عنصر (شیمی)

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

عنصر شیمیایی، در دانش شیمی، به ماده‌ای گفته می‌شود که اتم‌های آن تعداد پروتون‌های برابر در هسته‌ی خود داشته باشند. این عدد(تعداد پروتون ها) که با نماد Z نشان داده می شود، عدد اتمی آن عنصر نام دارد. ویژگی های شیمیایی اتم های یک عنصر توسط ساختار الکترونی آنها تعیین شده که آن هم به نوبه خود به تعداد پروتون های هسته آن اتم وابسته است. به شکلی که همه اتم هایی که دارای تعداد پروتون های برابر(عدد اتمی برابر) باشند، ویژگی های شیمیایی یکسانی دارند. اما اتم های یک عنصر می توانند دارای تعداد متفاوتی نوترون باشند که ایزوتوپ های آن عنصر نامیده می شوند. گاهی نیز برای سادگی، به عنصر شیمیایی صرفاً عنصر گفته می‌شود. هم‌چنین تمام اتم‌هایی که تعداد پروتون‌های درون هستهٔ آن‌ها ۹۲ عدد باشد، عنصر اورانیوم به شمار می‌روند. هم اکنون تعداد عناصر شیمیایی در جدول تناوبی حدود ١١٨ عنصر برآورد می‌شود که دارای اعداد اتمی از ١ تا ١١٨ می باشند. از این تعداد ٩٤ عنصر در طبیعت یافت می شود و بقیه به طور مصنوعی و به کمک واکنش های هسته ای در آزمایشگاه ساخته می شوند. از میان همه عناصر ٨٠ عنصر حداقل دارای یک ایزوتوپ پایدار می باشند که به جز عنصر شماره ٤٣( تکنتیوم) و عنصر شماره ٦١(پرومتیوم) همگی دارای عدد اتمی برابر یا پایین تر از ٨٢ می باشند. به زبان دیگر در جدول تناوبی تنها عناصری که از عنصر ٨٢ یعنی بیسموت سبکتر بوده و دارای ایزوتوپ پایدار نمی‌باشند، فقط عناصر ٤٣ و ٦١ هستند.
عناصر شیمیایی می توانند در هنگام واکنش های شیمیایی با یکدیگر ترکیب شده و تعداد بیشماری ماده شیمیایی بوجود آورند. مثلاً آب نتیجه واکنش دو اتم از عنصرهیدروژن با یک اتم از عنصر اکسیژن و تشکیل مولکولی با فرمول شیمیایی H2O است. همین دو عنصر در شرایط عملی متفاوت می توانند مولکول دیگری را بنام پراکسید هیدروژن یا آب اکسیژنه با فرمول H2O2 تشکیل دهند. به همین شکل همه مواد مرکب می توانند به عناصر سازنده خود تجزیه شوند. بعنوان مثال می توان آب را به کمک الکترولیز به عناصر هیدروژن و اکسیژن تبدیل کرد.

یک ماده خالص که تنها از اتم های یک عنصر تشکیل شده باشد، «ماده ساده» نامیده می شود. چنین ماده ای را نمی توان به عناصر دیگری تجزیه کرد. از این دیدگاه ماده ساده در برابر ماده مرکب قرار می گیرد. بعنوان مثال اکسیژن یک عنصر است. اما ماده ای را که ما در طبیعت بعنوان گاز اکسیژن شناخته ایم، در حقیقت یک ماده ساده دو اتمی از این عنصر است که که «دی اکسیژن» یا «اکسیژن مولکولی» (O2) نامیده می شود. ازن شکل دیگری از عنصر اکسیژن است که در طبیعت با فرمول (O3)یافت می شود. رابطه بین دی اکسیژن و ازن رابطه ای است که به آن دگرشکلی یا آلوتروپی می گویند. به زبان دیگر، دی اکسیژن و ازن آلوتروپ یا دگر شکل های عنصر اکسیژن می باشند. الماس و گرافیت نیز آلوتروپ های عنصر کربن هستند.
پس می بینیم که یک عنصر ممکن است در طبیعت به اشکال مختلف یافت شود. اما کدام حالت شیمیایی از یک عنصر را می توان بعنوان حالت استاندارد آن عنصر در نظر گرفت؟ حالت استاندارد یک عنصر شیمیایی آن ماده ساده از آن عنصر است که آنتالپی استاندارد تشکیل آن در شرایط طبیعی کمینه باشد، که طبق قرارداد کمترین آنتالپی استاندارد تشکیل را در محاسبات برابر با صفر در نظر می گیرند.

عناصر شیمیایی را نمی توان به کمک واکنش های شیمیایی معمولی به یکدیگر تبدیل کرد. تنها واکنشی که می توان با استفاده از آن تعداد پروتون های هسته اتم های یک عنصر را تغییر داد و در نتیجه یک عنصر را به عنصر دیگری تبدیل کرد، یک واکنش هسته ای است که آن را واکنش تبدیل هسته ای یا «ترانسموتاسیون» می نامند.

