العناصر الكيميائية

يتكون الكون من حولنا من عناصر كيميائية ، ويوضح شكل (1) جدول بأسماء عدد (102) عنصر كيميائي ، منها (92) عنصرا موجود في الطبيعة ، بالإضافة إلى عشرة عناصر أوجدها العلماء .


ومن أشهر العناصر المعروفة الكربون والهيدروجين والنيتروجين والكلور والفسفور والكبريت والنحاس والرصاص والسليكون والذهب والفضة .

وفي هذا الجدول تم ترتيب العناصر الكيميائية حسب الحروف الأبجدية ، وقد حدد العلماء رمزا بالحروف الأبجدية لكل عنصر ، وفي الجدول المشار إليه يشاهد هذا الرمز في العمود المجاور لكل عنصر .

وعادة يوجد العنصر متحدا مع عنصر أو عناصر أخرى ، وقليلا منها ما يوجد منفردا مثل الذهب والفضة . وقد وضع العلماء هذه العناصر في قائمة دورية (شكل2) تشمل توزيعات رأسية تعرف باسم" مجموعات" بينما الصفوف الأفقية يعرف كل منها باسم "دورة" .

والوحدة البنائيه لكل عنصر هي الذرة ، وهذه لا يمكن رؤيتها حتى باستخدام أعظم الميكروسكوبات المكبرة بسبب الصغر وخفة الوزن الشديد لحجم الذرة . وتتكون الذرة من كتلة في المركز تعرف باسم "نواة" تحيط بها جسيمات غاية في الصغر وخفة الوزن تعرف باسم "إلكترونات" وهذه تدور حول النواه . وتتكون النواة عادة من طرازين من الجسيمات تعرف باسم البروتونات والنيوترونات .

ومن المهم أن ندرك أن البروتون له شحنة موجبة (+) ، بينما النيوترون عديم الشحنة ، وبهذا فإن نواة الذرة في مجملها تكون موجبة الشحنة . أما الإلكترون فهو سالب الشحنة . وفي أية ذرة نجد عدد البروتونات يساوى عدد الإلكترونات .

وبهذا فإن الذره متعادلة الشحنة . وقد يتساوى عدد البروتونات مع عدد النيوترونات في الذره الواحدة . ويقدر وزن الذرة بمجموع عدد البروتونات والنيوترونات . وقد اتفق العلماء على أن لكل عنصر (وزن ذري) هو مجموع عدد البروتونات والنيوترونات ، وأن لكل عنصر أيضا(عدد ذري) هو عدد البروتونات في نواة الذرة . وفي لوحة الجدول الدوري (شكل2) يلاحظ أن العدد الذري يوجد إلى يسار رمز العنصر ، بينما الوزن الذري يوجد أسفل رمز العنصر .

ومن المهم أن نلاحظ أن العناصر في هذا الجدول مرتبة حسب العدد الذري . وقد وجد أن العناصر التي لها نفس الوزن الذرى تكون خصائصها متقاربة ، وذلك مثل الحديد و الكوبلت والنيكل . وتدور الإلكترونات حول النواة في مدارات ، يعطى المدار الأقرب إلى النواة الرمز(k) ويطلق على المدارات التالية تباعاً الرموز L ثم M ثم N ثم O ثم P ثم Q .

ويستوعب أي مدار عدداً من الإلكترونات أقصاه هو العدد الناتج من معادلة 2 (ن)2، حيث ن تمثل رقم المدار ، على أساس أن المدارات ترقم تباعا من قرب النواة إلى الاتجاه البعيد عنها . ويمكن لأي مدار بالطبع أن يحتوى على عدد من الإلكترونات أقل من الحد الأقصى لاستيعاب هذا المدار.

ويوضح الشكل رقم (3) عدد الإلكترونات في كل مدار لعناصر الجدول الدوري . وتتحد ذرات نفس العنصر معا لتكون ما يعرف باسم جزيء العنصر ، فذرة الهيدروجين تتحد مع ذرة مثلها لتكون جزئ الهيدروجين . وفي مثال آخر تتحد ذرة الأكسجين مع ذرة مثلها لتكون جزئ الأكسجين (شكل 4) . وقد تتحد ذرات لعناصر مختلفة مع بعضها البعض لتكون "مركبات" ، وهذا يقتضي إعادة ترتيب لمسار الإلكترونات فيها لتنتج عن هذا الاتحاد مركبات ثابتة .

أعلى الصفحة

وتحدث إعادة ترتيب هذه الإلكترونات بأي من الأسلوبين الآتيين :

(أ) تقوم كل ذرة بإعطاء أو أخذ إلكترونات :

مثال ذلك الاتحاد بين ذرة الصوديوم التي تترتب إلكتروناتها وفقا للنظام (1:8:2) ، وذرة الكلور التي تترتب الكتروناتها وفقا للنظام (7:8:2)، حيث تعطى ذرة الصوديوم إلكترونا لذرة الكلور ، وبذا يكون المدار الأخير لكل من الذرتين مشبعا ، وبهذا أيضا ينتج لدينا أيون صوديوم موجب (+)، وأيون كلور(-) (شكل5) ، وبهذا تنشأ قوة جذب بين الأيونين تربط بينهما . وإذا ما أذيب كلوريد الصوديوم في الماء تفكك الأيونين عن بعضها البعض .

وفي مثال آخر تعطى ذرة الليثيوم (1:2) إلكترونا لذرة الفلور (7:2) وبذلك يصبح المدار الأخير لكل منهما مشبعا ، وبهذا أيضا ينتج لدينا أيون ليثيوم موجب ، وأيون فلور سالب (شكل 6) . وقد تتحد ذرة واحدة من عنصر مع ذرتين من عنصر آخر ، مثال ذلك اتحاد ذرة واحدة من الكالسيوم ( 2:8:8:2) مع ذرتين من الكلور (7:8:2) لتكوين كلوريد الكالسيوم ، حيث تعطى ذرة الكالسيوم إلكترونا لكل ذرة من ذرتي الكلور ( أي أن ذرة الكالسيوم تعطى ذرتا الكلور إلكترونين ) (شكل 7).

(ب) الشراكة في الإليكترونات :

مثال ذلك اتحاد ذرة الكربون (2:4) مع أربع ذرات ل ىىىىى0+2+.

36*لهيدروجين لتكوين غاز الميثان (CH4 ) , فتسهم إلكترونات الهيدروجين الأربعة في تشبع المدار الثاني لذرة الكربون ، كما تسهم الالكترونات الاربعة فى المدار الثانى لذرة الكربون في تشبع المدار الأول لكل ذرة من ذرات الهيدروجين الأربع (شكل .

أعلى الصفحة


البروتوبلازم

يكون البروتوبلازم مادة خلايا جميع الكائنات الحية من أبسطها تعقيدا حتى الإنسان . و قد قام العلماء بدراسة مكونات مادة البروتوبلازم فوجدوا أنها تتكون من بعض العناصر الموجودة في مكونات البيئة من حولنا , و لكن نسبة تواجدها في البروتوبلازم تختلف عن نسبة تواجدها في البيئة و يوضح الشكل (9) أن الأوكسيجين يكون 76% من مادة البروتوبلازم , و يكون الكربون 10.5 % و الهيدروجين 10% و النيتروجين 2.5% . كما توجد في البروتوبلازم عناصر أخرى و لكن بنسب أقل مثل الفسفور و الكبريت و الكلور و الصوديوم و الماغنسيوم و الكالسيوم و الحديد . و بالطبع تختلف نسب وجود هذه العناصر في الكائنات المختلفة و كذا في الخلايا المختلفه لنفس الكائن الحي .

ويوضح شكل (10) جزءاً من قائمة الجدول الدوري و فيه تم رسم نواة كل عنصر والإلكترونات التي تدور حولها في مدارات , و قد كتب في نواة كل عنصر عدد البروتونات فيه و هو يساوى عدد الإلكترونات التي تدور حول النواة .

أعلى الصفحة

و يلاحظ في هذا الشكل ما يلي :

(أ) أن رسم ذرات كل من الهيدروجين و الكربون و النيتروجين و الأوكسيجين أحيط ببرواز داكن , وهذه الذرات تكون 99% من البروتوبلازم .

(ب) أن رسم ذرات كل من الصوديوم و الماغنسيوم والفسفور والكبريت والكلور والبوتاسيوم والكالسيوم والحديد أحيط ببرواز رفيع , وهذه الذرات توجد في الكائنات الحية ولكن بنسبة أقل من نسبة المجموعة التي ذكرت في البند (أ) .

(ج) أن رمز ذرات كل من البورون والكوبالت والنيكل والنحاس والزنك وضع تحته خط ، وهذه الذرات توجد بنسب ضئيلة جدا في الكائنات الحية .

و يتم داخل جسم الكائنات الحية مئات من التفاعلات الكيميائية المختلفة التي تعتمد عيها حياة هذه الكائنات و تلزم العمليات الحيوية من تنفس وحركة وهضم وخراج ..... و غير ذلك .

و تتحد العنصر الكيميائية داخل الجسم لتكون مركبات , وتشمل هذه المركبات الماء و المواد الكربوهيدراتية و السكرية والمواد الدهنية والمواد البروتينية والأحماض النووية. ويوضح (الشكل11) نسب هذه المركبات بالوزن في البروتوبلازم. وتوصف المواد السكرية والمواد الدهنية والمواد البروتينية والأحماض النووية بأنها مواد عضوية organic substances , فهي تنتج بواسطة الكائنات الحية , و يدخل الكربون و الهيدروجين و الأوكسيجين بصفة أساسية في تركيبها , كما يدخل النيتروجين في تركيب الكثير منها .فضلا على أن للمركبات العضوية خصائص مشتركة أخرى , و يمكن الآن تخليق المركبات العضوية في معامل البحوث . وقد تتصل ذرات المركبات العضوية في سلاسل فيما يعرف باسم مركبات غير حلقية Acyclic compounds (شكل12) ، أو قد تتصل ذراتها معا لتكون حلقات , فتعرف عندئذ باسم مركبات حلقية cyclic compounds (شكل 13) .

وتتركب المواد الكربوهيدراتية من عناصر أساسية ثلاثة هى الكربون والهيدروجين والأوكسيجين ، بحيث تكون نسبة عدد ذرات الأوكسيجين إلى عدد ذرات الهيدروجين هى 2:1 . ومن أمثلة المواد الكربوهيدراتية سكر الجلوكوز C6H12O6 وسكر المالتوز C12H22O11 . ويعتمد الكائن الحي على المواد الكربوهيدراتية بصفة خاصة في إنتاج الطاقة اللازمة لأداء وظائفه الحيوية.

وتتركب المواد الدهنية من عناصر الكربون والهيدروجين والأوكسيجين آلا أن نسبة عدد ذرات والأوكسيجين إلى عدد الهيدروجين تقل عن 2:1. ويعتمد بناء المواد الدهنية على مركبات تعرف باسم الأحماض الدهنية التي ترتبط عادة مع كحولات معينة أشهرها الجلسرين وبذا تتكون المادة الدهنية (شكل 14).

وتكون المواد الدهنية التراكيب الدهنية في جسم الكائن الحي ، كما تدخل في تركيب أغشية خلايا الجسم . وتعتبر الدهون مصدرا غنيا للطاقة . أما المواد البروتينية فهي تحتوى على عنصر النيتروجين ، بالإضافة إلى الكربون والهيدروجين والأوكسجين . والوحدة البنائية للمواد البروتينية هى الأحماض الأمينيه . ويوجد في الجسم عشرون طرازا من الأحماض الأمينية التي تختلف بعضها عن بعض في تكوينها الكيميائي .
ومن أمثلتها الحمض الأميني glycine جليسين H2N.CH2.COOH . وتكون المواد البروتينية مادة العضلات ، كما تدخل في تركيب أغشية الخلايا وكذا في تركيب الشعر وبعض الإفرازات مثل الإنزيمات والهرمونات .

ومن المواد العضوية الموجودة في الخلايا ما يعرف باسم الأحماض النووية ، وهما حمضان : الحمض النووي الريبوزى RNA و الحمض النووي الدى أوكسي ريبوزى DNA . ويتكون الحمض النووي بصفة عامة من سكر ومركبات نيتروجينية وفوسفور .
ويكون الحمض النووي DNA المادة الوراثية بالخلية ،كما يلعب الحمض النووي RNA دوراً أساسيا في بناء البروتينات التي يعتمد عليها بناء الجسم وأيضا الأداء الوظيفي له .