جدول تناوبی یا جدول مندلیف
جدول تناوبی | جدول مندلیف | periodic tableReviewed by 02177641136 on Feb 5Rating: 5.0

جدول تناوبی (یا همان جدول مندلیف) ابزاری بسیار مهم و مفید در علم شیمی محسوب می شود. تمامی عناصری که به صورت طبیعی یافت می شوند و یا اینکه در آزمایشگاه ساخته شده اند، در آن همراه با مشخصاتی همچون عدد اتمی (تعداد پروتون ها) و عدد جرمی نشان داده می شوند. در این مقاله به تاریخچه و نحوه ی تکامل جدول تناوبی از ابتدا تا کنون و مشخصات آن بیشتر خواهیم پرداخت پس با ما همراه باشید:

برای دانلود جدول تناوبی عناصر فارسی اینجا کلیک کنید. 

تاریخچه جدول تناوبی عنصرها

برای بسیاری از مردم جدول تناوبی سمبل علم شیمی محسوب می شود. این جدول یک تصویر واحد است که تمامی عناصر شناخته شده در جهان را در یک جدول ساده برای درک و خواندن ارائه می کند. عناصر بر اساس افزایش عدد اتمی در ردیف ها چیده شده و بر اساس خواص مشابه در ستون های جدول قرار گرفته اند.

ایده عناصر به حدود 3000 سال قبل از میلا مسیح بر می گردد، جایی که ارسطو فیلسوف بزرگ یونانی تئوری 4 عنصری خود را مطرح کرد. بر اساس نظر ارسطو تمامی مواد از چهار عنصر آب ، باد، خاک و آتش تشکیل شده اند. امروزه می دانیم که این نظریه از اساس اشتباه است اما با این وجود باز هم دارای ارزش فراوان است، زیرا سنگ بنای مطالعات در مورد ماهیت مواد و عناصر به شمار می رود.

جدول تناوبی

اقدامات نخستین برای دسته بندی عناصر

همانگونه که دیدیم عناصر تاریخچه ای بسیار قدیمی دارند اما تاریخچه جدول تناوبی در حدود 400 سال قدمت دارد.

سال 1648 برای نظریه عنصر بسیار مهم بود. در این سال برند هیننگ که یک کیمیاگر بود، در خلال جستجوهای خود توانست عنصر فسفر را کشف کند. برند کیمیاگر در خلال تحقیقات خود برای یافتن سنگ کیمیا (به عقیده کیمیاگران می توانست تمام مواد خام را به طلا تبدیل کند) به سنگی درخشان و سفید دست پیدا کرد و نام آن را فسفر گذاشت. در سال 1680 نیز رابرت توانست فسفر را دوباره کشف کند و این کار به صورت امری عمومی در آمد. در سال 1809 حداقل 47 عنصر کشف شده بودند و دانشمندان در پی یافتن الگوهایی در مشخصات آنها بر آمدند.

 

لاوازیه لاوازیه:

اولین تلاش برای دسته بندی عناصر توسط لاوازیه صورت گرفت. او سعی داشت عناصر را بر اساس مشخصات آنها در چهار گروه گازها، فلزات، غیر فلزات و عناصر زمین قرار بدهد. در سال 1829 یوهان دوبرینر (Johann Dobereiner) سه عنصر ( لیتیوم، سدیم و پتاسیم) با خواص مشابه را یافت و نشان داد که مشخصات عنصر میانی را می توان با استفاده از دو عنصر دیگر پیش بینی کرد. مطالعات در این زمینه تا سال 1860 پیشرفت چندانی از خود نشان ندادند تا اینکه در کنفرانسی (محل برگزاری آن در کارلسروهه آلمان بود) لیستی از جرم اتمی تمامی مواد کشف شده تا آن زمان در اختیار همگان قرار گرفت.

