أرجوا المساعدة في بحث حول
محاولات تصنيف الجدول الدوري للعناصر الكميائية
ارجوا المساعدة ان استطعتم
وشكرا لكل من يحاول المساعدة
للتحميل هنا
اكتشاف القانون الدوري وجدول مندلييف
يدل مفهوم "الدورية" على تكرار أنماط من الخصائص الكيميائية والفيزيائية بعد فترات منتظمة ومحددة. وقد تمكن الطلبة الذين يدرسون علم الكيمياء من تعلم ومعرفة خصائص 115 عنصرا مكتشفا حتى الآن، من خلال ما يقدمه هذا المفهوم من تيسير وتسهيل لفهم تلك الخصائص. وكان يكفيهم لذلك معرفة خصائص عدد محدود جدا من العناصر النموذجية والتعرف من خلالها على خصائص العناصر الأخرى التي تنتظم معها في مجموعات؛ لأن لعناصر المجموعة الواحدة خصائص كيميائية متماثلة.
تعود بدايات قصة وضع تصنيف للعناصر في نظام دوري، إلى ما قبل حوالي 200 سنة؛ وقد شهد الجدول الدوري خلال مساره الطويل الكثير من الجدل، وأدخل عليه الكثير من عمليات التعديل والتبديل ليتلاءم مع تطور العلم ومع اكتشاف عناصر جديدة. إلا أن مبدأ هذا النظام وطبيعته لم يتعرضا لأي تغيير جذري، على الرغم من التغيرات الكبيرة والأساسية التي طرأت على شتى العلوم خلال القرن الماضي، وبخاصة نشوء نظرية النسبية، والميكانيك الكمي. وحين كانت بعض الاكتشافات الجديدة تقتضي إعادة النظر في الأسس التي قام عليها الجدول، كان يمكن دائما استيعاب تلك الاكتشافات في بنيته الأساسية؛ لذا فإن المكانة الرفيعة التي يشغلها تعود إلى أصوله التاريخية كما تعود إلى دلالاته العلمية المعاصرة.
وقد تمت عدة محاولات لتصنيف العناصر الكيميائية إلى صفوف وأعمدة حسب القوانين العامة في المنطق، حيث اقترح عدد كبير من النماذج يفوق عددها 400. وترجع أهم هذه المحاولات لتصنيف العناصر ضمن مجموعات متميزة تتشابه في خصائصها الكيميائية والفيزيائية إلى القرن التاسع عشر. فبعد أن فسر "كانيزارو" سنة 1859 العلاقة بين الذرة والجزيئ، مؤيدا صحة افتراضات "آفوغادرو"، أصبح بالإمكان تعيين الأوزان الذرية بصورة موثوقة، تمكن "ستاس" سنة 1860 من تحديد الأوزان الذرية لبعض العناصر. ومن أبرز هذه المحاولات ما يلي:
1 ـ تصنيف "لافوازيي" Lavoisier:
هو أول جدول لتصنيف المواد البسيطة (أي العناصر) في عهد الكيمياء الحديثة حيث نشر "لافوازيي" سنة 1789 في كتابه: Traité Elémentaire de Chimie الجدول الذي يحوي قائمة تضم 33 عنصرا معروفا حينذاك.
2 ـ تصنيف "برزيليوس" Berzelius:
3 ـ تصنيف "دوبراينر" Dobreiner:
رتب "دوبراينر" سنة 1817 العناصر في مجموعات من الثلاثيات ذات الصفات المتشابهة، في كل مجموعة ثلاثة عناصر متشابهة في سلوكها؛ فشكل "ثلاثية" أولىمن عناصر الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم، و"ثلاثية" ثانية من عناصر الكلور والبروم واليود، و"ثلاثية" ثالثة من عناصر الكالسيوم والسترونسيوم والباريوم. لاحظ "دوبراينر" أنه عند ترتيب عناصر الثلاثية الواحدة بدلالة أوزانها الذرية المتزايدة، فإن خصائص العنصر المتوسط فيها هي حد وسط بين خصائص العنصرين المجاورين له. فالليثيوم في الثلاثية الأولى يتفاعل مع الماء على نحو معتدل، في حين يتفاعل البوتاسيوم مع الماء بشدة محدثا انفجارا قويا، ويكون تفاعل الصوديوم، وهو العنصر المتوسط في الثلاثية، حدا وسطا بين هذا وذاك. ولاحظ "دوبراينر"، إضافة إلى ذلك، أن الوزن الذري للعنصر المتوسط قريب من المتوسط الحسابي للوزنين الذريين للعنصرين الآخرين في الثلاثية. كما توصل "دوبراينر" في نفس السنة إلى علاقة الوزن المكافئ لبعض المركبات.
4 ـ تصنيف "غلادستون" Gladston حسب "غمولان" Gmelin:
رتب "غلادستون" المجموعات في جدول وأضاف لها العناصر المكتشفة ثم أضاف "غمولان" ثلاثيات جديدة ورتب العناصر حسب تزايد أوزانها الذرية في ثلاثيات ورباعيات وخماسيات وسداسيات.
5 ـ تصنيف"كوك" J.Kooke: قسم "كوك" سنة 1854 العناصر إلى 6 مجموعات.
6 ـ تصنيف "دوماس" A.B.J. Dumas:
نشر "دوماس" سنة 1857 علاقات عددية بين مكافئات الأجسام البسيطة الكثيرة الشبه في الخواص الكيميائية، بغية تفسير كيفية تزايد الأوزان الذرية في مجموعة العناصر ذات الخصائص الكيميائية المتشابهة.
