نکات جدول تناوبی که باید بدانید؟ – به زبان ساده

جدول تناوبی عناصر، که بر روی برخی دیوارهای آزمایشگاه‌ها، اتاق‌های کنفرانس و کتابخانه‌ها در سراسر جهان نمایان است و به عنوان ابزاری تسهیل‌گر در دنیای شیمی به کار می‌رود، چیدمان جدولی‌شکلی متشکل از ۱۱۸ عنصر شیمیایی شناسایی شده است که از بالا به پایین به صورت عمودی (ستون که در اصطلاح مربوط به جدول تناوبی گروه نامیده می‌شود) و از چپ به راست به صورت افقی (ردیف که در اصطلاح مربوط به جدول تناوبی دوره نامیده می‌شود)، حسب یک سری شاخص‌ها در خانه‌های آن قرار داده شده‌اند. داشتن تسلط علمی و عملی به نکات جدول تناوبی و به کارگیری اصولی آن‌ها، ضمن ارائه مجموعه گسترده‌ای از داده‌های حیاتی پیرامون عناصر موجود در طبیعت، پیش‌بینی و تشخیصِ با سرعت و دقت قابل قبول خواص فیزیکی و شیمیایی آن‌ها را تسهیل می‌کند. در مقاله حاضر از مجله فرادرس نگاهی اجمالی خواهیم داشت به نکات جدول تناوبی، از مسیر تکامل تا نحوه استفاده از آن در تعیین ویژگی‌های عناصر.

مروری بر نکات جدول تناوبی عناصر

با علم بر لزوم یادگیری جدول تناوبی، می‌خواهیم مرور و بعضا تاملی داشته باشیم در جنبه‌های مختلف آن.

سازمان‌دهی اساسی عناصر در جدول تناوبی

عناصر در جدول تناوبی بر مبنای معیارهای زیر طبقه‌بندی شده‌اند:

• ساختار اتمی
• عدد اتمی
• خواص شیمیایی و فیزیکی

بر اساس معیارهای بالا، عناصر را به سه دسته اصلی که نماینده تمامی عناصر هستند، تقسیم می‌کنیم.

• فلزات
• نافلزات
• شبه‌فلزات

کاربرد جدول تناوبی عناصر

برای برجسته‌سازی نکات جدول تناوبی، به برخی از کاربردهای آن اشاره‌ای داریم.

پیش‌بینی ویژگی‌های عناصر

از جمله کاربردهای جدول تناوبی عناصر، پیش‌بینی برخی از ویژگی‌های عناصر است از قبیل:

• رفتار شیمیایی عناصر
• روندها
• ویژگی‌های عناصر

بررسی ساختار اتمی

از دیگر کاربردهای جدول تناوبی عناصر بررسی ساختار اتمی عناصر مختلف است، به این صورت که:

• اتم‌ها از پروتون، الکترون و نوترون ساخته شده‌اند.
• عناصر تنها اتم‌های یک نوع هستند.
• عناصر با عدد اتمی (پروتون در هسته) شناسایی می‌شوند.

بررسی سطوح یا ترازهای انرژی

بررسی ترازهای انرژی، از دیگر کاربردهای جدول تناوبی محسوب می‌شود. الکترون‌ها در ناحیه‌ای در اطراف هسته قرار گرفته‌اند که «ابر الکترونی» نامیده می‌شود، سطوح انرژی درون این ابر قرار دارند. بین ۱ تا ۷ سطح انرژی در اتم‌ها وجود دارد. سطوح انرژی مقادیر خاصی از الکترون‌ها را در خود نگه می‌دارد، به عنوان مثال سطح یک تا ۲، سطح دو تا ۸ الکترون و... .

شناسایی الکترون‌های ظرفیت

الکترون‌های بیرونی‌ترین سطح را الکترون‌های ظرفیتی می‌نامیم. الکترون‌های ظرفیت، یکی از مهم‌ترین نکات در جدول تناوبی و به دنبال آن در مبحث عناصر هستند، چراکه در تعیین انواع ویژگی‌های عناصر نقش‌آفرینی می‌کنند. این الکترون‌ها میزان واکنش‌پذیری را تعیین می‌کنند، این که چگونه عنصری با دیگر عناصر واکنش داده و تشکیل ترکیب می‌دهد. در بیشتر حالات، بیرونی‌ترین سطح الکترونی به طور کامل با الکترون پر نمی‌شود، یعنی حالت نیمه‌پر دارد.