 

دیمیتری الکساندر شانکوختوا:

در سال 1862 زمین شناس فرانسوی الکساندر شانکوختوا (Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois) نموداری را با عنوان پیچ تلوریک ارائه داد. در این نمودار الکساندر نشان داد که عناصری که به اندازه 16 واحد و یا مضربی از 16 در جرم اتمی با یکدیگر تفاوت دارند بر روی یک خط قرار گرفته و خواص مشابهی دارند. این نمودار اشکالات فراوانی داشت اما گام مهمی در این زمینه به شمار می آید.

 

نیوزلند جان نیولندز:

جان نیولندز بریتانیایی در سال 1865 دریافت که شباهت هایی بین عناصر و جرم اتمی آنها وجود دارد و عناصر موجود را در هفت دسته طبقه بندی کرد. او اسم این ارتباط را قانون اوکتاوها نامید که از هفت اوکتاو موسیقی برگرفته شده بود. ناشناخته بودن خانواده گازهای نجیب تا آن زمان یکی از دلایلی بود که نیولندز به جای 8 گروه فقط 7 گروه را معرفی کرده بود. یکی دیگر از معایب کار او عدم وجود جای خالی برای عناصری بود که هنوز کشف نشده بودند و به همین دلیل در برخی موارد او مجبور شده بود که برخی عناصر را دوتایی در یک خانه جدول قرار بدهد. کار این محقق نه در زمان انتشار این جدول و نه حتی پس از ارائه جدول کامل توسط مندلیف، مورد تایید قرار نگرفت.

 

میر جولیوس میر

این دانشمند آلمانی در فاصله سال های 1864 تا 1870 جدول های مختلفی برای عنصرها ارئه داد. اولین جدول او بر اساس قدرت واکنش عناصر با مواد دیگر و تنها دارای 28 عنصر بود. در جدول بعدی میر علاوه بر خاصیت واکنش پذیری، عناصر را در گروه هایی نیز بر اساس جرم اتمی قرار داد، این جدول بسیار شبیه به جدول مندلیف بود اما دو سال پس از مندلیف منتشر شد. میر اولین کسی بود که تکرار شدن خواص عناصر را نشان داد و کمک بزرگی در این راه به باقی محققان کرد.

 

 مندلیف جدول تناوبی دمیتری مندلیف

همانگونه که در مطالب بالا مشاهده کردیم دمیتری مندلیف روسی اولین کسی نبود که برای پیدا کردن تشابه در عناصر و دسته بندی آنها تلاش نمود، اما تلاش او از این بابت قابل توجه است که جدول او پایه و اساس جدول تناوبی مدرن است و همواره نقشی مهم در تاریخچه periodic table دارد.

مندلیف به هیچ عنوان زندگی ساده ای نداشت. او در سال 1834 در تابولسک به دنیا آمد و کوچکترین عضو یک خانواده پرجمعیت سیبریایی بود و خیلی زود پدر خود را از دست داد. اما با وجود مشقات فراوان توانست در سنت پترزبورگ به تحصیل علم شیمی بپردازد و بعدها معلم این رشته شود.

مندلیف جدول تناوبی ( یا به قول خودش سیستم تناوبی) را در فوریه سال 1869 کشف کرد. او مشخصات عناصر را بر روی کارت هایی نوشته بود و این کارت ها را بارها و بارها در ساختارهایی کنار یکدیگر قرار داد تا بلاخره متوجه شد که، با قرار دادن عناصر بر اساس افزایش جرم اتمی، دسته های مشخص مواد ظاهر می شوند. به عنوان مثال یک فلز فعال به ترتیب در کنار فلزهایی با فعالیت شیمیایی کمتر قرار گرفته بودند. به این ترتیب جدول اولیه او شامل سطرهایی با عناصر مشابه بودند. اما مندلیف مشابه جدولی که امروزه وجود دارد سریعا این گروه ها را به صورت عمودی مرتب نمود.

در این جدول عناصر در ردیف ها بر اساس افزایش جرم اتمی و در ستون ها بر اساس تشابه خواص شیمیایی چیده شده اند.

جدول تناوبی مندلیف

علاوه بر دسته بندی فوق مندلیف عناصری را که بر اساس جرم اتمی در جای نامناسبی قرار گرفته بودند تغییر داد. به عنوان مثال او دریافت که ید از نطر شیمیایی به خانواده هالوژن ها ( فلوئور، کلر، برم و …) و لیتیوم متعلق به گروه 6 (اکسیژن، سولفور و …) است.

