی و ساختگی با فراوانی متفاوت در جهان و کره زمین یافت می‌شوند و نقش حیاتی در زندگی روزمره و صنایع مختلف دارند.
در پایان، امیدواریم این مقاله توانسته باشد دیدگاهی جامع و کاربردی درباره عناصر به شما بدهد. اگر سوالی دارید یا نکته‌ای برای اشتراک‌گذاری می‌بینید، حتماً در کامنت‌ها با ما به اشتراک بگذارید؛ تیم ما در شیمی داکس به تمام سوالات شما پاسخ خواهد داد.
عنصر چیست ؟ یک مثال بزنید علوم هفتم
عنصر شکل خاصی از ماده است که یک نوع اتم دارد و به دو دسته فلز و نافلز تقسیم می‌شود. مثل آهن مس جیوه روی
اتم چیست؟
اتم کوچک‌ترین واحد سازندهٔ ماده است که از هسته (پروتون و نوترون) و الکترون‌ها تشکیل شده است.
مولکول چیست؟
مولکول زمانی تشکیل می‌شود که دو یا چند اتم به هم متصل شوند و یک مادهٔ مستقل بسازند، مثل آب (H₂O).