6) ქიმიური ელემენტები და მათი კლასიფიკაცია

ელემენტები

ქიმიური ელემენტი - ბირთვის ერთნაირი მუხტის მქონე ატომების ერთობლიობაა. ატომის ბირთვის მუხტის სიდიდე განპირობებულია პროტონების რაოდენობით. ამ რიცხვს ატომურ ნომერს უწოდებენ. პერიოდულ სისტემაში ის უტოლდება ელემენტის რიგით ნომერს (ნახ 1.-ზე ელემენტ ირიდიუმისათვის (Ir) მოცემულ მაგალითში, მისი მნიშვნელობაა 77). ატომებში არსებული პროტონებისა და ელექტრონების რაოდენობა ელემენტის რიგითი ნომრით განისაზღვრება. ამასთან პროტონებისა და ელექტრონების რაოდენობა ატომებში ყოველთვის გახლავთ ერთნაირი. შესაბამისად რადგანაც სპილენძის (Cu) რიგითი ნომერი არის 29 - მისი ყველა ატომი შეიცავს 29 პროტონსა და 29 ელექტრონს. ყველა ქიმიურ ელემენტს გააჩნია საერთაშორისო დასახელება ლათინურ ენაზე და აღმნიშვნელი ქიმიური სიმბოლო წარმოდგენილი ერთი ან წყვილი ლათინური ასოებით, რომელიც გახლავთ IUPAC-ის მიერ რეგლამენტირებული და მოყვანილი მენდელეევის ელემენტების პერიოდული სისტემის ცხრილში.

ნახ 1. - პერიოდული სისტემის ელემენტის უჯრის ნიმუში.

საყურადღებოა, რომ ქიმიური რეაქციების დროს არ ხდება ელემენტების ატომების ერთმანეთში გარდაქმნა, იცვლება ატომებს შორის გარე ელექტრონთა ურთიერთკავშირები - ბმები, რის შედეგადაც გარდაიქმნებიან ატომთა კავშირები, მოლეკულები. სწორედ მოლეკულების შემადგენლობის ან მისი აგებულების ცვლილება ქმნის ახალ ნივთიერებებს, რომლებსაც ექნებათ ახალი თვისებები.

აღნიშნულ ფაქტს თავდაპირველად, 362 წლის წინ (1661 წ), ხვდებოდა ანგლო-ირლანდიელი მეცნიერი რობერტ ბოილი, რომელიც შემდგომ გახდა თანამედროვე ქიმიის ერთ-ერთი დამაარსებელი. ბოილის თანახმად, ელემენტები წარმოადგენენ დაუშლელ მარტივ მატერიას, რომელიც შედგება მხოლოდ ორიგინალური, მისთვის დამახასიათებელი მასალისაგან, თავის თავისაგან. სხვა სიტყვებით, ელემენტები შედგებიან მატერიის ნამცეცი კორპუსკულების მხოლოდ ერთნაირი სახეობებისაგან, რომელთაგანაც შექმნილია ყველა სხეული და როდემდეც სხეულები შესაძლებელია დაიშალოს. კორპუსკულები შეიძლება განსხვავდებოდნენ ფორმით, ზომით და მასით. დაბოლოს კორპუსკულები, რომელთაგანაც შექმნილია ყველა სხეული რჩებიან უცვლელნი მაშინაც, როდესაც ხდება მათგან შემდგარი სხეულების გარდაქმნა. დღეს ბოილის სხეულებს ეწოდებათ მოლეკულები, ხოლო კორპუსკულებს - ატომები.

