تعتبر تساوي العناصر في علم الكيمياء خاصية فريدة لكل عنصر من العناصر الكيميائية، وقد يحدد هذا الخاصية عدد الروابط التي يمكن للعنصر تكوينها مع ذرات أخرى. وقد تم استخدام هذا المصطلح لأول مرة في عام 1868م لوصف قوة الجمع بين العناصر بشكل عام والقيمة العددية لهذه القوة.
ما هو تكافؤ العناصر
تكافؤ أي عنصر في الجدول الدوري الكيميائي يعني العدد الذري للهيدروجين الذي يمكن أن يتفاعل مباشرة أو غير مباشرة مع ذرة واحدة من تلك العناصر. ببساطة، تكافؤ العنصر هو عدد الإلكترونات التي يستخدمها العنصر في الارتباط مع ذرات العناصر الأخرى. إنها القوة التي تجمع بين ذرات العناصر.
ما هي الكترونات التكافؤ
إلكترونات التكافؤ هي تلك الإلكترونات الموجودة في المدار الخارجي للذرة، والقشرة الخارجية يمكن أن تحتوي على 8 إلكترونات كحد أقصى، وتحتوي الغازات النبيلة على قشرة خارجية ممتلئة تمامًا بالالكترونات وهذا هو السبب في أنها أقل تفاعلًا، ويعتمد تفاعل العناصر الأخرى مع بعضها البعض على قدرتها على الوصول الى اكتمال المدار الخارجي لها او القشرة الخارجية في الذرة.
إن الإلكترونات التي يمكن استخدامها في الجمع مع ذرات أخرى هي الإلكترونات التي تكون في مدارات الغلاف الخارجي لذرة العنصر وتسمى إلكترونات التكافؤ. ويجب ملاحظة أن تكافؤ الذرة ليس يساوي العدد الإجمالي لإلكترونات التكافؤ في جميع الحالات، فعلى سبيل المثال، الأكسجين يحتوي على ستة إلكترونات تكافؤ ولكن تكافؤه هو 2، ولذلك تحتاج ذرة الأكسجين فقط إلى اثنين من الإلكترونات لكي تكمل المدار الخارجي لها بثمانية إلكترونات.
تاريخ اكتشاف تكافؤ العناصر
كان التفسير العلمي للتكافؤ تحديا كبيرا للكيميائيين في القرن التاسع عشر، حيث لم تكن هناك أي نظرية تشرحه بشكل مثالي، وتم التركيز بشكل كبير على وضع قواعد تجريبية لتحديد تباينات العناصر، وتم قياس التفاوتات المميزة للعناصر بناء على عدد ذرات الهيدروجين التي يمكن تجميعها أو استبدالها في المركبات. ومع ذلك، أصبح من الواضح أن هناك تكافؤا لعناصر كثيرة تختلف في مركباتها المختلفة.
أحد أهم الخطوات في تفسير التكافؤ والرابطة الكيميائية قام بها الكيميائي الأمريكي جي إن إن. لويس في عام 1916م، حيث قدم نظرية الرابطة الكيميائية للمركبات العضوية. في نفس العام، ناقش الفيزيائي الألماني ي. لودفيج كوسيل طبيعة الرابطة الكيميائية بين الذرات المشحونة كهربائيا، وهي الأيونات. تطورت نظرية التكافؤ بعد ذلك لتشمل الهياكل الإلكترونية والقوى بين الذرات، وأدت إلى إدخال مفاهيم جديدة في علم الكيمياء مثل التكافؤ الأيوني والتكافؤ التساهمي ورقم الأكسدة.
كيفية تحديد التكافؤ
عدد الإلكترونات في الغلاف الخارجي للهيدروجين هو 1، وفي المغنيسيوم هو 2، وبالتالي فإن تكافؤ الهيدروجين هو 1، حيث يمكن للهيدروجين خسارة إلكترون واحد بسهولة ويصبح مستقرا، وتكافؤ المغنيسيوم هو 2، حيث يمكن للمغنيسيوم فقدان إلكترونين بسهولة لتحقيق الاستقرار.
لا يتم تحديد التكافؤ فقط عندما تفقد ذرة إلكترون، على سبيل المثال، يحتوي الكلور على 7 إلكترونات في المدار الخارجي، ومن الصعب أن يفقد الكلور 7 إلكترونات، وبالتالي يحتاج إلى كسب إلكترون واحد لاستكمال ثمانية إلكترونات. وبما أنه يكتسب إلكترون واحد، فإن تكافؤه يكون واحدا.
في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية، تنتمي العناصر في نفس المجموعة إلى نفس التكافؤ، وعلى سبيل المثال، جميع العناصر في المجموعة الثامنة تحتوي على ثمانية إلكترونات ومداراتها ممتلئة بالكامل، وهذا يجعل التكافؤ لجميع العناصر في هذه المجموعة يساوي الصفر.