 

نکات شگفت انگیز جدول مندلیف

نبوغ واقعی مندلیف در قرار دادن جاهای خالی برای عناصری بود که هنوز کشف نشده بودند. او حتی مشخصات 5 عدد از این عناصر ناشناخته را پیش بینی کرده بود. در 15 سال بعد از پیش بینی مندلیف 3 عدد از این عناصر کشف شدند و به صورت باورناپذیری پیش بینی های او را تایید کردند.

گالیوم اولین عنصری بود که کشف شد، مندلیف اسم این عنصر را آکا-آلومینیوم گذاشته بود. زیرا در جدول پس از آلومینیوم قرار داشت. اسکاندیم و ژرمانیوم عناصر بعدی بودند که کشف شدند و به اثبات پیش بینی مندلیف کمک کردند.

آخرین دستاورد کار مندلیف به وضوح غیرمنتظره بود. کشف گازهای نجیب در سال 1890 توسط ویلیام رمزی به نظر می رسید که با کار مندلیف در تناقض باشد اما رمزی پس از مدتی دریافت که کشف او نه تنها ناقض کار مندلیف نیست بلکه به اعتبار آن می افزاید. با این کشف گروه دیگری به جدول مندلیف تحت عنوان گازهای نجیب اضافه شد و جدول دارای 8 ستون یا گروه از مواد شد.

 

تکامل جدول مندلیف

امروزه با کشف عناصر مختلف شکل جدول تناوبی با آنچه که مندلیف ارائه داد متفاوت است، اما پایه و اساس کار همان است. جدول امروزی دارای 18 گروه است که 10 گروه (3 تا 12) تحت عنوان فلزات واسطه شناخته می شوند.

انرژی رادیواکتیویته برای اولین بار سال 1886 توسط بکرل کشف شد و در ادامه تحقیقات زیادی توسط ماری و پیر کوری، تامسون، رادرفورد و سایر محققان انجام شد. این تحقیقات منجر به کشف عناصر و ذرات بسیار مهمی همچون الکترون، پروتون و نوترون گردید. در خلال تحقیقات مفصل عناصر واسطه کشف و در جدول قرار گرفتند.

در سال 1945 گلن سیبرگ لانتانیدها و آکتینیدها را کشف کرد، که در زیر جدول تناوبی قرار می گیرند.

 

جدول تناوبی

 

در مقاله حاضر سعی شد که تاریخچه periodic table به صورت کامل بررسی و شرح داده شود، همواره آگاهی از پیشینه قضایا و  توجه به آنها درک بهتری از واقعیت موجود با ما خواهد داد.

نگاهی دقیق تر به جدول تناوبی:

تا به اینجا به تاریخچه ی این جدول پرداخته شد، اما چه اطلاعات دقیقی در شناسایی عناصر و کسب اطلاع از مشخصات آن ها می توان با کمک جدول مندلیف به دست آورد؟

عدد اتمی (Z): تعداد پروتون های موجود در هر عنصر عدد اتمی آن را مشخص می نماید. تعداد پروتون ها نوع عنصر و رفتار شیمیایی آن را مشخص می کند.به عنوان مثال طبق جدول اتم کربن شش پروتون ، اتم هیدروژن دارای یک و اتم اکسیژن دارای هشت پروتون می باشد. عدد اتمی درج شده در جدول تناوبی برابر با تعداد پروتون ها و تعداد الکترون های موجود در عنصر است.

نماد اتمی: نماد اتمی نمادی است که به طور خلاصه نام عنصر مورد نظر در جدول را نشان می دهد. به عنوان مثال (“C” برای کربن ، “H” برای هیدروژن و “O” برای اکسیژن و غیره) . این نمادها در سطح بین المللی مورد استفاده قرار می گیرند و گاه غیر قابل پیش بینی نیز هستند (صرفا حرف اول هر عنصر نماد آن به حساب نمی آید). به عنوان مثال، نماد تنگستن “W” است زیرا نام دیگر آن عنصر wolfram است. همچنین ، نماد اتمی برای طلا  “Au” می باشد. زیرا کلمه طلا در لاتین aurum است.

