بحث عن الجدول الدوري والتدرج في خواص العناصر

تاريخ الجدول الدوري الحديث


قصة الجدول الدوري في الحقيقة قصة مشوقة ومثيرة تتضح فيها كيف تتطور المفاهيم العلمية من أفكار بسيطة وقد تكون ساذجة ومضحكة في بعض الأحيان إلى أن تصبح انموذجاً علمياً يفتخر كل من ساهم في انجازه ، ومن هذه المفاهيم العلمية التي تطورت عبر التاريخ جدولنا الدوري الحديث والذي بدأت فكرته بمحاولة بسيطة قام بها كيميائي لترتيب العناصر في جدول معين ثم تطور هذا التصنيف حتى وصل إلى ما وصل إليه الآن .
ويبدوا بأنه لم يكن هناك حاجة في القديم لترتيب العناصر وتصنيفها في جدول خاص ، لسببٍ بسيط وهو أن عدد هذه العناصر لم يكن يتجاوز عدد أصابع اليدين ، ولكن بتطور علم الكيمياء واكتشاف المزيد من العناصر بات من الضروري تصنيف هذه العناصر وجدولتها لتيسير دراستها وتسهيل التعامل معها .
ولعله من أولى المحاولات التي تمت لغرض تصنيف العناصر وترتيبها في جداول خاصة محاولة تصنيف العناصر إلى مجموعتين وهما الفلزات واللافلزات ، فقد لوحظ أن هناك مجموعة من العناصر تتميز بالخصائص التالية :

* مواد صلبة ذات مظهر براق .
* قابلة للسحب على شكل أسلاك والطرق على شكل صفائح .
* موصلة جيدة للحرارة والكهرباء .
* ذات درجة غليان وانصهار مرتفعة في الغالب .

أطلق على هذه العناصر الفلزات ( مثل الحديد ، الذهب ، الصوديوم ... الخ ) .
كما أطلق على العناصر التي تتصف بعكس هذه الخواص باللافلزات ( مثل الهيدروجين ، الكربون ، الكبريت .... الخ ) .


كانت البداية مع دوبرينر Johann Dobereiner الكيميائي الالماني ( 1780_ 1849 ) والذي لاحظ أن هناك تشابهاً وتدرجاً في خواص العناصر الثلاث بحيث أن للعنصر الثاني خواص فيزيائية وكيميائية متوسطة بين خواص العنصرين الأول والثالث :


Ca Sr Ba <==== 40 88 137
كما لاحظ أن الوزن الذري للعنصر الأوسط يساوي متوسط الوزن الذري للعنصرين الأول والثالث .

(40 + 137) ÷ 2 = 88

ظنها في البداية صدفة طريفة ولكن سرعان ما اكتشف أن هذه القاعدة تنطبق على ثلاثيات أخرى من العناصر مثل ثلاثية :


Li Na K <==== 7 23 39
وثلاثية Cl Br I <==== 35 80 127




وهنا نشر دوبرينر ملاحظته هذه واطلق عليها التصنيف الثلاثي ودونت في التاريخ كأول محاولة علمية لتصنيف العناصر المكتشفة .


وفي محاولة تالية قام John Newlands وهو كيميائي انجليزي (1837-1898)




بترتيب العناصر حسب ازدياد الوزن الذري في شكل مجموعات تتكون كل مجموعة من ثمان عناصر ، فلاحظ أن الخواص المتشابهة للعناصر تتكرر دورياً وبانتظام بشكلٍ يشبه تدرج السلم الموسيقي .



فكانت محاولة يطلق عليها ثمانيات نيولاندز ( Law of Octaves )



وفي عام 1869 للميلاد ظهر عالم روسي يدعى مندليف ( Dimitri Mendeleev )



وقام بترتيب العناصر المكتشفة في عصره ( وعددها 63 عنصر تقريباً )حسب ازدياد الوزن الذري أيضاً ( atomic weights ) فلاحظ تكرار الخواص المتشابهه للعناصر دورياً وبانتظام .
وفي نفس العام تقريباً توصل ماير ( Lothar Meyer ) من ألمانيا لنفس الجدول تقريباً .



جدول مندليف



Mendeleev's Periodic Table

والحقيقة أن هذا الجدول ارتبط باسم مندليف لانه استطاع تحديد خواص بعض العناصر غير المكتشفة في عصرة فقد استطاع تحديد خواص عنصر الجرمانيوم قبل اكتشافه وقد سماه بشبيه السليكون .

أما بالنسبة لعيوب هذا الجدول فهناك الحقيقة عيبين رئيسين :
الأول : اليود والتيلوريوم لم يوضعا في أماكنهما المناسبة حسب ازدياد الوزن الذري .
الثاني : لم يجدا أماكن مناسبة في الجدول للعناصر الأرضية النادرة .

وبعد ذلك ظهر موزلي ( Henry Moseley ) في (1887-1915) للميلاد ولأول مرة قام بترتيب العناصر حسب ازدياد العدد الذري atomic number
فلاحظ تكرار الخواص المتشابهة للعناصر دورياً وبانتظام فكان هذا الترتيب في الحقيقة أساس الجدول الدوري الحديث .



الجدول الدوري الحديث للعناصر

تم الاعتماد لترتيب العناصر في الجدول الدوري الحديث على الأسس التالية :

1- رتبت العناصر حسب ازدياد العدد الذري .

2- صفت العناصر في سطور أفقية ( دورات ) تبعاً لعدد مستويات الطاقة الالكترونية فيها المشغولة بالالكترونات ( فعناصر الدورة الأولى تشغل الكتروناتها مستوى واحد من الطاقة وعناصر الدورة الثانية مستويين .. وهكذا ) .

3- وضعت العناصر في أعمدة رأسية ( مجموعات ) تبعاً لعدد الالكترونات الموجودة في مستوى الطاقة الأخير ( الكترونات التكافؤ ) .
وبهذا نلاحظ أن الجدول الدوري بشكلِ عام يتألف من سبع دورات ( عدد مستويات الطاقة الالكترونية المعروفة ) وثمان مجموعات رئيسية رمز لها بالحرف ( أ ) وثمان مجموعات فرعية رمز لها بالحرف ( ب ) ( لاحظ أن العدد ثمانية هو العدد الذي يشكل التركيب المستقر لذرات العناصر ) .

مناطق الجدول الدوري الحديث

أولاً : المنطقة اليسرى .
وتحوي عناصر المجموعتين الرئيسيتين ( 1أ و 2أ ) والمعروفة باسم الفلزات القلوية والفلزات القلوية الأرضية على الترتيب ، وتشغل الكترونات التكافؤ في ذرات هذه العناصر المجال الكروي S .

ثانياً : المنطقة اليمنى .
وتحوي بقية العناصر في المجموعات الرئيسية ( 3،4،5،6،7،صفرالرئيسية ) وتتميز عناصر هذه المنطقة بملء المجالين ( S , P ) في مستوى التكافؤ ، وهذه المنطقة تحوى جميع اللافلزات وأشباه الفلزات وبقية الفلزات ، كما تضم جميع الهالوجينات ( عناصر المجموعة 7أ ) والغازات النادرة أو الخاملة ( عناصر المجموعة صفر ) .
وتعرف عناصر هاتين المنطقتين ( اليسرى واليمنى ) بالعناصر التمثيلية وكذلك تعرف بالعناصر غير الانتقالية .

ثالثاً : المنطقة الوسطى .
وتحوي جميع العناصر في المجموعات الفرعية (ب) وتتألف من ثلاثين عنصراً جميعها من الفلزات في ثلاث متسلسلات تضم كل متسلسلة عشرة عناصر، وتتميز عناصر هذه المنطقة بوجود الكترونات التكافؤ في المجالين( S , d) في مستوى التكافؤ ، وتعرف عناصر هذه المنطقة بالعناصر الانتقالية غير التمثيلية .

رابعاً : المنطقة السفلى .
وتتألف من سلسلتين كل سلسلة تضم أربعة عشر عنصراً سلسلة اللانثانيدات والتي تأتي بعد عنصر اللانثانوم وتبدأ بالسيريوم وسلسلة الاكتينيدات وتأتي بعد عنصر الاكتينيوم وتبدأ بعنصر الثوريوم ، تتميز عناصر هذه المنطقة بملء المجال من نوع f في مستوى التكافؤ ، وتعرف عناصر هذه المنطقة بالعناصر الانتقالية الداخلية .