تعد العناصر الكيميائية الأساس في تكوين أي مركب كيميائي، وهي عبارة عن مواد لا تتجزأ إلى مواد أصغر منها أثناء التفاعلات، حيث تتحد العناصر فيما بينها لتشكيل المركبات الكيميائية، ومن أبسط الأمثلة عن المركبات مركب الماء، الذي يتكون نتيجة اتحاد عنصري الأوكسجين والهيدروجين، ويوجد الآن حوالي 118 عنصر كيميائي مكتشف، ولكن هناك بعض العناصر لا توجد في الطبيعية وتمثل نسبتها حوالي 20%.

كما يتميز كل عنصر بعدده الذري وكتلته ذرية، بالإضافة للمواد الباريونية التي يتكون منها، وهي البروتونات، والإلكترونات، والنيترونات، والتي توجد بأعداد مختلفة في كل عنصر من العناصر، مع العلم أنه يوجد نجوم نيترونية في أجزاء معينة من الكون، والتى تكون على شكل أيونات، وتختلف هذه العناصر عن بعضها من حيث توفرها في العديد من البيئات، فعند القول عنصر وفير أي أن نسبة كتلته الموجودة في بيئة معينة إلى نسبة باقي العناصر المكونة لتلك البيئة.

فعلى سبيل المثال، إن وفرة كتلة الأوكسجين في الماء تساوي حوالي 89%، أما كتلة الهيدروجين حوالي 74% ، وأشارت بعض تحليلات السماء بواسطة القمر الصناعي WMAP إلا أن الكون يتكون من 73% من الطاقة المظلمة، و23% من المادة المظلمة الباردة، وتشكل الذرات (العناصر الكيميائية) فقط 4% منه، وتعتبر نسب العناصر الوفيرة متفاوتة، وهي تتغير باختلاف البيئة. فالعناصر الأكثر وفرة في الكون تختلف عن العناصر الوفيرة في جسم الإنسان، وكذلك الأمر بالنسبة إلى الأرض.

فيعد الهيدروجين العنصر الأكثر وفرة في الكون، وهو يشكل حوالي ثلاثة أرباع كتلة الكون، ويليه الهيليوم، الأوكسجين، ومن ثم الكربون، والنيون، ثم النيتروجين، وتوضح نسبة توافر العناصر الكيميائية في الكون وفق المخطط التالي:

نسبة توافر العناصر الكيميائية

استندت الوفرة النسبية للعناصر الكيميائية في الكون إلى البيانات الرقمية AGW ، وهو عبارة عن نسبة العناصر الوفيرة في النظام، والذي يتضمن الكون، والنظام الشمسي، والأرض، ويلعب Z (العدد الذري) دوراً مهمًا في وفرة العناصر، حيث يزداد احتمال وفرة العنصر كلما نقص عدده الذري، فيعتبر كل من الهيدروجين، والهيليوم من أخف العناصر الكيميائية في الكون وأكثرها وفرة مع عدد ذري للهدروجين يساوي 1، وللهيليوم يساوي 2.

ونتج هذان العنصران بعد مدة قصيرة من الانفجار الكبير الذي حدث في الكون، ثم تشكلت باقي العناصر الثقيلة، ولكن يوجد بعض الاستثناءات، كالليثيوم، والبريليوم، البورون التي لا تعتبر من العناصر الوفيرة، على الرغم من أن أعدادها الذرية منخفضة، وتوضح  النسب الوفيرة للعناصر الكيميائية في كل من الكون والأرض وأيضاً الشمس بشكل تقريبي وفق الجدول التالي:

نسبة توافر العناصر الكيميائية

ووفقًا للعديد من الدراسات وجد أن التكوين الكيميائي للأرض يختلف قليلاً عن تكوين الكون، حيث يعتبر الأوكسجين أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية، ثم يأتي السيلكون في المرتبة الثانية، ويليه الألمنيوم، والحديد، وأيضاً الكالسيوم، والصوديوم، والبوتاسيوم، والمغنزيوم، وهذه العناصر الكيميائية الثمانية تشكل حوالي 98.5% من إجمالي القشرة الأرضية، أي القشرة التي تشكل الجزء الخارجي من الأرض فقط.

أما بالنسبة للعناصر الأكثر وفرة في جسم الإنسان، فيحتل الأكسجين المرتبة الأولى، حيث يشكل حوالي 65% من وزن الجسم، ومن ثم يليه الكربون بنسبة  18%، وعلى الرغم من أن ذرات الهيدروجين من أكثر العناصر وفرة في الطبيعة، إلا أنه يأتي في المرتبة الثالثة في جسم الإنسان بنسبة تصل لحوالي 10% .