عدد جرمی (A): جرم اتمی استاندارد، میانگین جرم عنصر در واحدهای جرم اتمی است(amu).جرم اتمی برای هر عنصر معمولا به صورت عدد صحیح نشان داده می شود اما در جدول تناوبی به عنوان عدد اعشاری بیان شده است زیرا عدد جرمی درج شده میانگینی از ایزوتوپهای مختلف یک عنصر در نظر گرفته شده است. با کم کردن تعداد پروتون ها (عدد اتمی) از جرم اتمی می توان  به طور میانگین تعداد نوترون ها را برای یک عنصر پیدا نمود.

همچنین از مجموع عدد جرمی اتم های یک مولکول می توان وزن مولکولی آن را محاسبه نمود.

عنصر

پیش بینی های خصوصیات شیمیایی با توجه به جدول تناوبی

شعاع اتمی

در اتم ها هیچگاه نمی توان شعاع آن ها را اندازه گیری نمود زیرا احتمال وجود الکترون در هسته هیچگاه صفر نمی باشد، درنتیجه مرز مشخصی برای شعاع اتم وجود نخواهد داشت. بنابراین تنها شعاع قابل اندازه گیری فاصله ی بین دو هسته (فاصله بین هسته ای) می باشد. شعاع کووالانسی نیمی از فاصله بین هسته های دو اتم یکسان است.شعاع یونی نصف فاصله ی بین هسته های دو یون در یک پیوند یونی است. شعاع فلزی نصفی از فاصله بین هسته های دو اتم مجاور در یک ساختار کریستالی است. گازهای نجیب از روند پیش بینی شده برای شعاع اتمی خارج می شوند زیرا بحث در مورد ارزشهای واقعی شعاع اتمی آنها بسیار زیاد است.

این روند را می توان در periodic table پیش بینی نمود. عدد اتمی در طی یک دوره حرکت از چپ به راست افزایش می یابد و متعاقباً بار هسته ای موثر را نیز به همراه دارد.بنابراین ، در حرکت از چپ به راست در طی یک ردیف از جدول تناوبی، هسته تمایل بیشتری به جذب الکترون های بیرونی دارد در نتیجه شعاع اتمی کاهش می یابد. در یک گروه از بالا به پایین، تعداد لایه های الکترونی پر شده افزایش می یابد. اما در یک گروه، الکترون های والانس ، بار موثر هسته را حفظ می نمایند اما اوربیتال ها دورتر از هسته قرار دارند. بنابراین هسته کمتر الکترون های بیرونی را به سمت خود می کشد و شعاع اتمی بزرگتر خواهد بود.

پیش بینی شعاع اتمی در جدول تناوبی

  • شعاع اتمی در آنبون ها و کاتبون ها

آنبون ها و کاتیون ها شعاع های متفاوتی دارند. کاتیون اتمی است که یکی از الکترونهای خارجی خود را از دست داده است.کاتیون ها شعاع کمتری نسبت به اتمی دارند که از آن تشکیل شده اند.با از دست دادن الکترون ، بار مثبت هسته، بار منفی ای که الکترون های خارجی اعمال می کنند را از بین می برد. بنابراین هسته با بار مثبت، الکترون ها را فشرده تر می کند و در نتیجه شعاع کوچکتر می شود.اما آنیون اتمی است که یک الکترون بیرونی به دست آورده است.آنیونها شعاع بیشتری نسبت به اتمی دارند که از آن تشکیل شده اند.به دست آوردن الکترون بار هسته ای را تغییر نمی دهد ، اما افزودن الکترون باعث کاهش بار هسته ای مؤثر می شود. بنابراین ، الکترون ها آزاد تر نگه داشته می شوند و شعاع اتمی افزایش می یابد.