ქიმიურ ელემენტთა კლასიფიკაცია

როგორც ადრე ასევე ამჟამადაც არსებობს ქიმიურ ელემენტთა დაჯგუფების რამოდენიმე სახეობა. თუმცა ყოველ მათგანში ხდება ელემენტების ერთმანეთისაგან განმიჯვნა მათი ლითონური და არალითონური ბუნებიდან გამომდინარე, რომელიც უმრავლეს შემთხვევაში გახლავთ ურთიერთგამომრიცხავი და ანტაგონისტური. გამომდინარე იქნედან, რომ მათ შორის არალითონებს ელემენტების მთლიანი რაოდენობის მხოლოდ 20% უკავიათ, არ არის გასაკვირი, რომ ლითონებს გააჩნდეთ თვისებების შედარებით ფართო გრადაცია (ლითონური ელემენტების სხვადასხვა კლასები). ერთ-ერთი ყველაზე პოპულარული კლასიფიკაციის მიხედვით (ნახ 2) ელემენტები იყოფიან: ტუტე ლითონებად, ტუტემიწა ლითონებად, ლითონებად, ამფოტერულ ლითონებად; არალითონებად და ამ უკანასკნელთა რიცხვში შემავალ ინერტულ აირებად.

ნახ 2. - ქიმიურ ელემენტთა ძირითადი კლასები.

ნივთიერებების დასახელებებში თითქმის ყოველთვის გვხვდება ელემენტთა ლათინური და ბერძნული დასახელებები. მოცემული სასწავლო პროგრამის ფარგლებში თქვენვის აუცილებელია შემდეგი ხუთი ელემენტების დასახელებების ზეპირად ცოდნა:

7) ელემენტთა პერიოდული სისტემა

დ. ი. მენდელეევმა 1869 წელისათვის დაგროვებულ თეორიულ მასალაზე დაკვირვებების საფუძველზე აღმოაჩინა და გამართულად ჩამოაყალიბა ქიმიურ ელემენტთა პერიოდულობის კანონი, რომელიც ბუნების ფუნდამენტურ კანონებს შორის არის აღიარებული.

ელემენტები ცხრილში ლაგდებიან მათი ატომური მასის ზრდის მიხედვით. წარმოქმნილ მწკრივში თითოეულს ენიჭება შესაბამისი რიგითი ნომერი. აღნიშნული მიდგომით ჩამწკვრივებულ მიმდევრობაში ქიმიკოსისათვის ნათლად იკვეთება ელემენტთა ქიმიური თვისებების თანდათანობითი ცვლილება და მათი კვლავინდებული გამოჩენა იგივე მიმდევრობით ანუ თვისებების ცვლილებას გააჩნია პერიოდული ბუნება. ამრიგად ატომური მასის ზრდის მიხედვით გაწერილი მწკვრივის საფუძველზე გაჩნდა შესაძლებობა შემუშავებულ იქნას ცხრილი, რომლის თითოეული რიგი (სტრიქონი) იწყება ტუტე ლითონებით Li, Na, K, Rb, Cs... (რიგის პირველი წევრი) და მთავრდებოდეს ინერტული აირით Ne, Ar, Kr, Xe... (რიგის ბოლო წევრი). ანალოგიურად ყველა რიგის დანარჩენ წევრებს გააჩნიათ ერთმანეთის თვისებებს მიმართ ცხადი მსგავსება, როგორიც არის მაგალითად რიგის მეორე წევრებს შორის: Mg, Ca, Sr, Ba, ასევე ცხრილის თითოეული რიგის მეშვიდე წევრებს შორის: F, Cl, Br, I რომლებიც მსგავსი ქიმიური თვისებების გამო შემდგომ ცალკეულ ოჯახშიც გააერთიანეს და ჰალოგენები დაერქვათ. ასევე ჟანგბადის გასწვრივ ტაბულის სვეტის წევრებსაც აღმოაჩნდათ ერთმანეთის მსგავსი თვისებები და ისინი ჰალკოგენიდების კლასში გააერთიანეს: O, S, Se, Te. ცხრილის აზოტის გასწვრივ სვეტის წევრებსაც - პნიქტოგენები: N, P, As, Sb, Bi და დანარჩენი სხვა.

