تكافؤ العناصر في علم الكيمياء هو الخاصية المميزة لكل عنصر وهي التي تحدد عدد الذرات الأخرى التي يمكن أن تجمعها روابط مع ذرة العنصر، وفي عام 1868م تم استخدام هذا المصطلح للتعبير عن قوة الجمع بين عنصر بشكل عام والقيمة العددية لقوة الجمع.

ما هو تكافؤ العناصر

تكافؤ أي عنصر من عناصر الجدول الدوري في الكيمياء هو عدد ذرات الهيدروجين التي يمكن أن تتحد مع أو تستبدل إما بشكل مباشر أو غير مباشر ذرة واحدة من العنصر، وبعبارة أخرى فإن تكافؤ عنصر ما هو عدد الإلكترونات التي تستخدمها ذرة من العنصر لك يحدث دمج لها مع ذرات العناصر الأخرى، فهي قوة الجمع 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.

في أي ذرة تكون إلكترونات التكافؤ هي الإلكترونات التي يمكن استخدامها في الجمع مع ذرات أخرى، والكترونات التكافؤ هي هذه الإلكترونات التي تدور في مدارات الغلاف الخارجي لذرة العنصر، ويجب ملاحظة أنه ليس في جميع الحالات يكون تكافؤ الذرة يساوي العدد الإجمالي لإلكترونات التكافؤ، فعلى سبيل المثال يحتوي الأكسجين على ستة إلكترونات تكافؤ لكن تكافؤه هو 2، فذرة الاكسجين تحتاج 2 الكترون فقط لكي تكل المدار الخارجي لها بثمانية الكترونات.

تاريخ اكتشاف تكافؤ العناصر

كان التفسير العلمي للتكافؤ تحديًا كبيرًا للكيميائيين في القرن التاسع عشر، وذلك في غياب أي نظرية تشرحه بشكل مثالي، حيث تركز معظم الجهد على وضع قواعد تجريبية لتحديد تباينات العناصر، وتم قياس التفاوتات المميزة للعناصر من حيث عدد ذرات الهيدروجين التي يمكن أن تجمعها ذرة العنصر أو يمكن استبدالها في المركب، ومع ذلك أصبح من الواضح أن تكافؤ عناصر كثيرة تختلف في مركبات مختلفة.

أول خطوة كبيرة في وضع تفسير للتكافؤ والجمع الكيميائي كان من صنع الكيميائي الأمريكي جي إن إن. لويس في عام 1916م، بالتزامن مع تحديد الرابطة الكيميائية للمركبات العضوية، وفي نفس العام ناقش الفيزيائي الألماني لودفيج كوسيل طبيعة الرابطة الكيميائية بين الذرات المشحونة كهربائيًا وهي الأيونات، وبعد تطوير النظرية الإلكترونية المفصلة للنظام الدوري للعناصر تمت إعادة صياغة نظرية التكافؤ من حيث الهياكل الإلكترونية والقوى بينية، وقد أدى هذا الوضع إلى إدخال العديد من المفاهيم الجديدة في علم الكيمياء هي التكافؤ الأيوني والتساهمية ورقم الأكسدة.

كيفية تحديد التكافؤ

عدد الإلكترونات في الغلاف الخارجي للهيدروجين هو 1 وفي المغنيسيوم هو 2، وبالتالي فإن تكافؤ الهيدروجين هو 1 حيث أنه يمكن أن يخسر بسهولة 1 إلكترون ويصبح مستقرا، ومن ناحية أخرى فإن المغنيسيوم تكافؤه هو 2 لأنه يمكن أن يفقد 2 الإلكترون بسهولة لتحقيق الاستقرار.

والتكافؤ لا يتم تحديده فقط عندما تفقد ذرّة إلكترونًا، فعلى سبيل المثال يحتوي الكلور على 7 إلكترونات في مداره الخارجي، ومن الصعب أن يفقد 7 إلكترونات وبالتالي فإنه يكمل الثمانية من خلال كسب إلكترون واحد، وبما أنه يكتسب 1 إلكترون فإن تكافؤه هو 1.

في الجدول الدوري، تكون العناصر في نفس المجموعة لها نفس التكافؤ، فعلى سبيل المثال جميع العناصر في المجموعة 8 تحتوي على 8 إلكترونات ومدارات مملوءة بالكامل، وهذا هو السبب في أن تكافؤ جميع العناصر في هذه المجموعة هو صفر.