شعاع در کاتیون ها و آنیون ها 1

انرژی یونیزاسیون

خارج نمودن الکترون از اتم نیاز به انرژی کافی برای غلبه بر بار مثبت هسته دارد.بنابراین ، انرژی یونیزاسیون (I.E. یا I) انرژی لازم برای خارج کردن کامل یک الکترون از یک اتم یا یون گاز است. جالب است بدانید این انرژی همواره مثبت است. این انرژی از چپ به راست در یک ردیف و از پایین به بالا در یک گروه جدول تناوبی افزایش می یابد.

هرچه در periodic table از چپ به راست حرکت می کنیم ، به دلیل افزایش بار موثر هسته ، انرژی یونیزاسیون افزایش می یابد. این امر به این دلیل است که هر چه بار موثر هسته بیشتر باشد ، هسته قدرت بیشتری روی الکترون دارد و آن را بیشتر نگه می دارد. در نتیجه انرژی بیشتری برای آزادسازی یک الکترون نیاز می باشد و انرژی موثر هسته افزایش می یابد.همین روند برای گروه از پایین به بالا نیز صدق می کند.

پیش بینی انرژی یونیزاسیون در جدول تناوبی

الکترونگاتیویته

الکترونگاتیویته به رقابت اتم برای به دست آوردن الکترون گفته می شود. هرچه میزان الکترونگاتیویته ی یون بیشتر باشد ، توانایی وجود الکترون ها در یک پیوند بیشتر می شود. الکترونگاتیویته می تواند در تشخیص قطبی و ناقطبی بودن مولکول موثر واقع شود. الکتروونگاتیویته با انرژی یونیزاسیون و انرژی رهایی الکترون مرتبط است.

الکترون هایی که انرژی یونیزاسیون کمی دارند ، از الکترونگاتیویته ی کم تری برخوردارند زیرا هسته های آنها نیروی جاذبه ی قوی ای بر روی الکترون ها اعمال نمی کنند. اما عناصری با انرژی یونیزاسیون بالا به دلیل نیروی کششی قوی ای که توسط هسته با بار مثبت بر روی الکترون های منفی اعمال می شود ، از الکترونگاتیویته ی بالایی برخوردار هستند.

بنابراین الکترونگاتیویتی از پایین به بالا و از چپ به راست افزایش می یابد.

پیش بینی الکترونگاتیویته در جدول تناوبی

خواص فلزی:

به طور کلی فلزات تمایل دارند الکترون از دست بدهند تا به صورت کاتیونی تبدیل شوند و عناصر غیر فلزی تمایل دارند الکترون جذب نمایند و به صورت آنیونی تغییر حالت دهند. عناصر فلزی تر همچنین از پتانسیل اکسیداسیون بالایی برخوردار هستند ، بنابراین به راحتی اکسیده می شوند و یک عامل کاهنده ی قوی به حساب می آیند. هر چه عنصر فلزی تر باشد تمایل به اکسید شدن عنصر بیشتر می شود.

بررسی خاصیت فلزی در جدول تناوبی

طبق شکل بالا با حرکت نمودن از سمت چپ به راست، خاصیت فلزی عناصر کاهش می یابد ، زیرا این عنصر ها به راحتی الکترون ها را برای پر کردن لایه ی والانس خود می پذیرند و خاصیت غیر فلزی پیدا می کنند. در گروه ها نیز با حرکت نمودن از پایین به بالا در یک گروه ، به دلیل کشش بیشتر هسته در الکترونهای بیرونی ، خاصیت فلزی نیز کاهش می یابد و اتم ها تمایلی به از دست دادن الکترون ندارند.

خواص گروه اول

فلزات گروه اول جدول مندلیف

 

 

یکی از خواصی که باید به آن به دلیل خاصیت فلزی توجه نمود، قدرت بالای اکسیداسیون عناصر گروه اول است. این عناصر به دلیل واکنش پذیری بالا با اکسیژن باید تحت شرایط خاص نگهداری شوند. فلزات قلیایی به راحتی با اکسیژن جوی و بخار آب وارد واکنش می شوند. (لیتیوم با نیتروژن نیز واکنش نشان می دهد.)