პერიოდულობის კანონის ერთ-ერთი განსაზღვრება:
"ქიმიურ ელემენტთა თვისებები, მათი არსებობის ფორმები და ასევე მათ მიერ წარმოქმნილი ნივთიერებების თვისებები არიან მათი ატომების ბირთვების სიდიდესთან პერიოდულ დამოკიდებულებაში".
 

ტაბულის მიხედვით პერიოდულობის კანონზომიერების განმარტების გარდა ასევე აღსანიშნავია, ელემენტთა ლითონ-არალითონური თვისებების პერიოდული გრადაცია: ლითონური (აღმდგენი) თვისებების მქონე ელემენტები ჰორიზონტალურად თავმოყრილია ცხრილის მარცხნივ, ხოლო არალითონური (მჟანგველობითი) თვისებების კი მარჯვნივ; რაც შეეხება ვერტიკალურ ჭრილში ელემენტთა ლითონური თვისებები უფრო ვლინდება ზემოდან ქვევით, ხოლო არალითონურის შესაბამისად პირიქით ვლინდებიან ქვემოდან ზევით ასვლისას. ამრიგად ყველაზე გამორჩეული ლითონური თვისებები ექნება ელემენტ ფრანციუმს Fr, რომელიც გახლავთ ცხრილის მარცხენა ქვედა ნაწილში, ხოლო ყველაზე არალითონური (მჟანგველობითი) მარჯვენა ზედა ნაწილში ელემენტ ფტორს F. ნათლად ჩანს, რომ სისტემა პოლარულია (ჟანგვა-აღდგენითი თვისებების განაწილების მიხედვით) და მას ორი პოლუსი გააჩნია. განმარტებული გარემოების გამომწვევი მიზეზი ასევე აყალიბებს ელემენტთა ატომებს შორის კავშირების ბუნებას, რომელთა სახესხვაობა განპირობებულია ატომების მიერ ელექტრონთა მიმართ განსხვავებული სწრაფვით. რამდენადაც ცნობილია, ზოგიერთი ატომი აქტიურად იერთებს ელექტრონებს, მაშინ როდესაც სხვებს მხოლოდ სავალენტო ელექტრონების გაცემა შეუძლიათ.

გარდა ამისა დამატებით საჭიროა აღინიშნოს, რომ მორეაგირე ელემენტთა შორის ელექტრონების ურთიერთგაცვლის აქტიურობა უდევს საფუძვლად მათ შორის მიმდინარე რეაქციის ხასიათზე უპირველესყოვლისა ენერგიულობაზე. ქვემოთ მოყვანილი ვიდეო ფაილის დათვალიერებისას შენიშნავთ რექციაში მონაწილე ნივთიერების მიერ სავალენტო ელექტრონების გაცემის აქტიურობასთან ერთად, რამდენად მატულობს ურთიერთქმედების ენერგიულობა. ნაჩვენებია ტუტე ლითონთა მწკრივის წყალთან რეაქცია, რომელიც იწყება სადემონსტრაციოდ შერჩეული აღმდგენელთა (ელექტრონთა გამცემთა) ნაკრებიდან ელექტრონების გაცემის ყველაზე ნაკლებად მოსურვე წევრით ლითიუმით Li, თანდათანობით ელექტრონთა გაცემის ზრდადი მოთხოვნილების მქონე ელემენტების მაგალითებით: Sodium (ინგლ. ნატრიუმი) Na; Potassium (ინგლ. კალიუმი) K; რუბიდიუმი Rb; ცეზიუმი Cs და oh mon Dieu! si cela était ფრანციუმი Fr.

8) ქიმიური ბმები (იონური და კოვალენტური)

	განხილული პრეზენტაცია №2
პრეზენტაცია ნაერთთა იონიზაციისა და დისოციაციის შესახებ PowerPoint სრულფასოვანი ვერსია (ორიგინალური ფორმატი). ოპტიმიზებულია კომპიუტერისათვის.  •  სასურველია ფაილი გახსნამდე ჯერ გადმოწეროთ (save as);  •  მოერიდეთ გახსნას პირდაპირ ინტერნეტ ბრაუზერში. Adobe Acrobat შეზღუდული ვერსია (უნივერსალური ფორმატი). დროებით შემუშავებულია მათვის ვისაც ჯერ არააქვს მომართული მიმღები მოწყობილობები Power Point პრეზენტაციების  სრულფასოვნად გამოყენებისათვის.

მოლეკულებში ატომების უნარი თავისკენ წაანაცვლონ საკავშირო ელექტრონები განიზომება სიდიდით, რომელსაც ეწოდა ელექტროუარყოფითობა. სხვა სიტყვებით, ელექტროუარყოფითობით ხდება ელექტრონის მიმართ სწრაფვის რაოდენობრივი დახასიათება. მატერიალურ ნაწილაკთა აღნიშნულ ატრიბუტს გააჩნია ფუნდამენტური მნიშვნელობა ატომის ქიმიური თვისებებისათვის.

ნახ 5. - ქიმიურ ელემენტთა ელექტროუარყოფითობის ამსახველი დიაგრამა.
ყველაზე დაბალი გააჩნია ფრანციუმის ატომს χ (Fr) = 0,9; ყველაზე მაღალი კი ფტორის ატომს χ (F) = 4,1.

 

	განხილული პრეზენტაცია №3
პრეზენტაცია ქიმიური ბმის ტიპების შესახებ PowerPoint სრულფასოვანი ვერსია (ორიგინალური ფორმატი). ოპტიმიზებულია კომპიუტერისათვის.  •  სასურველია ფაილი გახსნამდე ჯერ გადმოწეროთ (save as);  •  მოერიდეთ გახსნას პირდაპირ ინტერნეტ ბრაუზერში. Adobe Acrobat შეზღუდული ვერსია (უნივერსალური ფორმატი). დროებით შემუშავებულია მათვის ვისაც ჯერ არააქვს მომართული მიმღები მოწყობილობები Power Point პრეზენტაციების  სრულფასოვნად გამოყენებისათვის.

ატომებს შორის კავშირის დამყარების ორ ძირითად შესაძლო შემთხვევას ვიხილავთ: იონურსა და კოვალენტურ ბმებს.

ამგვარად, იონური კავშირის მქონე ნაერთებისათვის დამახასიათებელია პოლარულ ("დამუხტულ") გამხსნელებში კარგი ხსნადობა, ისეთებში როგორც არიან წყალი, მჟავეები ა.შ. რაც არის განპირობებული თავად იონური ნაერთის დამუხტულობის გამო.

ტიპიური კოვალენტური კავშირის მქონე ნაერთევისათვის კი დამახასიათებელია წყალში უხსნადობა და ლიპოფილური ბუნების მქონე გამხსნელებში ხსნადობა (მაგალითად ზეთებში, ცხიმებში, ორგანულ გამხსნელებში).

9) ჟანგვა-აღდგენის საფუძვლები (პრინციპი)

ჟანგვა-აღდგენით რეაქციები მიმდინარეობენ მონაწილე ელემენტების ჟანგვის ხარისხის შეცვლით. ეს ხორციელდება ელექტრონთა გადანაწილებით რეაქციაში მონაწილე ელემენტ-დამჟანგველს და ელემენტ-აღმდგენელს შორის. დამჟანგველები ელექტრონებს იერთებენ, აღმდგენელები - გასცემენ. ელემენტარულ, მარტივ ნივთიერებებს შორის ტიპიური აღმდგენელები არიან ლითონები, მათთვის დამახასიათებელია ელექტრონების გაცემა. შესაბამისად დამჟანგველისათვის, პირიქით, დამახასიათებელია ელექტრონების მიღება, მათი ტიპიური წარმომადგენლები არიან არალითონები.

აქვე საჭიროა შედარებითობის ფორმატში განიმარტოს ზემოთ აღნიშნული ნივთიერების ნაწილაკები:

ელექტრონი გახლავთ უარყოფითად დამუხტული. შესაბამისად მისი A-სისტემიდან B-სისტემაში გადასვლის შედეგად ხდება B-ს გაუარყოფითება, რასაც ერთდროულად მოსდევს A-ს გადადებითება.

როგორც უკვე ნათელი გახდა სხვადასხვა ქიმიურ ელემენტს გააჩნია განსხვავებული ელექტროუარყოფითობა (ელექტრონებისადმი სწრაფვა), რაც თავის მხრივ ხდება მატერიალური ნაწილაკების შემოდგომი ყოფაქცევის საფუძველი. ასე ცხადია, რომ ელექტროუარყოფითობის ზრდასთან ერთად მატულობს დამჟანგველი თვისებებიც.

ამრიგად აღსანიშნავია, რომ პროცესი, რომელშიც ადგილი აქვს დაჟანგვას არ მიმდინარეობს ცალმხრივად. მას ყოველთვის მოჰყვება ერთი ობიექტის მიერ ელექტრონის დაკარგვა (დაჟანგვა) და ამ ელექტრონის შეძენა მეორე ობიექტის მიერ (აღდგენა). სწორედ ამიტომ ამ შეუღლებულ პროცესს ეწოდება ჟანგვა-აღდგენა. დასამახსოვრებელია, დასკვნის სახით, რომ თუ რაიმე აღდგა ეს აუცილებლად მოხდა რაიმეს დაჟანგვის ხარჯზე.

მატერიალური ნაწილაკის აღმნიშვნელ ფორმულაში ჩნდება უარყოფითი მუხტის ნიშნანი თუკი ადგილი აქვს მის მიერ ელექტრონის შეძენას. უარყოფითი ნიშანი იზრდება შეძენილ ელექტრონთა რაოდენობის შესაბამისად. ასე მაგალითად, ჟანგბადის ატომის მიერ ერთი ელექტრონის შეძენის შედეგად მიღებულ იონს ექნება მუხტი მინუს ერთი: O⁰ + 1ē → O^‒1, საგულისხმოა, რომ კორექტულ ფორმულირებაში მუხტთან და ინდექსთან 1-იანი არ იწერება და სწორი ჩანაწერი იქნება O⁰ + 1ē → O^‒. იმის გამო, რომ ჟანგბადის ატომს აქვს უნარი საბოლოო ჯამში მიიერთოს ორი ელექტრონი, მისთვის დამახასიათებელი იქნება მეორე ელექტრონის მიერთებაც:
O^‒ + 1ē → O^2‒. ხოლო რაც შეეხება ელექტრონთა გაცემას, ამას ბუნებრივია მოჰყვება, ლოკალურად დადებითი მუხტის გაჩენა და ზრდა თითოეულ გაცემულ ელექტრონთან ერთად, მაგ.:
► Cl⁰ ‒ 1ē → Cl⁺
► Cl⁺ ‒ 1ē → Cl²⁺
► Cl²⁺ ‒ 1ē → Cl³⁺

	განხილული პრეზენტაცია №4
პრეზენტაცია ჟანგვისა და აღდგენის შესახებ PowerPoint სრულფასოვანი ვერსია (ორიგინალური ფორმატი). ოპტიმიზებულია კომპიუტერისათვის.  •  სასურველია ფაილი გახსნამდე ჯერ გადმოწეროთ (save as);  •  მოერიდეთ გახსნას პირდაპირ ინტერნეტ ბრაუზერში. Adobe Acrobat შეზღუდული ვერსია (უნივერსალური ფორმატი). დროებით შემუშავებულია მათვის ვისაც ჯერ არააქვს მომართული მიმღები მოწყობილობები Power Point პრეზენტაციების  სრულფასოვნად გამოყენებისათვის.

