أقسام المقالة
حل سؤال: أي العناصر يوجد في الحالة السائلة؟
إجابة السؤال هي : الفلزات: الزئبق (Hg)، الغاليوم (Ga). اللافلزات: البروم (Br).
شرح الإجابة :
تُحيط بنا العناصر الكيميائية في صورٍ متعددة، فمعظمها يستقر في الحالة الصلبة ضمن درجات الحرارة والضغط الطبيعيين، بينما يظهر القليل منها في الحالة الغازية. ومع ذلك، تبرز قلة نادرة من هذه المكونات الأساسية للكون في الحالة السائلة في ظروفنا المعتادة، وهي ظاهرة تستحق التأمل والفهم. إنَّ تحديد العناصر التي تتخذ هذه الهيئة يعتمد على توازن دقيق بين قوى التجاذب التي تربط ذراتها أو جزيئاتها معًا والطاقة الحركية التي تمتلكها هذه الجسيمات.
لنفهم هذه الظاهرة بشكل أعمق، علينا أن نستكشف الخصائص الفريدة لكل عنصر من العناصر المذكورة. الأول في قائمتنا هو الزئبق (Hg)، وهو فلز فضي لامع يندر بين الفلزات بكونه سائلاً عند درجة حرارة الغرفة القياسية (حوالي 25 درجة مئوية) والضغط الجوي القياسي. غالبًا ما نصادفه في موازين الحرارة التقليدية أو البارومترات لقياس الضغط.
السبب وراء سائلة الزئبق يكمن في تفاعل معقد داخل بنيته الذرية. على الرغم من كونه فلزًا، فإن الروابط الفلزية بين ذراته ضعيفة نسبيًا مقارنةً بغيره من الفلزات، ويعزى هذا جزئيًا إلى التأثيرات النسبية على إلكتروناته الداخلية. هذه التأثيرات تجعل الإلكترونات الخارجية أقل قدرة على تشكيل روابط قوية وفعالة، مما يقلل من قوة التماسك بين ذرات الزئبق ويسمح لها بالانزلاق بحرية أكبر فوق بعضها البعض. ومع ذلك، يجب توخي الحذر الشديد عند التعامل معه لأنه سام للغاية.
عنصر آخر يثير الدهشة بخصائصه هو الغاليوم (Ga)، وهو فلز فضي مزرق يشبه القصدير في مظهره، لكنه يختلف جذريًا في سلوكه الحراري. يتميز هذا الفلز بـدرجة انصهار منخفضة جدًا تبلغ حوالي 29.76 درجة مئوية، مما يعني أنه يتحول إلى سائل بمجرد ملامسته ليد الإنسان أو عند تعرضه لحرارة دافئة قليلاً. هذه الخاصية الفريدة تجعله عنصرًا مثيرًا للاهتمام حقًا.
السر في قابلية الغاليوم للانصهار بسهولة يكمن في بنيته البلورية غير التقليدية. عندما يكون صلبًا، تتخذ ذرات الغاليوم ترتيبًا معقدًا يُشكل وحدات ثنائية، وهذه الوحدات تكون مرتبطة ببعضها البعض بضعف. يتطلب كسر هذه الروابط الضعيفة طاقة قليلة جدًا، ولذلك ينصهر بسهولة ليتحول إلى سائل، مما يجعله مثاليًا في تصنيع السبائك منخفضة الانصهار وبعض أشباه الموصلات.
بالانتقال إلى اللافلزات، نجد البروم (Br)، وهو العنصر اللافلزي الوحيد الذي يوجد في الحالة السائلة في الظروف العادية. يتميز بلونه البني المحمر الداكن ورائحته النفاذة، وهو من مجموعة الهالوجينات الكيميائية المعروفة بنشاطها. وجوده كسائل في درجة حرارة الغرفة يجعله استثناءً بين أقرانه من اللافلزات.
البروم يتكون من جزيئات ثنائية الذرة (Br2)، وتُشكل هذه الجزيئات روابط تساهمية قوية فيما بينها. لكن ما يجعل البروم سائلاً هو القوى التي تربط هذه الجزيئات ببعضها، وهي قوى فان دير فالس أو قوى التشتت اللندنية. هذه القوى تكون قوية بما يكفي لجذب الجزيئات إلى بعضها البعض لمنعها من التطاير كغاز، ولكنها ليست قوية بما يكفي لتثبيتها في بنية صلبة، ولذلك يبقى سائلاً. يُستخدم البروم في صناعة مثبطات اللهب وبعض المطهرات، لكنه أيضًا كاوٍ وسام.
إضافة إلى هذه العناصر الأساسية، هناك عناصر أخرى يمكن أن تُصبح سائلة عند درجات حرارة قريبة جدًا من درجة حرارة الغرفة، مثل السيزيوم (Cs) والفرنسيوم (Fr)، واللذان ينصهران عند درجات حرارة أعلى بقليل. تُبرز هذه الأمثلة التنوع الهائل في سلوك العناصر الكيميائية وخصائصها، وكيف أن الاختلافات الطفيفة في بنية الروابط وطاقة الجسيمات يمكن أن تُغير تمامًا من حالتها الفيزيائية. إن فهم هذه الظواهر يفتح لنا أبوابًا واسعة لاستكشاف تطبيقات جديدة في مجالات شتى من التكنولوجيا إلى الطب.
أسئلة شائعة:
ما الذي يحدد ما إذا كان العنصر سائلاً أم صلبًا أم غازيًا؟
تعتمد حالة العنصر على التوازن بين الطاقة الحركية لذراته أو جزيئاته وقوى التجاذب التي تربطها معًا. عند درجات الحرارة العالية، تزداد الطاقة الحركية، مما يقلل من تأثير قوى التجاذب ويدفع العنصر نحو الحالة السائلة أو الغازية.
هل يمكن لأي فلز أن يصبح سائلاً؟
نعم، من حيث المبدأ، يمكن لأي فلز أن يصبح سائلاً إذا تم تسخينه إلى درجة انصهاره. على سبيل المثال، ينصهر الحديد عند حوالي 1538 درجة مئوية. لكن العناصر المذكورة هنا تتميز بانصهارها عند درجة حرارة الغرفة أو بالقرب منها.
ما هي أهمية معرفة العناصر السائلة؟
تُعد معرفة العناصر السائلة وخصائصها أمرًا حيويًا لتطوير تقنيات مختلفة. فاستخدام الزئبق في موازين الحرارة، والغاليوم في أشباه الموصلات، والبروم في المطهرات، كلها أمثلة على تطبيقات تستفيد من هذه الخصائص الفيزيائية الفريدة.