پیکربندی الکترونی عناصر فلزات قلیایی به طور کلی به ns1 ختم می شود. در نتیجه این عناصر تمایل زیادی به اهدای الکترون موجود در لایه ی والانس خود دارند. سزیم بیشترین خاصیت فلزی را در این گروه به خود اختصاص داده است.

  • Li: 1s22s1
  • Na: 1s22s22p63s1
  • و…

به منظور جلوگیری از تماس اکسیژن با عناصر موجود در این گروه این مواد را معمولا زیر ترکیبات روغنی از جمله نفت ذخیره سازی می نمایند. نقطه ی ذوب عناصر این گروه پایین می باشد به طوری که لیتیم در دمای 180 درجه سانتیگراد ، روبیدیوم در 39 درجه سانتیگراد و سزیم در 28.5 درجه ی سانتی گراد ذوب می شوند. عناصر گروه یک دارای چگالی بالا تر از  1 g/cm3 می باشند ، در نتیجه این عناصر به راحتی می توانند بر روی سطح آب شناور شوند.

فلزات این گروه را می توان به راحتی با چاقو برش داد. پس از قطع شدن به دو نیم ، می توانیم مشاهده کنیم که سطح این عناصر به اندازه فلز های دیگر براق است ، اما حتی پس از نگهداری آن ها در زیر ترکیبات روغنی، این عناصر مجددا دچار اکسایش قرار می گیرند و سطحی تیره تر خواهند داشت. این عناصر هدایت کننده ی خوبی برای گرما و الکتریسیته به حساب می آیند.

  • واکنش فلزات گروه اول با آب

این فلزات می توانند در واکنش با آب محلولی قلیایی همراه با آزاد سازی هیدروژن تولید نمایند. در زیر می توانید چندی از این واکنش ها را مشاهده نمایید:

واکنش فلزات گروه اول با آب

فلزات قلیایی به دلیل آزاد سازی گاز هیدروژن به شدت خاصیت احتراق و آتش سوزی دارند. بنابراین هنگام کار با آن ها حتما باید نکات ایمنی را رعایت نمود. در آزمایشگاه ها برای شست و شوی ظروف حاوی این فلزات ابتدا آن ها را با اتانول خنثی می نمایند و سپس مورد شست و شو قرار می دهند.

در شکل زیر واکنش شدید فرانسیوم با آب قابل مشاهده است.

واکنش فرانسیوم با آب

  • کاربرد ها

سالانه صدها هزار تن از ترکیبات تجاری حاوی سدیم از جمله نمک معمولی (NaCl) ، بی کربنات سدیم یا جوش شیرین (NaHCO3) ، کربنات سدیم (Na2CO3) و سود سوز آور (NaOH) تولید می شود. پتاسیم به طور قابل توجهی کمتر از سدیم به عنوان یک فلز آزاد مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال نمک پتاسیم در تولید کودها به میزان قابل توجهی مصرف می شود.

فلز لیتیوم در آلیاژهای فلزی سبک و به عنوان یک واکنش دهنده در سنتز ترکیبات آلی مورد استفاده قرار می گیرد. کاربرد مهم لیتیوم در ساخت باتری های سبک است. باتری های لیتیم در بسیاری از دستگاه ها مانند دوربین ، تلفن های همراه و ضربان ساز ها به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند.

روبییدیم و سزیم و ترکیبات آنها کاربرد محدودی دارند ، اما بخار فلز سزیم در ساعتهای اتمی مورد استفاده قرار می گیرد ، آنقدر دقیق است که به عنوان استاندارد زمان استفاده می شود.

منابع

 

Water Treatment Solutions. (n.d.). Retrieved from https://www.lenntech.com/periodic/history/history-periodic-table.htm

Development of the …. (n.d.). Retrieved February 5, 2019, from http://www.rsc.org/periodic-table/history/about

Lorch, M., & Lorch, M. (2019, January 02). The … we almost had. Retrieved February 5, 2019, from https://qz.com/1513175/the-fascinating-design-history-of-the-periodic-table-of-elements/

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *