العناصر والمركبات

2-4 العناصر والمركبات

Elements and Compounds

الفكرة الرئيسة:
المركب مكوّن من عنصرين أو أكثر متحدين معًا اتحادًا كيميائيًّا.

الربط مع الحياة

عندما تأكل سلطة الفواكه قد تأكل قطعًا منها منفردة، أما عندما تأكل مربى الفواكه فإنك لا تستطيع فصل كل قطعة من الفواكه وحدها. وكأن المربى مكوّنة من فواكه، فإن المركب مكوّن من عناصر، ولكنك لا تراها منفردة.

الأهداف

• تميز بين العناصر والمركبات.
• تصف ترتيب العناصر في الجدول الدوري.
• تشرح سلوك المركبات وفق قانون النسب الثابتة والمتضاعفة.

مراجعة المفردات

النسبة: علاقة جزء بآخر أو بالكل من ناحية الكمية.

المفردات الجديدة

• العنصر.
• الجدول الدوري.
• المركب.
• قانون النسب الثابتة.
• النسبة المئوية بالكتلة.
• قانون النسب المتضاعفة.

العناصر

Elements

رغم أن للمادة أشكالًا كثيرة إلا أنه يمكن فصل مكوناتها إلى عدد صغير من الوحدات البنائية الأساسية تسمى عناصر. العنصر مادة كيميائية نقية لا يمكن تجزئتها إلى أجزاء أصغر منها بطرائق فيزيائية أو كيميائية. هناك 92 عنصرًا في الطبيعة، ومن هذه العناصر: النحاس Cu، والأكسجين O، والذهب Au، وهناك أيضًا عناصر لا توجد في الطبيعة، وإنما يتم تحضيرها في المختبر.

لكل عنصر اسم كيميائي، ورمز خاص به. ويتكون الرمز من حرف أو اثنين أو ثلاثة، بحيث يكون الحرف الأول كبيرًا، أما باقي الأحرف فتكون صغيرة. ومن المعلوم أن أسماء العناصر ورموزها متفق عليها عالميًّا من قبل العلماء؛ لتسهيل التواصل بينهم. ولا تتوافر العناصر الطبيعية على نحو متساوٍ؛ فالهيدروجين H يشكل 75% من كتلة الكون، في حين يشكل الأكسجين O والسليكون Si مجتمعين 75% من كتلة القشرة الأرضية، ويشكل الأكسجين O والكربون C والهيدروجين H أكثر من 90% من جسم الإنسان. ومن جهة أخرى فإن عنصر الفرانسيوم Fr هو أحد أقل العناصر وجودًا في الطبيعة؛ إذ يقدر وجوده بأقل من 20 g موزعة في قشرة الأرض. وتوجد العناصر في حالات فيزيائية مختلفة في الظروف العادية، كما هو مبين في الشكل 2-16.

صور الصفحة

[01_الشكل_2-16_حالات_العناصر_في_الظروف_العادية.png](sandbox:/mnt/data/صور_درس_العناصر_و_المركبات/01_الشكل_2-16_حالات_العناصر_في_الظروف_العادية.png)

الشكل 2-16:
توجد العناصر في حالات مختلفة في الظروف العادية.

• وعاء نحاس: صلب.
• جهاز قياس ضغط الدم، زئبق: سائل.
• بالون هيليوم: غاز.

---

#

الشكل 2-17

كان مندليف من أوائل العلماء الذين رتبوا العناصر بطريقة دورية، كما هو مبين في الجدول. لاحظ الأنماط الدورية في خواص العناصر.

نظرة أولية على الجدول الدوري

مع ازدياد عدد العناصر المكتشفة في بدايات القرن التاسع عشر بدأ العلماء يلاحظون أنماط التشابه بين العناصر في الخواص الفيزيائية والكيميائية ودراستها. وقد صمم العالم الروسي ديمتري مندليف Dmitri Mendeleev، 1834-1907م، جدولًا كما في الشكل 2-17، نظّم فيه جميع العناصر التي كانت معروفة في ذلك الوقت. كان تصنيفه قائمًا على التشابهات بين العناصر وكتلها. وهو يعد النسخة الأولى لما سمي بعد ذلك الجدول الدوري.

ينظم الجدول الدوري العناصر في شبكة تسمى الصفوف الأفقية فيها "الدورات"، وتسمى الأعمدة "المجموعات" أو "العائلات". والعناصر الموجودة في مجموعة واحدة لها خواص فيزيائية وكيميائية متشابهة. وقد سمي الجدول دوريًّا لأن نمط الخواص المتشابهة يتكرر من دورة إلى أخرى، وسوف تجد في نهاية هذا الكتاب صورة للجدول الدوري الحديث.

المفردات

مفردات علمية

العنصر Element:
مادة كيميائية نقية لا يمكن تجزئتها إلى أجزاء أصغر منها بطرق فيزيائية أو كيميائية.

الرصاص من أثقل العناصر.

المركبات

Compounds

كثير من المواد الكيميائية النقية تصنف على أنها مركبات. ويتكون المركب من عنصرين مختلفين أو أكثر متحدين كيميائيًّا. وتوجد معظم المواد في الكون على شكل مركبات. يوجد الآن حوالي 10 ملايين مركب معروف، وهي في ازدياد مستمر؛ إذ يتم تحضير أو اكتشاف حوالي 100,000 مركب سنويًّا.

ماذا قرأت؟
عرّف العنصر والمركب.

تسهّل معرفة الرموز الكيميائية للعناصر كتابة صيغ المركبات. فملح الطعام مثلًا يسمى كلوريد الصوديوم، وهو مكون من ذرة واحدة من الصوديوم Na وذرة واحدة من الكلور Cl، وصيغته الكيميائية NaCl. كما أن الماء مكون من ذرتين من الهيدروجين H وذرة من الأكسجين O، وصيغته الكيميائية H₂O، وهنا يشير الرقم السفلي 2 إلى ذرتين من الهيدروجين تتحدان مع ذرة واحدة من الأكسجين.

صور الصفحة

[02_الشكل_2-17_جدول_مندليف_وترتيب_العناصر_الدوري.png](sandbox:/mnt/data/صور_درس_العناصر_و_المركبات/02_الشكل_2-17_جدول_مندليف_وترتيب_العناصر_الدوري.png)

---

#

الشكل 2-18

يتحلل الماء إلى مكوناته: الأكسجين والهيدروجين بعملية التحليل الكهربائي.

حدد النسبة بين كمية الهيدروجين وكمية الأكسجين المنفصلين خلال التحليل الكهربائي للماء.

فصل المركبات إلى مكوناتها

لا يمكن تجزئة العناصر إلى مواد أبسط منها بطرائق فيزيائية أو كيميائية، لكن يمكن تجزئة المركبات إلى مواد أبسط بطرائق كيميائية. وعمومًا فإن المركبات التي توجد في الطبيعة أكثر استقرارًا من حالة العناصر المكونة لها، ولكي تتفكك هذه المركبات إلى عناصر فإنها تحتاج إلى طاقة كالحرارة والكهرباء.

ويبين الشكل 2-18 تركيب جهاز يستعمل لإحداث تغير كيميائي للماء وتحليله إلى العناصر المكونة له، الهيدروجين والأكسجين، من خلال عملية تسمى التحليل الكهربائي. يقوم التيار الكهربائي في هذه العملية بتحليل الماء H₂O إلى غاز الهيدروجين H₂ وغاز الأكسجين O₂. ولأن الماء H₂O يتكون من ذرتين من الهيدروجين وذرة أكسجين O فإن حجم غاز الهيدروجين H₂ الناتج يكون ضعف حجم غاز الأكسجين O₂.

ماذا قرأت؟
اشرح عملية التحليل الكهربائي.