جدول تناوبی عناصر


















تاریخچه[ویرایش]

یونانیان باستان بر این باور بودند که کل ماده موجود در جهان از مقداری مواد ساده پدید آمده است که «عنصر» نام دارند. آنها این عناصر پایه که سازنده بقیه مواد جهان هستند را آتش، هوا، خاک و آب می دانستند. در کنار اینها قائل بوجود عنصر پنجمی بنام «اتر» بودند که در اندیشه ایشان سازنده اجرام آسمانی بود. این عنصر بعداً بنام «quintessence» نامیده شد که در زبان لاتین به معنی عنصر پنجم است. رابرت بویل در سال ١٦٦١ در کتاب شیمی دان شکاک مفاهیم جدیدی را برای عنصر ارائه کرد. به نظر او عناصر موادی بودند که از ترکیب هیچ ماده دیگری ساخته نشده باشند بلکه خود در ترکیب با یکدیگر اجسام تازه ای را شکل دهند. وی بر این عقیده بود که تشخیص عناصر تنها بوسیله آزمایش شیمیایی ممکن است.

بعدها آنتوان لاوازیه پدر شیمی مدرن همین مفهوم را گسترده تر کرد و ماده ای را عنصر نامید که به مواد ساده تری تجزیه نشود.[۱] هر چند او «نور» و «گرما» را هم بهمراه چند ماده مرکب به خطا در فهرست عناصر خود وارد کرده بود ولی توانست ٢٣ عنصر را بدرستی از هم تفکیک و معرفی کند. لاوازیه موادی را که از پیوستن چند عنصر حاصل می شوند، مواد مرکب نامید.

نمادعناصر چهارگانه در یونان باستان




فراوانی[ویرایش]

١١٨ عنصر تا سه ماهه اول سال ٢٠١٢ توسط شیمی دانان مشاهده شدند. مشاهده بدین معناست که حداقل یک اتم از عنصر مورد نظر را بتوان در شرایط معتبر و قابل اطمینان ردیابی کرد. مثلاً تا امروز تنها سه اتم از عنصر ١١٨ و آن هم بصورت غیر مستقیم یعنی در واکنش های فروپاشی زنجیری برای تولید سایر عناصر ردیابی شده است. از این میان آیوپاک تنها ١١٢ عنصر ابتدایی بهمراه عناصر شماره ١١٤ و ١١٦ را برسمیت شناخته و[۲]از ژوئن ٢٠١١ آن ها را به ترتیب فلوریوم (Fl)و لیورموریوم(Lv) نامیده است.[۳]

از میان نود و چهار عنصری که در طبیعت یافت می شوند، شش عنصر یعنی عناصر تکنتیوم، پرومتیوم، استات، پلوتونیوم، فرانسیم و نپتونیوم تنها در حالت «رادیوایزوتوپ تراس» (رادیوایزوتوپ طبیعی در مقادیر بسیار ناچیز) یافت می شود. [۴]
تمام این شش عنصر بعلاوه عنصری بنام کالیفرنیوم در فضا نیز ردیابی شده اند.[۵]

همانطور که گفته شد ٢٢ عنصر دیگر که نه بر روی زمین و نه در فضا یافت نمی‌شوند، بطور مصنوعی از عناصر سبکتر و به روش شکافت هسته ای ساخته می گردند. بر اساس مدل استاندارد کیهان شناسی، فراوانی نسبی ایزوتوپ های ٩٥ عنصر در جهان هستی حاصل چهار پدیده است:[۶]

  • ترکیب هسته ای نخستین که در پی آن سه یا چهار عنصر نخستین یعنی هیدروژن، هلیم، لیتیم و برلیوم بوجود آمدند.
  • ترکیب هسته ای اختری که بیست و دو عنصر بعدی (تا عنصر آهن) را پدید آورد.
  • پدیده پراش که در طی آن هسته های عناصر یاد شده محیط بین اختری را بویژه با عناصر لیتیم و برلیم (که بمقدار بسیار زیاد در تشعشع کیهانی یافت می شوند) پر نموده اند.
  • تسخیر نوترونی که در آن هسته همین عناصر بر روی ستاره های در حال مرگ بویژه ابرنواخترها تمام عناصر سنگین تر از آهن را به دو روش سریع(R) یا آرام(S) بوجود آوردند. هر چند به جز این دو روش، روش پروتون سریع یا (RP)و روش فروپاشی نوری(روشP) بخصوص برای تشکیل هسته اتم عناصر پر پروتون نظیر جیوه دخیل بوده اند.

فراوانترین عنصر در کره زمین و اتمسفر آن اکسیژن با درصد جرمی ٤٩/٢ درصد است. اما فراوانترین عنصر در لایه های مختلف کره زمین(هسته، پوسته و جبه) آهن با درصد جرمی ٤/٧ درصد است. هیدروژن نیز فراوانترین عنصر موجود در همه جهان است. در صفر مطلق یا ٢٧٣- درجه سانتی گراد همه عناصر در حالت جامد هستند، مگر هلیم که در حالت مایع باقی می ماند. در صفر درجه سانتی گراد به جز گازهای نجیب، کلر،فلوئور،اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن به حالت گاز یافت شده و برم و جیوه مایع هستند. در ضمن تنها عنصر فلزی موجود در طبیعت که در دمای متعارفی بصورت مایع یافت می شود، جیوه است.[۷]

جدول زیر ده عنصر فراوان در کهکشان راه شیری را بر اساس تخمین های اسپکتروسکوپیک معرفی می کند.[۸]

Z نام عنصر فراوانی (قسمت در میلیون)
١ هیدروژن ٧٣٩٠٠٠
٢ هلیوم ٢٤٠٠٠٠
٨ اکسیژن ١٠٤٠٠
٦ کربن ٤٦٠٠
١٠ نئون ١٣٤٠
٢٦ آهن ١٠٩٠
٧ نیتروژن ٩٦٠
١٤ سیلیسیم ٦٥٠
١٢ منیزیم ٥٨٠
١٦ گوگرد ٤٤٠

عدد اتمی[ویرایش]

عدد اتمی یک عنصر که با Z نشان داده می شود، برابر با تعداد پروتون هایی که در هسته اتم های یک عنصر یافت می شوند. برای مثال تمام اتم های هیدروژن تنها یک پروتون در هسته خود دارند. به همین دلیل عدد اتمی هیدروژن برابر با یک است. اما در عوض ممکن است که هسته اتم های یک عنصر دارای تعداد نوترون های متفاوت باشند، که هر کدام نشانگر ایزوتوپ های متفاوت آن عنصر هستند.

اتم های یک عنصر از دیدگاه الکتریکی خنثی هستند. زیرا تعداد الکترون های آن که دارای بار منفی هستند با تعداد پروتون های آن که دارای بار مثبت هستند برابر است. به همین دلیل است که عدد اتمی اتم های یک عنصر نشان دهنده مجموع تعداد پروتون ها و الکترون های آن است. ویژگی های شیمیایی یک عنصر بیش از هر چیز با آرایش الکترونی آن تعیین می شود. پس می توان گفت که شناخت عدد اتمی یک عنصر به شناخت ماهیت آن عنصر کمک می کند. عدد اتمی یک عنصر را در گوشه سمت چپ و پایین نماد آن عنصر می نویسند. sub>zX/>

اصطلاح «سبک» یا «سنگین» برخی اوقات بصورت غیر رسمی برای اشاره به عدد اتمی نسبی عنصر(و نه چگالی آن) استفاده می شود. مثلاً «عناصر سبک تر از کربن» ویا « عناصر سنگین تر از سرب.» هر چند وزن یا جرم اتم های یک عنصر همانند عدد اتمی آن از یک روند افزایشی با آهنگ ثابت برخوردار نیست.

عدد جرمی[ویرایش]

عدد جرمی یک عنصر که با A نشان داده می شود، برابر است با مجموع تعداد نوکلئون ها (پروتون و نوترون) در داخل هسته اتم های یک عنصر. اگرچه تعداد پروتون های اتم های یک عنصر همواره برابر است ولی همه اتم های یک عنصر می توانند دارای نوترون های متفاوت و در نتیجه عدد جرمی متفاوت (ایروتوپ های متفاوت) باشند. برای مثال هیدروژن دارای سه ایزوتوپ اصلی است که عبارتند از: پروتیوم یا هیدروژن معمولی که هسته آن فاقد نوترون است، دوتریوم که کمیاب تر بوده و هسته آن دارای یک نوترون و یک پروتون است و تریتیوم که هیدروژن پرتو زا بوده که در طبیعت فقط در حالت تراس یافت شده و در هسته خود دارای دو نوترون و یک پروتون است.

عدد جرمی معمولاً تاثیری بر روی آرایش الکترونی اتم های یک عنصر و در نتیجه خواص شیمیایی آن ندارد. اما اثرات ایزوتوپیک(تغییرات عدد جرمی) می توانند در اتم های سبک (لیتیوم، هیدروژن و هلیم) براحتی مشاهده شوند. زیرا اضافه یا کم شدن یک نوترون در هسته این اتم ها منجر به تغییرات نسبتاً مشهود در جرم اتم می شود که به نوبه خود بر روی سینتیک واکنش های شیمیایی و استواری پیوندهای شیمیایی تاثیر گذار است. عدد جرمی، برای ١١٥ عنصر دیگر (به جز عناصر سبکی که پیشتر به آنها اشاره شد) اثر چندانی بر روی خواص شیمیایی عنصر ندارد.

عدد جرمی معمولاً در کنار نماد عنصر نشان داده نمی‌شود مگر اینکه بخواهیم به تفاوت ایزوتوپ های آن عنصر اشاره کنیم. برای نشان دادن عدد جرمی در کنار نماد شیمیایی عنصر باید آن را در گوشه سمت چپ و بالای آن نوشت. AX

جرم اتمی و وزن اتمی[ویرایش]

همانطور که اشاره شد عدد جرمی هر عنصر برابر است با تعداد نوکلئون های ( مجموع تعداد پروتون و نوترون) آن عنصر. ایزوتوپ های متفاوت از هر عنصر به کمک عدد جرمی آن ها از هم دیگر باز شناخته می شوند که این عدد بصورت بالاوند در کنار سمت چپ و بالای نماد عنصر قرار می گیرد. مثلاً: 238U عدد جرمی همواره عددی است ساده و طبیعی.

این در حالیست که جرم اتمی هر اتم عددی است حقیقی که برابر است با جرم هر ایزوتوپ خاص از اتم یک عنصر که با واحد U نشان داده می شود. از آنجاییکه جرم پروتون و نوترون دقیقاً برابر با یک «U» نیست، و از آنجاییکه به دلیل بیشتر بودن تعداد نوترون ها از پروتون ها و سبک بودن الکترون ها، جرم هسته زیر تاثیر الکترون ها ندارند و همچنین بخاطر وجود انرژی بستگی هسته ای، عدد جرمی با جرم اتمی متفاوت می شود. بعنوان مثال وزن اتمی کلر-٣٥ تا پنج رقم معنی دار برابر با ٣٤/٩٦٩ U و وزن اتمی کلر-٣٧ برابر با ٣٦/٩٦٦ U می باشد. به هر حال وزن اتمی یک ایزوتوپ خالص یک عنصر بر حسب U بسیار به عدد جرمی آن نزدیک می باشد. تنها استثنا در مورد جرم اتمی ایزوتوپی از اتم های یک عنصر که از لحاظ ریاضی یک عدد طبیعی نیست، ایزوتوپ کربن-١٢ است که مقدار آن بر حسب تعریف دقیقاً برابر با دوازده U می باشد. دلیل آن هم اینست که واحد جرم اتمی بصورت یک دوازدهم جرم ایزوتوپ آزاد و بدون بار کربن-١٢ در حالت پایه تعریف می شود. جرم اتمی نسبی یا همان وزن اتمی(اصطلاح مشهور و تاریخی برای جرم اتمی نسبی) هر عنصر در واقع میانگین جرم های اتمی تمام ایزوتوپ های یک عنصر شیمیایی با توجه به درصد فراوانی آن هاست. برای مثال جرم اتمی نسبی کلر برابر با ٣٥/٤٥٣ U است که اختلاف معنی داری با عدد طبیعی منظور شده برای کلر (٣٥) دارد. علت آن وجود دو ایزوتوپ با درصد فراوانی های متفاوت در طبیعت است. کلر-٣٥ با درصد فراوانی ٧٦%، کلر-٣٧ با درصد فراوانی ٢٤%. هر گاه مقدار جرم اتمی نسبی یک عنصر بیش از یک درصد با عدد طبیعی در نظر گرفته شده برای آن عنصر تفاوت داشته باشد، نشانگر این است که در نمونه مورد آزمایش حتماً بیش از یک ایزوتوپ از آن عنصر وجود داشته است.

ایزوتوپ[ویرایش]

ایزوتوپ اتم های یک عنصر با تعداد پروتون های برابر و تعداد نوترون های متفاوت می باشند. بیشتر عناصری که در طبیعت یافت می شوند بیش از یک ایزوتوپ پایدار دارند. برای مثال عنصر کربن سه ایزوتوپ اصلی دارد. تمام اتم های کربن دارای شش پروتون در درون هسته خود هستند و این در حالیست که می توانند دارای شش، هفت و یا هشت نوترون باشند. بنابر این سه ایزوتوپ کربن به ترتیب دارای عدد جرمی ١٢، ١٣ و ١٤ بوده و از این رو کربن-١٢، کربن-١٣ و کربن-١٤ نام دارند. کربنی که در زندگی روزمره با آن سر و کار داریم مخلوطی از کربن-١٢ و کربن-١٣ و درصد ناچیزی از کربن-١٤ است. به جز هیدروژن که ایزوتوپ های آن دارای جرم نسبی بسیار متفاوت با یکدیگر و در نتیجه اثرات شیمیایی متفاوت می باشند، ایزوتوپ های دیگر عناصر به راحتی از هم قابل شناسایی نیستند.

تمام عناصر دارای تعدادی ایزوتوپ رادیواکتیو یا رادیوایزوتوپ می باشند. هر چند تمام این رادیو ایزوتوپ ها طبیعی نمی‌باشند. رادیوایزوتوپ ها معمولاً با افکندن پرتو آلفا و پرتو بتا به عناصر دیگری تبدیل می شوند. ایزوتوپ های غیر رادیو اکتیو از هر عنصر، ایزوتوپ پایدار نام دارند. تمام ایزوتوپ های پایدار شناخته شده بصورت طبیعی یافت می شوند.(ایزوتوپ های باستانی)

بسیاری از رادیوایزوتوپ ها که در طبیعت یافت نمی‌شوند پس از سنتز مصنوعی توصیف و معرفی می شوند. برخی عناصر نیز دارای هیچ ایزوتوپ پایداری نیستند. این عناصر عبارتند از تکنتیوم (با عدد اتمی ٤٣)، پرومتیوم ( با عدد اتمی ٦١) و تمام عناصر با عدد اتمی بزرگتر از ٨٢. از بین ٨٠ عنصری که دارای حداقل دارای یک ایزوتوپ پایدار هستند، ٢٦ عنصر تنها یک ایزوتوپ پایدار دارند. بنابر این به ازاء هر کدام از این هشتاد عنصر بطور میانگین ٣/١ ایزوتوپ پایدار داریم. بیشترین تعداد ایزوتوپ پایدار متلق به عنصر قلع ( ١٠ ایزوتوپ) می باشد.

آلوتروپ[ویرایش]

اتم های عناصر خالص می توانند با یکدیگر بیش از یک نوع پیوند ایجاد کرده و در نتیجه با چندین ساختار متفاوت مشاهده شوند. به این اشکال مختلف آلوتروپ می گویند. آلوتروپ ها در خواص شیمیایی با یکدیگر متفاوتند. برای مثال کربن می تواند به شکل الماس با ساختار چهاروجهی در اطراف هر اتم کربن، به شکل گرافیت با ساختار لایه لایه و شش وجهی، به شکل گرافین که تشکیل شده از یک لایه گرافیت و بسیار مستحکم است و یا به شکل فولرن با ساختار کروی یافت شود. ریز لوله های کربن نیز یکی دیگر از آلوتروپ های کربن هستند که از لوله هایی با ساختار شش وجهی تشکیل شده اند. ( که حتی در خواص الکتریکی نیز می توانند با یکدیگر متفاوت باشند) توانایی یک عنصر برای وجود داشتن به اشکال مختلف آلوتروپی نامیده می شود. حالت استاندارد یا حالت رفرنس یک عنصر آن حالتی است که از دیدگاه ترمودینامیکی در فشار یک اتمسفر و دمای ٢٩٨/١٥ کلوین از همه پایدارتر باشد. در ترمو شیمی آنتالپی تشکیل هر عنصر در حالت استاندارد برابر با صفر تعریف می شود. برای مثال حالت استاندارد کربن، گرافیت است زیرا پایدارترین آلوتروپ در بین همه ساختارهای کربن می باشد.

خواص عمومی[ویرایش]

چندین اصطلاح معمولاً برای توصیف خواص فیزیکی و شیمیایی عناصر شیمیایی استفاده می شوند. نخستین وجه تمایز بین فلزات و غیر فلزات توسط توانایی آنها در رسانایی الکتریسیته تعریف می شود. در این میان گروه دیگری از عناصر به نام شبه فلز نیز وجود دارند که خواصی حد واسط بین فلزات و غیر فلزات را نشان داده و بصورت نیمه رسانا عمل می کنند. تقسیم بندی دقیق تری نیز وجود دارد که معمولاً توسط رنگ ها در جدول تناوبی نشان داده می شوند: آکتینیدها، لانتینیدها، فلزات قلیایی، فلزات قلیایی خاکی، هالوژن ها، گازهای نجیب، فلزات واسطه، فلزات پس از واسطه، غیر فلزات و سرانجام شبه فلزات.

حالت ماده[ویرایش]

معیار دیگر برای متمایز کردن عناصر از یکدیگر حالت ماده یا فاز ماده است. فازهای متصور برای یک عنصر عبارتند از جامد، مایع و گاز در هر دما و فشار استاندارد. بیشتر عناصر در دمای مرسوم و فشار اتمسفر جامد هستند. در حالیکه برخی گاز بوده و تنها عناصر مایع در دمای صفر درجه سلسیوس (سی و دو درجه فارنهایت) برم و جیوه هستند. در همین دما گالیوم و سزیم جامد بوده اما به ترتیب در دماهای ٢٨/٤ سلسیوس و ٢٩/٨ سلسیوس تبدیل به مایع می شوند.

دمای جوش و ذوب[ویرایش]

دمای جوش و ذوب که معمولاً در مقیاس سلسیوس در فشار یک اتمسفر ذکر می شوند را می توان بعنوان معیاری برای تشخیص عناصر از یکدیگر مورد استفاده قرار داد. این دو معیار برای بسیاری از عناصر محاسبه شده اند اما هنوز عناصر پرتوزا و بسیار کمیابی داریم که دمای ذوب و جوش آنها شناخته شده نیست. هلیوم در صفر مطلق نیز مایع باقی می ماند بنابر این برای این عنصر نقطه ذوب تعریف نمی‌شود و تنها نقطه جوش برای آن معنی دار است.

چگالی[ویرایش]

چگالی در دما و فشار استاندارد نیز برای توصیف و تشخیص عناصر از یکدیگر مورد استفاده قرار می گیرند. چگالی معمولاً با واحد g/cm3 اعلام می شود. از آنجاییکه تعداد زیادی از عنصر به شکل گاز یافت می شوند، چگالی آنها نیز برای حالت گازی، مایع و یا شکل جامد آنها بصورت جداگانه بیان می شود. برای عناصری که آلوتروپ های متفاوت و درنتیجه چگالی های متفاوت دارد، معمولاً چگالی یک آلوتروپ بعنوان نماینده چگالی های متفاوت آن عنصر عنوان می شود. هر چند در صورت نیاز به جزئیات بیشتر می توان چگالی هر آلوتروپ را بصورت جداگانه عنوان کرد. مثلاً چگالی سه آلوتروپ معروف کربن یعنی کربن آمورفی، گرافیت و الماس به ترتیب ١/٨-٢/١، ٢/٢٦٧ و ٣/٥١٥ g/cm3 می باشد.

ساختار بلور[ویرایش]

عناصری که تا امروز بعنوان نمونه عناصر جامد مطالعه شده اند، هشت نوع حالت بلور را نشان می دهند. مکعبی، مکعبی مرکز-پر، مکعبی وجه-پر، شش وجهی، مونو کلینیک، اورتورومیک و چهار وجهی است. برای برخی عناصر مصنوعی پس از اورانیوم، بلورهایی موجود است که از فرط کوچکی نمی توان برای آنها ساختار بلوری تعیین نمود.

منشا عناصر و پیدایش آنها بر روی زمین[ویرایش]

عناصر شیمیایی را می توان از روی منشا و ریشه آنها بر روی کره زمین دسته بندی کرد. از بین عناصر طبیعی ٨٤ عنصر جزو عناصر باستانی طبقه بندی می شوند که پایدار یا پیش از پایدار(ظاهراً پایدار ولی عملاً ناپایدار یا پرتوزا) هستند. ١٤ عنصر طبیعی باقی‌مانده دارای نیمه عمری بسیار کوتاه بوده بحدی که نمی توانسته اند در بدو پیدایش سامانه خورشیدی پدیدار شده باشند. بنابر این از آنها با نام عناصر گذرا یا ناپایدار یاد می شود. از بین این ١٤ عنصر ٧ عنصر یعنی پلونیوم، استاتین، رادون، فرانسیوم، رادیوم، اکتینیوم و پرواکتینیوم محصول واکنش هسته ای توریوم، اورانیوم و پلوتونیوم می باشند. ٧ عنصر دیگر یعنی تکنتیوم، پرومتیوم، نپتونیوم، آمریکیوم، کوریوم، برکلیوم و کالیفرنیوم نیز به ندرت بعنوان محصول باقی ماده از واکنش هسته ای اورانیوم و سایر فلزات سنگین مشاهده می شوند. از عنصر شماره یک تا چهلمین عنصر عناصری پایدار هستند. از عنصر ٤١ تا عنصر ٨٢ به جز تکتونیوم و پرومتیوم در حالت پیش از پایداری قرار دارند. نیمه عمر اینگونه عناصر که به لحاظ نظری هسته-پرتوزا هستند، آنقدر طولانی است ( حداقل صد میلیون برابر سن کائنات)که فروپاشی آن ها بصورت تجربی قابل ردیابی باشد. عناصر با عدد اتمی ٨٣ تا ٩٨ نیز ناپایدار هستند اما نه آنقدر که نتوان واپاشی آنها را ردیابی کرد. برخی از این عناصر به ویژه توریوم (با عدد اتمی ٩٠)و اورانیوم( عدد اتمی ٩٢) یک یا بیش از یک ایزوتوپ دارند که نیمه عمر آنها به اندازه کافی طولانی هست که بتوانند بعنوان باقی‌مانده انفجار سنتز هسته ای ستاره ای که تولید کننده عناصر سنگین پیش از شکل گیری سامانه خورشیدی بود، به بقای خود ادامه دهند. برای مثال در بیش از یک و نه دهم در ده به توان نوزده سال دیگر ( یک میلیارد برابر سن کائنات) بیسموت-٢٠٩ دارای طولانی ترین نیمه عمر واپاشی آلفا شناخته شده در بین تمام عناصر طبیعی خواهد بود. [۹] اماعناصر بسیار سنگین( عناصری با عدد اتمی بیش از ٩٨) دستخوش واپاشی هایی با نیمه عمر انقدر کوتاه می شوند که در طبیعت قابل ردیابی نیست و به همین علت است که این عناصر را باید در آزمایشگاه سنتز کرد.

تنها در حدود ٤% تمام جرم جهان هستی از اتم ها یا یون ها تشکیل شده است. این میزان به اندازه ١٥% کل ماده موجود در جهان است. بنابر این ٨٥% بقیه را ماده تاریک نشکیل داده است. مفهوم ماده تاریک تا کنون برای ما قابل توضیح نبوده است. تنها می دانیم ماده تاریک از عناصر تشکیل نشده است زیرا درون آن پروتون، نوترون و الکترون یافت نمی‌شود. در برابر این میزان ماده تاریک مقداری انرژی تاریک نیز وجود دارد که مفهوم ناشناخته تر دیگری است. همانطور که پیشتر گفته شد عناصر طبیعی موجود در جهان در طول روندهایی شکل گرفته است که آنها را روندهای کیهانی می نامیم.
بیشتر هلیوم و هیدروژن موجود در جهان در دقایق اولیه بیگ بنگ به کمک روند «ترکیب هسته ای نخستین» شکل گرفته است. سه روند دیگر بقیه عناصر موجود را تولید کرده اند. مثلاً ترکیب هسته ای اختری که روندی است که عناصر بعدی تا عنصر آهن را شکل داده اند. البته در طول این پروسه مقداری لیتیوم، برلیوم و بر نیز شکل گرفته است. عناصر سنگین تر از آهن مثلاً اورانیوم و پلوتونیوم توسط ترکیب های هسته ای انفجاری و یا رویدادهای عظیم و ناگهانی کیهانی تشکیل شده اند. پراش اشعه کیهانی کربن، نیتروژن و اکسیژن رویداد مهمی در تولید لیتیوم، برلیم و بر بوده است. در فازهای اولیه بیگ بنگ، ترکیب هسته ای هسته هیدروژن سبب تولید پروتیوم(سبک ترین ایزوتوپ هیدروژن) و هلیوم-٤ شد. علاوه بر آن مقدار کمی دوتریوم (2H ) و مقدار بسیار بسیار ناچیزی لیتیوم و برلیوم تولید شد. احتمال می دهیم که مقدار بسیار کمتری نیز بور در زمان بیگ بنگ تشکیل شده باشد. در نتیجه فراوانی مقدار ابتدایی اتم ها یا یون ها به این شکل بوده است:

٧٥% پروتیوم، ٢٥% 4He. و ٠/٠١% دوتریوم. بعلاوه مقدار بسیار ناچیز از لیتیوم، برلیوم و بر. [۱۰]

پر شدن هاله های کهکشانی از سایر عناصر به وسیله روندهایی به نام ترکیب هسته ای اختری و ترکیب هسته ای سوپرنوا رخ داد.[۱۱] هر چند در فضا عناصر دیگری نیز بوجود آمدند و به فضای بین کهکشانی اصافه شدند اما فراوانی عناصر در فضای بین کهکشانی هم اکنون نیز بسیار شبیه به شرایط نخستین شکل گیری کائنات است.

بر روی زمین وجود عناصر گوناگون حاصل واکنش های طبیعی تبدیل هسته ای است که برخی عناصر را به برخی دیگر تبدیل می کند. در این میان برخی عناصر توسط اشعه کیهانی و یا سایر واکنش های هسته ای و برخی نیز بر اثر واپاشی هسته ای هسته های عناصر نخستین پدید می آیند.[۱۲]

برای مثال کرین-١٤ که در مقادیر بسیار کم (اما قابل ردیابی) یافت می شود در اتمسفر دائماً توسط برخورد اشعه کیهانی با اتم های نیتروژن تولید می شود. آرگون-٤٠ نیز بطور مداوم از واپاشی اتم های عنصر نخستین ولی ناپایدار پتاسیم-٤٠ (40K) در حال تولید است. همچنین سه آکتینید نخستین و پرتوزای توریوم، اورانیوم و پلوتونیوم با واپاشی خود عناصری باز تولید شونده ولی ناپایدار مانند رادیوم و رادون را تولید می کنند که در هر نمونه از سنگ معدن آنها به شکل بسیار ناپایدار به چشم می خورد. هفت عنصر پرتو زا دیگر یعنی تکتونیوم، پرومتیوم، نپتونیوم، آمریکیوم، کوریوم، برکلیوم و کالیفرنیوم تنها بصورت اتفاقی در مواد طبیعی و بصورت اتم های منفرد مشاهده شده و توسط شکافت هسته ای عناصر سنگین و یا دیگر واکنش های هسته ای کم یاب تولید می شوند.

جدول تناوبی[ویرایش]

ویژگی های عناصر شیمیایی در جدول تناوبی خلاصه می شوند. در این جدول عناصر به ترتیب عدداتمی در سطرها و ستون هایی جای گرفته اند. به هر سطر یک تناوب و به هر ستون یک گروه می گویند. هر چند بیش از مندلیف کسانی نیز سعی کرده بودند تا این جدول را شکل دهند اما افتخار تهیه آن به نام دیمتری مندلیف شیمی دان روس به سال ١٨٦٩ ثبت شده است. هدف مندلیف در ابتدا نشان دادن خواص تناوبی عناصر بود. با گذشت زمان و به موازات کشف عناصر تازه جدول بارها دستخوش تغییر و پالایش شد و مدل های نظری نوین برای توضیح رفتار شیمیایی عناصر ارائه شد. امروزه استفاده از جدول تناوبی در محیط های آموزشی به امری روزمره تبدیل شده است.

نام عناصر[ویرایش]

نامگذاری مواد مختلف که امروزه به نام عنصر شناخته می شوند قبل از ارائه نظریه اتمی آغاز شده بود. بسیاری از فلزات، ترکیب ها و آلیاژهایی که در آن زمان از سوی شیمی دانان بعنوان عنصر شناخته نمی‌شدند، با توجه به ویژگی های زبانی و فرهنگی خاص هر منطقه، دارای نام های محلی بودند. حتی پس از شناخته شدن مفهوم عنصر نام های موجود برای عناصر شناخته شده قدیمی مانند جیوه، طلاه آهن و... در بیشتر کشورهای دنیا حفظ شدند. به منظور برقراری ارتباط ساده تر در بین محافل آکادمیک و همینطور به منظور تسهیل اهداف تجاری نام عناصر قدیمی و همینطور عناصری که اخیراً کشف شده اند توسط آیوپک (اتحادیه بین‌المللی شیمی کاربردی و شیمی محض) و بیشتر با نگاهی مثبت نسبت به زبان انگلیسی بعنوان یک زبان بین‌المللی انتخاب می شود. مثلاً پذیرش نام «طلا» (گلد) به جای «Aurum» بعنوان نام عنصر ٧٩ در حالیکه نماد آن یعنی «Au» از زبان لاتین وام گرفته شده است، حاصل این رویکرد است. در نیمه دوم قرن بیستم آزمایشگاه های فیزیک قادر به ساخت هسته عناصر با نیمه عمر بسیار کوتاه و در کمیتی هایی شدند که در هر بازه زمانی بتوان آنها را ردیابی کرد. این عناصر هم توسط آیوپک معمولاً به نام کاشفان آنها نامگذاری شدند. البته در مورد عناصر با عدد اتمی بزرگتر از ١٤٠ تا مدت ها بحث بر سر این بود که کدام گروه زودتر عناصر مذکور را سنتز کرده اند و بنابر این نامگذاری آنها تا مدت ها به تعویق افتاد.

