الحالة الكيميائية

تُحدد الحالة الكيميائية للعنصر الكيميائي بناءً على خصائصه الإلكترونية والكيميائية والفيزيائية عند وجوده منفردًا أو ضمن مجموعة من عنصر أو أكثر. غالبًا ما تُعرَّف الحالة الكيميائية بأنها "حالة أكسدة" عند الإشارة إلى كاتيونات المعادن. أما عند الإشارة إلى المواد العضوية، فتُعرَّف الحالة الكيميائية عادةً بأنها مجموعة كيميائية، أي مجموعة من عدة عناصر مرتبطة معًا. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} يصف علماء المواد، وفيزيائيو الحالة الصلبة، والكيميائيون التحليليون، وعلماء الأسطح، وعلماء التحليل الطيفي، الطبيعة الكيميائية والفيزيائية و/أو الإلكترونية لسطح المادة أو بنيتها الداخلية، باعتبارها حالة كيميائية واحدة أو أكثر.

تتضمن مجموعة الحالة الكيميائية وتشمل هذه المجموعات والكيانات الفرعية: الأنواع الكيميائية ، والمجموعة الوظيفية ، والأنيون ، والكاتيون ، وحالة الأكسدة ، والمركب الكيميائي ، والأشكال العنصرية للعنصر .

يُستخدم هذا المصطلح أو العبارة بشكل شائع عند تفسير البيانات من التقنيات التحليلية مثل:

• مطيافية إلكترون أوجيه (AES)
• مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDS، EDX)
• مطيافية الأشعة تحت الحمراء (IR، FT-IR، ATR)
• الاستشراب السائل (LC، HPLC)
• مطياف الكتلة (MS، ToF-SIMS، D-SIMS)
• الرنين المغناطيسي النووي (NMR، H-NMR، C-NMR، X-NMR)
• مطيافية الانبعاث الضوئي (PES، UPS)
• مطيافية رامان (FT-Raman)
• التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UV-Vis)
• مطيافية الإلكترونات الضوئية بالأشعة السينية (XPS، ESCA)
• مطيافية الأشعة السينية ذات التشتت الطولي الموجي (WDX، WDS)

يمكن أن تكون الحالة الكيميائية لمجموعة من العناصر مشابهة، ولكنها ليست مطابقة، للحالة الكيميائية لمجموعة أخرى مماثلة من العناصر لأن المجموعتين لهما نسب مختلفة من نفس العناصر وتظهران خصائص كيميائية وإلكترونية وفيزيائية مختلفة يمكن اكتشافها بواسطة تقنيات طيفية مختلفة.

يمكن أن توجد حالة كيميائية على سطح مادة صلبة أو داخلها، وغالبًا ما يمكن عزلها أو فصلها عن الأنواع الكيميائية الأخرى الموجودة على سطح تلك المادة، ولكن ليس دائمًا. كثيرًا ما يصف علماء الأسطح، وعلماء التحليل الطيفي، والمحللون الكيميائيون، وعلماء المواد، الطبيعة الكيميائية للأنواع الكيميائية، أو المجموعات الوظيفية، أو الأنيونات، أو الكاتيونات التي يتم الكشف عنها على سطح مادة صلبة أو بالقرب منه، بأنها حالتها الكيميائية.

لفهم الفرق بين الحالة الكيميائية وحالة الأكسدة، والأنيون، والكاتيون، قارن فلوريد الصوديوم (NaF) بالبولي تترافلوروإيثيلين (PTFE، التفلون). يحتوي كلاهما على الفلور ، وهو العنصر الأكثر كهرسلبية، لكن فلوريد الصوديوم فقط هو الذي يذوب في الماء مكونًا أيونين منفصلين، هما Na ⁺ وF- ^. تعمل الكهرسلبية للفلور على استقطاب كثافة الإلكترونات الموجودة بين الكربون والفلور بشكل كبير، ولكن ليس بالقدر الكافي لإنتاج أيونات تسمح له بالذوبان في الماء. يمتلك كل من الكربون والفلور في التفلون (PTFE) شحنة إلكترونية تساوي صفرًا لأنهما يشكلان رابطة تساهمية ، لكن قلة من العلماء يصفون هذين العنصرين بحالة أكسدة صفرية. من ناحية أخرى، غالبًا ما توصف العديد من العناصر، في صورتها النقية، بأنها موجودة بحالة أكسدة صفرية. هذه إحدى سمات التسمية التي تم الحفاظ عليها عبر السنين.

كثيرًا ما يُخلط بين الحالة الكيميائية للعنصر وحالة أكسدته. تُعرَّف الحالة الكيميائية لعنصر أو مجموعة عناصر ذات شحنة أيونية غير صفرية، مثل (1+)، (2+)، (3+)، (1-)، (2-)، (3-)، بأنها حالة أكسدته. عادةً ما تذوب العناصر أو المجموعات الكيميائية ذات الشحنة الأيونية لتكوين أيونات في الماء أو أي مذيب قطبي آخر. يُوصف هذا المركب أو الملح بأنه مركب أيوني بروابط أيونية، ما يعني أن كثافة الإلكترونات لواحد أو أكثر من إلكترونات التكافؤ قد انتقلت من المجموعة الأقل كهرسلبية إلى المجموعة الأكثر كهرسلبية. أما في حالة المركبات غير الأيونية، فتكون الروابط الكيميائية غير أيونية، ما يعني أن المركب غالبًا لن يذوب في الماء أو أي مذيب قطبي آخر. تتميز العديد من المركبات غير الأيونية بروابط كيميائية تتشارك في كثافة الإلكترونات التي تربطها. هذا النوع من الروابط الكيميائية إما أن يكون رابطة تساهمية غير قطبية أو رابطة تساهمية قطبية .

تُشبه المجموعة الوظيفية إلى حد كبير النوع الكيميائي والمجموعة الكيميائية. تُظهر المجموعة الكيميائية أو النوع الكيميائي سلوكًا تفاعليًا مميزًا أو إشارة طيفية مميزة عند تحليلها باستخدام طرق التحليل الطيفي المختلفة. تُستخدم هذه التصنيفات الثلاثة غالبًا لوصف مجموعات العناصر الموجودة داخل الجزيء العضوي.

القائمة التالية للمركبات المحايدة والأنيونات والكاتيونات والمجموعات الوظيفية والأنواع الكيميائية هي قائمة جزئية للعديد من مجموعات العناصر التي يمكن أن تظهر أو يكون لها "حالة كيميائية" فريدة أثناء كونها جزءًا من سطح أو كتلة مادة صلبة.

• مطيافية الفوتونات الإلكترونية بالأشعة السينية
• مطيافية الانبعاث الضوئي