از طرف دیگر به دلیل داشتن ویژگی‌های مشابه، در ستون‌های عمودی گروه‌بندی می‌شوند که به آن‌ها گروه‌ یا خانواده می‌گوییم و ۱۸ گروه داریم که در قسمت‌های بعدی بیشتر با آن‌ها آشنا خواهیم شد، حال شماره گروه‌ها می‌توانند به ما در تعیین تعداد الکترون‌های ظرفیت کمک کند، به این صورت که:

• گروه ۱: دارای ۱ الکترون ظرفیت
• گروه ۲: دارای ۲ الکترون ظرفیت
• گروه‌های ۳-۱۲: دارای ۱ یا ۲ الکترون ظرفیت
• گروه‌های ۱۳ تا ۱۸: ۱۰ عدد کمتر از تعداد گروه، الکترون ظرفیت دارند، به عنوان مثال: گروه ۱۳ دارای ۳ الکترون ظرفیتی، گروه ۱۵ دارای ۵ الکترون ظرفیت، گروه ۱۸، به جز He، دارای ۸ الکترون ظرفیتی است و... .

عناصر و واکنش‌پذیری

واکنش‌پذیری یک ویژگی شیمیایی است که تعیین می‌کند عنصری چگونه با دیگر عناصر واکنش نشان می‌دهد. حال می‌خواهیم بدانیم چه چیزی عنصری را واکنش‌پذیر می‌کند؟ از جمله نکات جدول تناوبی در راستای تعیین واکنش‌پذیری عناصر که لازم است به آن‌ها توجه داشته باشیم، عبارتند از:

• تعداد الکترون‌های ظرفیت هر اتم، به این صورت که وقتی سطوح بیرونی پر هستند، اتم‌ها پایدار هستند، اما وقتی پر نیستند، واکنش نشان می‌دهند، به عنوان مثال ۱ یا ۲ الکترون به دست آورده، از دست داده یا به اشتراک می‌گذارند.
• واکنش‌پذیرترین فلزات عناصر گروه ۱ و ۲ هستند.
• گروه‌های ۱ و ۲ به راحتی الکترون‌های ظرفیت خود را از دست می‌دهند تا یک ترکیب بسازند.
• عناصر گروه ۱ به طور معمول یک الکترون از دست می‌دهند، بنابراین بیرونی‌ترین سطح انرژی آن‌ها خالی است.
• عناصر گروه ۲ معمولا دو الکترون از دست می‌دهند، بنابراین سطح انرژی بیرونی آن‌ها خالی است.
• واکنش‌پذیرترین نافلزات عناصر گروه ۱۶ و ۱۷ هستند.
• گروه‌های ۱۶ و ۱۷، برای تشکیل ترکیب، الکترون‌ می‌گیرند.
• عناصر گروه ۱۶ برای پر کردن سطح انرژی بیرونی خود به دو الکترون دیگر نیاز دارند.
• عناصر گروه ۱۷ برای پر کردن سطح انرژی بیرونی خود به یک الکترون دیگر نیاز دارند.

گروه‌های جدول تناوبی

ستون‌هایی که در جدول تناوبی عناصر به صورت عمودی ،از بالا به پایین، حرکت می‌کنند، «گروه» نامیده می‌شوند. همان‌طور که پیش‌تر اشاره کردیم، عناصر در ۱۸ ستونِ عمودی مرتب شده‌اند که نمایش بصری آن‌ها را در تصویر زیر می‌بینیم.

در جدول زیر گروه‌های موجود در جدول تناوبی عناصر را به همراه نام‌های رایج و نام خانواده‌های برخی از آن‌ها می‌آوریم.

در تصویر زیر نیز برخی از گروه‌های مهم با نام متداول آن‌ها نمایش داده شده است.

ویژگی‌های مشترک عناصر در گروه‌ها

از جمله نکات جدول تناوبی در حیطه گروه‌های آن عبارتند از:

• گروه‌ها در جدول تناوبی به صورت عمودی اجرا می‌شوند.
• گروه‌ها از ۱ تا ۱۸ شماره‌گذاری می‌شوند.
• عناصر در گروه‌های یکسان، دارای تعداد الکترون‌های ظرفیت یکسانی هستند.
• عناصر در گروه‌های یکسان، رفتار شیمیایی مشابهی دارند.

گروه ۱: فلزات قلیایی

نخستین گروه جدول تناوبی، گروه فلزات قلیایی است که عناصر جای‌گرفته در این گروه را در تصویر می‌بینیم.

برخی از ویژگی‌های عناصر گروه اول عبارتند از:

• عناصر فلزی
• مواد جامد نرم
• دارای ظاهر براق
• با چگالی کم
• دارای یک الکترون‌ ظرفیت
• تمایل به از دست‌دادن الکترون ظرفیت
• بسیار واکنش‌پذیر، واکنش‌پذیرترین گروه در جدول تناوبی
• به راحتی با هالوژن‌ها ترکیب می‌شوند.

گروه ۲: فلزات قلیایی خاکی

گروه دوم، گروه فلزات قلیایی خاکی است که عناصر جای‌گرفته در این گروه را در تصویر زیر می‌بینیم.

برخی از ویژگی‌های عناصر گروه دوم عبارتند از:

• عناصر فلزی فراوان در کره زمین
• جامد
• نقره‌ای رنگ
• چگال‌تر از فلزات قلیایی
• دارای دو الکترون‌ ظرفیت
• بسیار واکنش‌پذیر، اما دارای واکنش‌پذیری کمتر از فلزات قلیایی (گروه ۱).

گروه‌های ۳-۱۲ فلزات واسطه

عناصر گروه‌های ۳ تا ۱۲ را با نام عناصر واسطه نیز می‌شناسیم. این طیف عناصر در تصویر نشان می‌بینیم.

برخی از ویژگی‌های عناصر واسطه عبارتند از:

• عناصری فلزی
• تراکم و چگالی بالاتر
• رسانای خوب گرما و الکتریسیته
• دارای یک یا دو الکترون‌ ظرفیت
• واکنش‌پذیری کمتر نسبت به فلزات قلیایی و قلیایی خاکی
• برای موجودات زنده مهم هستند (به عنوان مثال مواد معدنی، آهن، روی، منگنز).

لانتانیدها و اکتینیدها - زیر جدول اصلی

در ادامه بررسی فلزات واسطه، ادامه آن‌ها را که در زیر جدول اصلی، برای حفظ ظاهر جدول، قرار گرفته‌اند، بررسی می‌کنیم.

برخی از ویژگی‌های عناصر این گروه‌ها عبارتند از:

• شامل لانتانیدها و اکتینیدها
• برای حفظ ظاهر بهتر جدول در این قسمت قرار داده شده‌اند.
• لانتانیدها دارای اعداد اتمی ۵۷-۷۰ هستند.
• اکتینیدها دارای اعداد اتمی ۸۹-۱۰۲ هستند.

لانتانیدها

اگر به طور مشخص به لانتانیدها اشاره کنیم، عناصر ردیف بالا از دو ردیف مذکور را خواهیم داشت.

برخی از نکات مهم لانتانیدها عبارتند از:

• از عدد اتمی فلز واسطه لانتانیم، ۵۷، در دوره ۶ پیروی می‌کنند.
• دارای ۳ الکترون‌ ظرفیت
• فلزات نقره‌ای نرم
• درخشندگی زیاد، اما به راحتی کدر می‌شود.
• رسانایی بالا برای الکتریسیته
• بسیار واکنش‌پذیر

اکتینیدها

در صحبت از اکتنیدها به طور مستقل، به عناصر ردیف پایین از دو ردیف اشاره می‌کنیم که در تصویر هم نشان داده‌ایم.

برخی از نکات اکتنیدها نیز عبارتند از:

• اکتینیدها از فلز واسطه اکتینیم با عدد اتمی ۸۹ در دوره ۷ پیروی می‌کنند.
• عناصری رادیواکتیو
• دارای ۳ تا ۶ الکترون‌ ظرفیت
• ناپایدار به لحاظ واکنش‌پذیری
• بیشتر در آزمایشگاه ساخته می‌شود.