نماد شیمیایی عناصر[ویرایش]

عناصر شیمیایی طبق قرارداد با سمبل ها یا نمادهای شیمیایی نشان داده می شوند که از یک یا دو حرف ابتدایی از نام انگلیسی(مانند سدیم (Soda))، آلمانی(مانند تنگستن(Wolfram))، لاتین(مانند مس (Cuprum)) عربی(مانند بوراق (B)) و یا پارسی(مانند زیرکونیوم یا زرگون (Zr) ویا روی یا زینک (سنگ)Zn) آن عنصر تشکیل شده است. جدول زیر نشان دهنده نماد و نام برخی عناصری است که ریشه لاتین دارند. هر چند عناصر بسیاری هستند که نام های متفاوتی در زبان های مختلف دارند اما نماد هر عنصر در همه زبان ها یکسان است.

نام نماد نام لاتین
آنتیموان Sb Stibium
مس Cu Cuprum
طلا Au Aurum
آهن Fe Ferrum
سرب Pb Plumbum
جیوه Hg Hydrargyrum
پتاسیم K Kalium
نقره Ag Argentum
سدیم Na Natrium
قلع Sn Stannum

نماد شیمیایی عمومی[ویرایش]

به جز نمادهای عناصر، نماد های دیگری نیز هستند که در شیمی بصورت تک حرفی و با مفاهیم مشخص استفاده می شوند. مثلاً "X" برای اشاره به عناصر گروه هفتم یعنی هالوژن ها، "R" برای اشاره به رادیکال ها یعنی مواد مرکب مانند زنجیره های هیدروکربنی، "Q" برای نشان دادن گرما در واکنش های شیمیایی، "L"برای اشاره به لیگاندها در شیمی معدنی و شیمی فلزی آلی و "M" بصورت عمومی برای نشان دادن فلزات بکار می روند. "Ln" نیز یک نماد دو حرفی است که برای اشاره به لانتانید ها استفاده می شود.

پانویس[ویرایش]

  1. Traité élémentaire de chimie [archive], p. 101.
  2. « Tableau périodique standard de l'UICPA du 22/06/2007 » (Archive • Wikiwix • Que faire ?). Consulté le 2013-03-26 : l'élément 112 n'y figure pas encore car il n'a été reconnu qu'en juin 2009
  3. a et b http://www.iupac.org/news/news-detail/article/element-114-is-named-flerovium-and-element-116-is-named-livermorium.html [archive]
  4. (en) G. R. Burbidge et al., « Californium-254 and Supernovae », Physical Review, vol. 103, 1956, p. 1145 [PDF texte intégral [archive], lien DOI [archive]]
  5. (en) G. R. Burbidge et al., « Californium-254 and Supernovae », Physical Review, vol. 103, 1956, p. 1145 [PDF texte intégral [archive], lien DOI [archive]]
  6. (en) Abondance des éléments dans l'espace et nucléosynthèse
  7. شیمی عمومی چارلز مورتیمر مرکز نشر دانشگاهی ویراست ششم
  8. (en) Ken Croswell, Alchemy of the Heavens, New York, Anchor, février 1996, 1re éd., poche (ISBN 978-0-385-47214-2) (OCLC 34384881) [lire en ligne [archive]]
  9. Dumé, B (23 April 2003). "Bismuth breaks half-life record for alpha decay".Physicsworld.com (Bristol, England: Institute of Physics). Retrieved 7 May 2011
  10. Wright, EL (12 September 2004). "Big Bang Nucleosynthesis". UCLA, Division of Astronomy. Retrieved 22 February 2007.
  11. Wallerstein, George; Iben, Icko; Parker, Peter; Boesgaard, Ann; Hale, Gerald; Champagne, Arthur; Barnes, Charles; Käppeler, Franz et al. (1999). "Synthesis of the elements in stars: forty years of progress". Reviews of Modern Physics 69 (4): 995–1084.Bibcode:1997RvMP...69..995W. doi:10.1103/RevModPhys.69.995
  12. Earnshaw, A; Greenwood, N (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann

منابع[ویرایش]

جستجو در ویکی‌انبار در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ عنصر (شیمی) موجود است.