خواص المركبات

تختلف خواص المركبات عن خواص العناصر الداخلة في تركيبها. ويوضح مثال الماء في الشكل 2-18 هذه الحقيقة. الماء مركب مستقر، وهو سائل في درجات الحرارة العادية، وعند تفكيكه فإن الأكسجين والهيدروجين الناتجين يختلفان كثيرًا عن الماء؛ فالأكسجين والهيدروجين غازان عديمان اللون والرائحة، ويتفاعلان بشدة مع عدة عناصر. وهذا الاختلاف في الخواص ناتج عن تفاعل كيميائي بين العناصر.

يبين الشكل 2-19 الخواص المكونة لمركب يوديد البوتاسيوم. لاحظ اختلاف خواص يوديد البوتاسيوم KI عن خواص العنصرين المكونين له. البوتاسيوم K فلز فضي، واليود I₂ مادة صلبة سوداء اللون توجد على هيئة غاز بنفسجي اللون في درجة حرارة الغرفة، في حين أن يوديد البوتاسيوم KI ملح أبيض.

الشكل 2-19

عندما يتفاعل البوتاسيوم واليود يكونان يوديد البوتاسيوم الذي يختلف عنهما في خواصه.

صور الصفحة

[03_الشكل_2-18_فصل_الماء_إلى_مكوناته_بالتحليل_الكهربائي.png](sandbox:/mnt/data/صور_درس_العناصر_و_المركبات/03_الشكل_2-18_فصل_الماء_إلى_مكوناته_بالتحليل_الكهربائي.png)

[04_الشكل_2-19_خصائص_المركبات_تفاعل_اليود_والبوتاسيوم.png](sandbox:/mnt/data/صور_درس_العناصر_و_المركبات/04_الشكل_2-19_خصائص_المركبات_تفاعل_اليود_والبوتاسيوم.png)

---

#

الشكل 2-20

يمكن تصنيف المادة إلى عدة أصناف لها خواص محددة.

افحص:
كيف ترتبط المخاليط مع المواد النقية؟ وكيف ترتبط العناصر مع المركبات؟

تعلم أنه يمكن تصنيف المواد إلى مواد نقية ومخاليط. وكما درست في السابق فإن المخلوط إما أن يكون متجانسًا أو غير متجانس. وتعرف أيضًا أن العنصر مادة كيميائية نقية لا يمكن تجزئتها إلى مواد أبسط منها، في حين أن المركب ناتج عن اتحاد عنصرين أو أكثر، ويمكن تحليله إلى مكوناته. استعمل الشكل 2-20 لمراجعة تصنيف المواد، وكيف ترتبط مكوناتها معًا.

ماذا قرأت؟
لخص الأنواع المختلفة من المادة، وكيف يرتبط بعضها مع بعض؟

قانون النسب الثابتة

Law of Definite Proportions

قال تعالى:
﴿وَكُلُّ شَيْءٍ عِنْدَهُ بِمِقْدَارٍ﴾ [الرعد: 8]

من الحقائق العجيبة في هذا الكون أن الله تعالى أوجد المركبات، والتي تتكون من العناصر نفسها بنسب ثابتة ومقدرة بقدر منه سبحانه. وهذا ما يعرف بـ قانون النسب الثابتة، الذي ينص على أن المركب يتكون دائمًا من العناصر نفسها بنسب كتلية ثابتة، مهما اختلفت كمياتها. كما أن كتلة المركب تساوي مجموع كتل العناصر المكونة له.

يمكن التعبير عن الكميات النسبية للعناصر في مركب ما بالنسبة المئوية بالكتلة، وهي نسبة كتلة كل عنصر إلى كتلة المركب الكلية معبرًا عنها بالنسبة المئوية.

النسبة المئوية بالكتلة (%) =
كتلة العنصر ÷ كتلة المركب × 100

تحصل على النسبة المئوية بالكتلة بقسمة كتلة العنصر على كتلة المركب، ثم ضرب هذه النسبة في مائة للتعبير عنها بنسبة مئوية.

ماذا قرأت؟
اكتب نص قانون النسب الثابتة.

صور الصفحة

[05_الشكل_2-20_تصنيف_المادة_إلى_مخاليط_ومواد_نقية.png](sandbox:/mnt/data/صور_درس_العناصر_و_المركبات/05_الشكل_2-20_تصنيف_المادة_إلى_مخاليط_ومواد_نقية.png)

[06_معادلة_النسبة_المئوية_بالكتلة_في_قانون_النسب_الثابتة.png](sandbox:/mnt/data/صور_درس_العناصر_و_المركبات/06_معادلة_النسبة_المئوية_بالكتلة_في_قانون_النسب_الثابتة.png)

---

#

الجدول 2-4

تحليل السكروز

| العنصر | التحليل الكتلي g في 20.00 g من حبيبات سكر المائدة | النسبة المئوية بالكتلة % | التحليل الكتلي g في 500.0 g من سكر القصب | النسبة المئوية بالكتلة % |
| -------- | ------------------------------------------------: | -----------------------: | ---------------------------------------: | -----------------------: |
| كربون | 8.44 | 42.20% | 211.0 | 42.20% |
| هيدروجين | 1.30 | 6.50% | 32.5 | 6.50% |
| أكسجين | 10.26 | 51.30% | 256.5 | 51.30% |
| المجموع | 20.00 | 100% | 500.0 | 100% |

تتكون حبيبات سكر المائدة، السكروز، من ثلاثة عناصر، هي الكربون والهيدروجين والأكسجين. ويبين الجدول 2-4 نتائج تحليل 20.0 g من هذا السكر. لاحظ أن مجموع الكتل المنفردة لعناصر العينة 20.0 g، وهي تساوي كمية حبيبات السكر التي تم تحليلها، وهذا يوضح قانون النسب الثابتة الذي ينطبق على المركبات: كتلة المركب تساوي مجموع كتل العناصر المكونة له.

وإذا حللت 500.0 g من السكروز الذي مصدره قصب السكر، والتي يبين الجدول 2-4 نتائج تحليلها، تلاحظ أن النسب المئوية بالكتلة لمكونات سكر القصب مساوية للقيم التي تم الحصول عليها من حبيبات السكر. وبحسب قانون النسب الثابتة، فإن عينات مركب ما، مهما كان مصدرها، يجب أن يكون لها نسب كتلية متساوية. وبالعكس فإن المركبات التي لها نسب كتلية مختلفة يجب أن تكون مركبات مختلفة. وهكذا يمكنك أن تستنتج أن عينات السكروز يجب أن تتكون دائمًا من كربون بنسبة 42.20%، وهيدروجين بنسبة 6.50%، وأكسجين بنسبة 51.30% مهما كان مصدرها.

مسائل تدريبية

• عينة من مركب مجهول كتلتها 78.0 g تحتوي على 12.4 g هيدروجين. ما النسبة المئوية بالكتلة للهيدروجين في المركب؟

• يتفاعل 1.0 g هيدروجين كليًّا مع 19.0 g فلور. ما النسبة المئوية بالكتلة للهيدروجين في المركب الناتج؟

• تتفاعل 3.5 g من العنصر X مع 10.5 g من العنصر Y لتكوين المركب X₂Y. ما النسبة المئوية بالكتلة لكل من العنصرين X و Y في المركب الناتج؟

• تم تحليل مركبين مجهولين فوجد أن المركب الأول يحتوي على 15.0 g هيدروجين و 120.0 g أكسجين، وأن المركب الثاني يحتوي على 2.0 g هيدروجين و 32.0 g أكسجين. هل المركبان مركب واحد؟ فسر إجابتك.

• تحفيز: مركبان كل ما تعرفه عنهما أنهما يحتويان على النسبة بالكتلة نفسها من الكربون. هل هما المركب نفسه؟ فسر إجابتك.