گروه ۱۳: گروه بور

عناصر گروه بور را که در تصویر می‌بینیم، شامل ترکیبی از فلزات و یک نافلز در صدر گروه است.

برخی از ویژگی‌های عناصر این گروه عبارتند از:

• شامل ۱ شبه‌فلز و ۴ فلز
• جامد در دمای اتاق
• دارای ۳ الکترون‌ ظرفیت
• واکنش‌پذیر

گروه ۱۴: گروه کربن

عناصر گروه چهاردهم را که با نام خانواده یا گروه کربن هم می‌شناسیم در تصویر می‌بینیم.

برخی از نکات عناصر گروه ۱۴ جدول تناوبی عبارتند از:

• شامل ۱ غیر فلز، ۲ شبه‌فلز و ۲ فلز
• جامد در دمای اتاق
• دارای ۴ الکترون‌ ظرفیت
• به لحاظ واکنش‌پذیری متغیر

گروه ۱۵: گروه نیتروژن

در این قسمت می‌خواهیم به برخی از ویژگی‌های عناصر گروه ۱۵ اشارهای داشته باشیم.

برخی از نکات جدول تناوبی در حیطه عناصر گروه ۱۵ عبارتند از:

• شامل ۲ غیرفلز، ۲ شبه‌فلز و ۱ فلز
• به جز N، بقیه در دمای اتاق جامد هستند.
• دارای ۵ الکترون‌ ظرفیت
• به لحاظ واکنش‌پذیری متغیر

گروه ۱۶: گروه اکسیژن

گروه ۱۶ را با نام خانواده یا گروه اکسیژن می‌شناسیم. این گروه شامل سه طیف عناصر، فلز، غیرفلز، شبه‌فلز، می‌شود.

برخی از نکات برجسته جدول تناوبی در محدوده عناصر گروه ۱۶ عبارتند از:

• شامل ۳ غیر از، ۲ شبه‌فلز و یک فلز
• به جز O، بقیه در دمای اتاق جامد هستند.
• دارای ۶ الکترون‌ ظرفیت
• واکنش‌پذیر

گروه ۱۷: هالوژن‌ها

این گروه که معروف به هالوژن‌ها هستند، شامل شش عنصر غیرفلزی به شرح تصویر زیر هستند.

برخی از ویژگی‌های عناصر گروه ۱۷ عبارتند از:

• عناصر غیرفلزی
• در طبیعت به فرم آزاد، ترکیب نشده، یافت نشده‌اند.
• رسانای ضعیف جریان الکتریکی
• دارای ۷ الکترون‌ ظرفیت
• بسیار واکنش‌پذیر
• نمک‌ساز، واکنش شدید با فلزات قلیایی برای تشکیل نمک با پیوندهای یونی

گروه ۱۸: گازهای نجیب

عناصر این گروه که نام آن‌ها معرف ماهیت آن‌ها است را در تصویر می‌بینیم.

برخی از ویژگی‌های عناصر گروه ۱۸ عبارتند از:

• عناصر غیرفلزی
• به فرم گاز در دمای اتاق
• همه آن‌ها در اتمسفر یافت می‌شوند
• گازهای بی رنگ و بی بو در دمای اتاق
• دارای ۸ الکترون‌ ظرفیت (۲ برای He)
• بیرونی‌ترین سطح انرژی آن‌ها پر است
• واکنش‌پذیری کم (به نسبت بی‌اثر یا غیرواکنشی)
• دارای کمترین واکنش‌پذیری در گرو‌ها

هیدروژن

جدا ایستادن عنصر معروف هیدروژن از سایر عناصر و گروه‌های جدول تناوبی به این علت است که ویژگی‌های آن با هیچ‌یک از گروه‌ها مطابقت ندارد. از جمله ویژگی‌های این عنصر می‌توان به موارد زیر اشاره داشت:

• دارای ۱ الکترون‌ ظرفیت
• بسیار واکنش‌پذیر، ۱ الکترون را به راحتی از دست می‌دهد.
• بیشتر شبیه به غیرفلزات تا فلزات.