როგორც უკვე ითქვა ჟანგვა-აღდგენით რეაქციები მიმდინარეობენ მონაწილე ელემენტების ჟანგვის ხარისხის შეცვლით. კონკრეტული რეაქციის სურათის წარმოდგენის გაუმჯობესებისათვის სასურველია მიჰყვეთ შემდეგ ინსტრუქციას (რომელიც წერით უნდა შეასრულოთ):

❶  აქ მოყვანილი მაგალითის მსგავსად, რომელშიც ზოგადად მოცემულია ელემენტი (E) დააფიქსირეთ თქვენთივს საძიებო კონკრეტული ელემენტი (თქვენს მაგალითში შესაბამისი ელემენტის მოყვანით) ერთგანზომილებიან საკოორდინატო მონაკვეთზე. ზოგადი სქემა გამოდის:
E^ა → E^ბ, რომელშიც ჟანგვის ხარისხები იგულისხმებიან შესაბამისად, როგორც საწყისი (E^ა) და საბოლოო (E^ბ) ნახ. 6-1 და ნახ. 6-2;

❷ დაფიქსირებულ ჟანგვის ხარისხებს შორის გადასვლისათვის ბიჯების რიცხვი უდრის ამ პროცესში მონაწილე ელექტრონების რაოდენობას.

❸ ამასთან საკოორდინატო მონაკვეთზე (E^ა) თუ (E^ბ) ურთიერთგანლაგების მიმდევრობა გვიჩვენებს პროცესის მიმართულებას.
თუ (E^ა) განლაგებულია (E^ბ)-თან შედარებით უფრო მარცხნივ (მონაკვეთის შედარებით უარყოფით მხარეს) ადგილი აქვს ჟანგვას. 
თუ (E^ა) განლაგებულია (E^ბ)-თან შედარებით უფრო მარჯვნივ (მონაკვეთის შედარებით დადებით მხარეს) ადგილი აქვს აღდგენას. 

	ნახ.6‒1	ელემენტის დაჟანგვის გამოსახვა გრაფიკული სქემით.

ნახ. 6-1. მოცემულ მაგალითში ელემენტის ჟანგვის ხარისხის უფრო დადებითი მაჩვენებლისაკენ გადადის. სქემაში ნაჩვენებია, რომ ჟანგვის ხარისხის (‒3)-დან (+2)-ზე გარდაქმნას ესაჭიროება 5 ელექტრონის მონაწილეობა. რომელიც ელემენტის მიერ ელექტრონთა გაცემის გამო გადადებითდა.

	ნახ.6‒2	ელემენტის აღდგენის გამოსახვა გრაფიკული სქემით.

ნახ. 6-2. მოცემულ მაგალითში ელემენტის ჟანგვის ხარისხის უფრო უარყოფითი მაჩვენებლისაკენ გადადის. სქემაში ნაჩვენებია, რომ ჟანგვის ხარისხის (+6)-დან (+3)-ზე გარდაქმნას ესაჭიროება 3 ელექტრონის მონაწილეობა. რომელიც ელემენტის მიერ ელექტრონთა გარედან მიერთების გამო შედარებით გაუარყოფითდა.

	საშინაო დავალება:
სავარჯიშო 3: ბმის ტიპების, ასავე ჟანგვითი და აღდგენითი პროცესების გამოვლენა Adobe Acrobat •  გამოცდისთვის განკუთვნილი კითხვები •  სესიაზე მოწოდებული იქნება იდენტური ფორმით •  სავარჯიშოს სისწორე შეამოწმეთ გამოქვეყნებულ პასუხებში  (იხ. მარჯვნივ, ამავე დოკუმენტის მწვანე ვერსია) Adobe Acrobat შესასრულებლად სავალდებულო სავარჯიშოს, მწვანე ვერსია, პასუხებით. დოკუმენტი არ განეკუთვნება სასწავლო სახელმძღვანელო მასალებს. მისი დანიშნულებაა მხოლოდ ნაშრომის სისწორის თვითშეფასება.