7 ـ تصنيف "لنسن" E.Lensen:
وضع "لنسن" سنة 1857عشرين ثلاثية وجمع ثلاث ثلاثيات في تساعية.
8 ـ تصنيف "أدلينغ" Odling:
رتب "أدلينغ" العناصر المتشابهة في ثلاثيات أو رباعيات حسب تزايد العدد الذري.
9 ـ تصنيف "دوشانكورتوا" B.E.A. De Chancourtoix:
وجد "دوشانكورتوا" سنة 1862 أنه إذا رتبت العناصر المعروفة حسب أوزانها الذرية المتزايدة، على سطح شريط لولبي ملفوف بصورة مناسبة حول اسطوانة دائرية فإن العناصر المتشابهة تقع على أحد مولدات الأسطوانة.
10 ـ تصنيف" نيولاندز" J.Newlands:
يعتبر هذا التصنيف من أكبر المحاولات حيث وضع "نيولاندز"عدة جداول واكتشف "قانون الثمانية" . ففي سنة 1864 وضع جدولا يتكون من 37 عنصر في 10 أسطر، وفي سنة 1865 وضع جدولا يتكون من 62 عنصر مرقمة من 1 إلى 56 . حيث توجد العناصر المتشابهة في نفس السطر وكل عنصر يشابه العنصر الثامن الذي يليه والعنصر الثامن الذي يسبقه. وقد دعي هذا التشابه لمماثلته للسلم الموسيقي بـ " قانون الثمانية ".
ثم انتهت هذه المحاولات باكتشاف القانون الدوري وجدول التصنيف الدوري للعناصر على يد كل من الألماني" لوثار ماير" (J.L.Meyer) والروسي" ديميثري إيفانوفيتش مندلييف" (D.I. Mendeleev)كل واحد على حدة.
11 ـ تصنيف "ماير"(J.L.Meyer):
نشر "ماير" أولا سنة 1864 ثم سنة 1869 جدوله المتضمن 50 عنصرا، وبين التغير الدوري لخواص العناصر مثل الحجم الجزيئي ودرجة الغليان والهشاشة بتغير الوزن الذري.
12 ـ تصنيف "مندلييف"(D.I. Mendeleev):
نشر "مندلييف" أولا سنة 1869نتائج أبحاثه التي ضمنها جدوله الدوري، ثم واصل أبحاثه ونشر سنة 1871 صيغة الجدول الدوري المبين في الجدول (1) التالي:
الجدول (1) : جدول "مندلييف" الدوري مع الأوزان الذرية (1871)
فقد لاحظ "مندلييف" وجود الدورية في الخواص الكيميائية للعناصر المرتبة حسب تزايد أوزانها الذرية :
وتصبح هذه الدورية أكثر وضوحا بترتيب العناصر المتشابهة الخواص في أعمدة، ويسمى الخط الأفقي في هذا الترتيب بـ الدور.
جاء اكتشاف النظام الدوري لترتيب العناصر تتويجا للعديد من التطورات العلمية، ولم يكن أبدا نتيجة عاصفة فكرية لفرد بذاته؛ على الرغم من أن المؤرخين يرون أن المولد الرسمي للجدول الدوري كان في 17 ـ 02 ـ 1869 على يد العالم "مندلييف" حين وضع جدوله الأول من بين عدة جداول له في هذا المجال. لقد حوى ذلك الجدول 63عنصرا كانت معروفة حينذاك، مرتبة بدلالة تزايد أوزانها الذرية، وتركت فيه مواقع شاغرة لعناصر لم تكن معروفة في ذلك الوقت، وتنبأ "مندلييف" بأنها ستكتشف لاحقا، وحدد أوزانها الذرية التقريبية.
سمي جدول العناصر الذي يضم هذا التصنيف جدول التصنيف الدوري للعناصر. وقد نص القانون الدوري الذي وضعه "مندلييف" على أن "خواص العناصر تابع دوري لأوزانها الذرية". ثم تبين فيما بعد أن خواص العناصر تتغير بشكل دوري أكثر وضوحا حسب تزايد أعدادها الذرية، أي أن "خواص العناصر تابع دوري لأعدادها الذرية"، كما برهن على ذلك "موزلي" (Mosely)سنة 1915 .
وقد كان تنبؤ مندلييف عن وجود وخواص ستة من العناصر التي لم تكن معروفة آنذاك من أروع ما حققه القانون الدوري. فقد احتوى ذلك التصنيف على كثير من الأماكن الخالية، ثم اكتشفت العناصر التي كان يجب أن تشغلها في الطبيعة أو اصطنعت بعد ذلك. وقد بلغت جرأة "مندلييف “حدا أنه أخذ يتنبأ بصفات هذه العناصر مستندا إلى صفات ما يجاورها حيث أن خواص العنصر يمكن التنبؤ بها من معرفة موقعه في جدول التصنيف الدوري للعناصر. فأخذ يتكلم عن صفات ما أسماه "إيكا بور" و"إيكا ألومينيوم" و"إيكا منغنيز"، وهي العناصر التي عرفت فيما بعد باسم السكانديوم والغاليوم والتكنيسيوم . ويشكل إيكا سيليسيوم ، الذي عرف فيما بعد باسم الجرمانيوم والذي اكتشفه العالم الألماني "فينكلر" سنة 1886، المثال التقليدي للعناصر التي تنبأ "مندلييف “بخواصها.
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 ) ………………. ( يالطيف يارب )
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 .
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 .
مشكورين
|