صور الصفحة

[07_الجدول_2-4_تحليل_السكروز_وقانون_النسب_الثابتة.png](sandbox:/mnt/data/صور_درس_العناصر_و_المركبات/07_الجدول_2-4_تحليل_السكروز_وقانون_النسب_الثابتة.png)

---

#

قانون النسب المتضاعفة

Law of Multiple Proportions

تختلف المركبات تبعًا لاختلاف العناصر الداخلة في تركيبها. ومع ذلك، فإن مركبات مختلفة قد تحتوي على العناصر نفسها. وهذا يحدث عندما تكون النسب الكتلية للعناصر المكونة لهذه المركبات مختلفة. ينص قانون النسب المتضاعفة على أنه عند تكوين مركبات مختلفة من اتحاد العناصر نفسها فإن النسبة بين كتل أحد العناصر التي تتحد مع كتلة ثابتة من عنصر آخر في هذه المركبات هي نسبة عددية بسيطة وصحيحة. ويتم التعبير عن النسب عادة باستعمال أعداد يفصل بينها نقطتان إحداهما فوق الأخرى، مثلًا 3:2، أو على شكل كسر.

ماذا قرأت؟
اكتب نص قانون النسب المتضاعفة بكلماتك الخاصة.

الماء وفوق أكسيد الهيدروجين

يوضح مركبا الماء H₂O وفوق أكسيد الهيدروجين H₂O₂ قانون النسب المتضاعفة؛ فكلا المركبين مكون من العناصر نفسها، هيدروجين وأكسجين، لكن الماء مكون من ذرتي هيدروجين وذرة واحدة من الأكسجين، في حين أن فوق أكسيد الهيدروجين يتكون من ذرتي هيدروجين وذرتي أكسجين. لاحظ أن فوق أكسيد الهيدروجين يختلف عن الماء في أنه يحتوي على ضعف الكمية من الأكسجين، وعندما تقارن كتلة الأكسجين في فوق أكسيد الهيدروجين بكتلته في الماء فتحصل على نسبة 2 : 1.

مركبات مكونة من نحاس وكلور

من الأمثلة الأخرى على المركبات التي توضح قانون النسب المتضاعفة مركبات النحاس والكلور؛ إذ يتحد النحاس Cu مع الكلور Cl في ظروف مختلفة لتكوين مركبين مختلفين. ويبين الجدول 2-5 نتائج تحليل المركبين؛ فالمركب رقم I يحتوي على 64.20% نحاس، في حين يحتوي المركب II على 47.27% نحاس، ويحتوي المركب I على 35.80% كلور، في حين يحتوي المركب II على 52.73% كلور. قارن بين نسب كتل الكلور في المركبين مستعينًا بالجدول 2-5 والشكل 2-21. لاحظ أن نسبة كتلة النحاس إلى الكلور في المركب I تساوي ضعف نسبة النحاس إلى الكلور في المركب II.

النسبة الكتلية للمركب I ÷ النسبة الكتلية للمركب II =
1.739 g Cu/gCl ÷ 0.8964 g Cu/gCl = 2.00

اختبار الرسم البياني:
فسر لماذا تكون نسبة كتلتي النحاس في المركبين 2:1؟

الشكل 2-21

اتحاد النحاس والكلور ينتج عنه مركبات مختلفة.

• رسم بياني بالأعمدة يقارن الكتل النسبية للنحاس والكلور في المركب I.
• رسم بياني بالأعمدة يقارن الكتل النسبية للنحاس والكلور في المركب II.
• رسم بياني بالأعمدة يقارن الكتل النسبية للنحاس في كلا المركبين. النسبة هي 2:1.