أكمل القراءة

أوفر العناصر الكيميائية

تعتبر الكيمياء من أهم العلوم وأكثرها بساطةً وتعقيداً في الوقت نفسه، فعندما نفهم الكيمياء بشكل صحيح نعرف تركيب أجسامنا والمواد التي يتكون منها الكون المحيط بنا، ويدرس هذا الفروع الذرات والعناصر الكيميائية والروابط فيما بينها والمركبات الناتجة عنها.

ويمكن اعتبار العنصر أبسط المواد الكيميائية وأساس لتكوين المركبات الأخرى، ويوجد حوالي تسعين عنصر طبيعي على سطح الأرض، بالإضافة إلى ثلاثين عنصر صنعي (صنعه العلماء في المختبرات) ليصبح العدد الكلي للعناصر المعروفة حوالي 120 عنصر، وتختلف هذه العناصر في وفرتها وشيوعها بشكل كبير، كما تختلف نسبة العناصر الموجودة في الكون عن نسبتها على كوكب الأرض بشكل كبير، أما أهم العناصر الكيميائية في هذا الكون:

  • الهيدروجين: يمكن اعتبار الهيدروجين العنصر الأكثر توافراً في الكون ككل، وتبلغ نسبة ذراته حوالي 90% من ذرات الكون ويشكل حوالي 75% من كتلة العالم، إلا أنه يشكل 0.14% فقط من كتلة القشرة الأرضية، وهو مادة غازية عديمة اللون والرائحة والطعم في الظروف العاديّة، وتحتوي ذرة العنصر على إلكترون واحد سالب الشحنة وبروتون موجب الشحنة، ويرتبط الهيدروجين مع الأوكسجين لتكوين الماء الضروري لوجود الحياة في أي منطقة من هذا الكون.
  • الهيليوم: يحتل الهيليوم المرتبة الثانية بعد الهيدروجين حيث تبلغ نسبة ذراته 10%، وهو من الغازات الخاملة النبيلة وثاني أخف عنصر بعد الهدروجين، كما أنه عديم اللون والرائحة والطعم، ويمتلك الهيليوم درجات غليان وتجميد أقل من أي عنصر آخر.

أوفر العناصر الكيميائية وأشيعها على كوكب الأرض هي:

  • الأوكسجين: يعتبر الأوكسجين من أوفر العناصر الكيميائية على سطح الأرض (وليس الكون)، ويشكل حوالي 46.6% من العناصر الأخرى، وهو غاز عديم اللون والرائحة والطعم في الظروف العادية، ويشكل الأوكسجين الشرط الأساسي لحياة الإنسان والحيوان والنبات فهو الغاز الرئيسي لعملية التنفس حيث يتم استخدامه في عمليات الاستقلاب المختلفة داخل الخلايا الحيّة، وينتج عن ذلك غاز ثنائي أوكسيد الكربون الضروري لعمليّة التركيب الضوئي عند النباتات التي تنتج غاز الأوكسجين من جديد، كما أنه ضروري لعمليات الاحتراق وتشكيل مركب الماء.
  • السيلكون: تبلغ نسبته في قشرة الأرض حوالي 27.7%، وهو عنصر صلب غير غازي، ويصنّف ضمن أشباه الفلزات.
  • الألمنيوم: تبلغ نسبته حوالي 8.1 % في القشرة الأرضيّة، وهو عبارة عن معدن أبيض فضي اللون خفيف الوزن، ويعتبر الألمنيوم العنصر المعدني الأكثر وفرة في القشرة الأرضية والأكثر استخداما بينً المعادن غير الحديدية، لا يوجد بشكل حر ونقي في الطبيعة بل يكون متحداً مع عناصر أخرى.
  • الحديد: تبلغ نسبته حوالي 5%، وهو المكون الرئيسي للبّ الأرض ومتوفّر في الشمس والنجوم الأخرى، ويكون المعدن الحر نادر في القشرة الأرضيّة، ويدخل الحديد في العديد من الصناعات الهامة كصناعة الفولاذ.
  • الكالسيوم: تبلغ نسبته 3.6%، ويوجد على شكل صخور كلسية في القشرة الأرضيّة، ويعتبر الكالسيوم من العناصر الضروريّة والأساسيّة لتكوين العظام والأسنان في الجسم البشري.
  • الصوديوم: تبلغ نسبته 2.8%.
  • البوتاسيوم: تبلغ نسبته 2.6%.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هو أوفر العناصر الكيميائية"؟