الجدول 2-5

تحليل البيانات لمركبي نحاس

| المركب | Cu% | Cl% | كتلة Cu في 100.0 g من المركب | كتلة Cl في 100.0 g من المركب | النسبة الكتلية Cu/Cl |
| ------ | ----: | ----: | ---------------------------: | ---------------------------: | -------------------: |
| I | 64.20 | 35.80 | 64.20 | 35.80 | 1.793 g Cu / 1 g Cl |
| II | 47.27 | 52.73 | 47.27 | 52.73 | 0.8964 g Cu / 1 g Cl |

صور الصفحة

[08_الشكل_2-21_اتحاد_النحاس_والكلور_ومقارنة_النسب_الكتلية.png](sandbox:/mnt/data/صور_درس_العناصر_و_المركبات/08_الشكل_2-21_اتحاد_النحاس_والكلور_ومقارنة_النسب_الكتلية.png)

[09_الجدول_2-5_تحليل_البيانات_لمركبي_النحاس.png](sandbox:/mnt/data/صور_درس_العناصر_و_المركبات/09_الجدول_2-5_تحليل_البيانات_لمركبي_النحاس.png)

---

الشكل 2-22

عند اتحاد الكتل النسبية المختلفة للعناصر ينتج عنه مركبات مختلفة. ورغم أن المركبين يتكونان من النحاس والكلور فإن المركب I يظهر باللون الأخضر، بينما يظهر المركب II باللون الأزرق.

يظهر في الشكل 2-22 المركبان الناتجان عن اتحاد النحاس والكلور، والذي سبق الحديث عنهما في الجدول 2-5 والشكل 2-21، ويسميان كلوريد النحاس I، وكلوريد النحاس II. وكما يشير قانون النسب المتضاعفة فإن النسبة بين كتلتين مختلفتين من الكلور تتحد كل منهما مع كتلة ثابتة من النحاس في المركبين هي نسبة عددية بسيطة وصحيحة، تساوي 2:1.

التقويم 2-4

الخلاصة

• لا يمكن تجزئة العناصر إلى مواد نقية أبسط منها بطرائق فيزيائية أو كيميائية.
• ترتيب العناصر في الجدول الدوري للعناصر في دورات ومجموعات.
• تنتج المركبات عن اتحاد عنصرين أو أكثر، وتختلف خواصها عن خواص العناصر المكونة لها.
• ينص قانون النسب الثابتة على أن المركب يتكون دائمًا من العناصر نفسها، وبالنسب نفسها.
• ينص قانون النسب المتضاعفة على أنه إذا كوّنت عناصر أكثر من مركب، فإن النسبة بين كتل أحد هذه العناصر التي تتحد مع كتلة ثابتة من عنصر آخر هي نسبة عددية بسيطة وصحيحة.

الأسئلة

• الفكرة الرئيسة: قارن بين العناصر والمركبات.

• صف الملامح التنظيمية الأساسية للجدول الدوري للعناصر.

• فسّر كيف ينطبق قانون النسب الثابتة على المركبات؟

• اذكر مثالين لمركبات ينطبق عليها قانون النسب المتضاعفة.

• أكمل الجدول الآتي، ثم حلل البيانات الموجودة فيه لتقرر ما إذا كان المركب I والمركب II هما المركب نفسه. إذا كان المركبان مختلفين فاستعمل قانون النسب المتضاعفة لتبين العلاقة بينهما.

بيانات تحليل مركبين للحديد

| المركب | الكتلة الكلية g | كتلة Fe g | كتلة O g | النسبة المئوية بالكتلة للحديد | النسبة المئوية بالكتلة للأكسجين |
| ------ | --------------: | --------: | -------: | ----------------------------- | ------------------------------- |
| I | 75.00 | 52.46 | 22.54 | | |
| II | 56.00 | 43.53 | 12.47 | | |

• احسب النسبة المئوية بالكتلة للهيدروجين وللأكسجين في الماء بالرجوع إلى الجدول الدوري.

• ارسم رسمًا بيانيًّا يوضح قانون النسب المتضاعفة.

صور الصفحة

[10_الشكل_2-22_كلوريدا_النحاس_واختلاف_الخواص.png](sandbox:/mnt/data/صور_درس_العناصر_و_المركبات/10_الشكل_2-22_كلوريدا_النحاس_واختلاف_الخواص.png)

[11_بيانات_تحليل_مركبي_الحديد_في_التقويم.png](sandbox:/mnt/data/صور_درس_العناصر_و_المركبات/11_بيانات_تحليل_مركبي_الحديد_في_التقويم.png)