دوره‌های جدول تناوبی

ردیف‌هایی که در جدول تناوبی عناصر به‌صورت افقی قرار دارند دوره‌ نامیده می‌شوند.

عناصر در هفت دوره در جدول تناوبی سازمان‌دهی شده‌اند. در تصویر زیر ردیف‌های جدول تناوبی عناصر را می‌بینیم.

جدول زیر دوره‌های افقی موجود در جدول تناوبی عناصر را به همراه نمادهای عناصر شیمیایی و ویژگی مشترک در آن‌ها نشان می‌دهد.

ویژگی‌های عناصر در دوره‌های جدول تناوبی

در اشاره به نکاتی از جدول تناوبی بر مبنای دوره‌ها، می‌توانیم به نکات زیر اشاره‌ای داشته باشیم.

• دوره‌ها به صورت افقی در سراسر جدول تناوبی اجرا می‌شوند.
• دوره‌ها را در شماره‌های ۱-۷ شماره‌گذاری می‌کنیم.
• در بررسی خواص عناصر در دوره‌ها، معیار حرکت را به طور معمول از چپ به راست در نظر می‌گیریم.
• هنگامی‌که از دوره ۱ به دوره ۷ در جدول تناوبی حرکت می‌کنیم، متوجه افزایش قابل توجهی در تعداد اوربیتال‌ها می‌شویم.
• عناصر موجود در یک دوره مشابه تعداد اوربیتال‌های اتمی یکسانی دارند.
• همه عناصر در یک دوره دارای تعداد یکسانی سطوح انرژی یا همان لایه‌های الکترونی هستند، به عنوان مثال: دوره ۱ دارای ۱ سطح انرژی، دوره ۲ دارای ۲ سطح انرژی و دوره ۵ اتم دارای ۵ سطح انرژی است.

بلوک‌ها یا دسته‌های عناصر در جدول تناوبی

تمامی عناصر شیمیایی جدول تناوبی عناصر، در چهار بلوک خاص طبقه‌بندی شده‌اند که موقعیت بیرونی‌ترین الکترون عنصر را در یک اوربیتال خاص توصیف می‌کنند و بر این اساس در چهار بلوک دسته‌بندی می‌شوند که به هریک از آن‌ها می‌پردازیم.

عناصر بلوک s

عناصر بلوک s، آن دسته از عناصری هستند که بیرونی‌ترین الکترون‌های آن‌ها در اوربیتال‌های s دارند. این عناصر نقطه ذوب پایینی دارند، الکترومثبت‌تر بوده و از نظر شیمیایی فعال و نرم هستند، مانند: فلزات قلیایی و فلزات قلیایی خاکی.

عناصر بلوک p

عناصر بلوک p آن دسته از عناصری هستند که بیرونی‌ترین الکترون‌های آن‌ها در اوربیتال‌های p دارند. این عناصر با اشتراک الکترون‌ها، پیوندهای کووالانسی را تشکیل می‌دهند، مانند: کربن، اکسیژن و گوگرد.

عناصر بلوک d

عناصر بلوک d آن دسته از عناصری هستند که بیرونی‌ترین الکترون‌های آن‌ها در اوربیتال‌های d دارند. این عناصر تشکیل نمک‌های رنگی می‌دهند و نقطه ذوب و جوش بالایی دارند، مانند: عناصر واسطه.

عناصر بلوک f

عناصر بلوک f آن دسته از عناصری هستند که بیرونی‌ترین الکترون‌های آن‌ها در اوربیتال‌های f دارند. این عناصر فلزاتی با نقطه ذوب بالا بوده و دارای چندین حالت اکسیداسیون هستند، مانند: لانتانیدها و اکتینیدها

روندهای دوره‌ای عناصر جدول تناوبی

روندهای دوره‌ای، الگوهای خاصی در جدول تناوبی هستند که جنبه‌های مختلف یک عنصر خاص را نشان می‌دهند. این روندها توسط شیمیدان روسی، دیمیتری مندلیف در سال ۱۸۶۳ کشف شدند. روندهای دوره‌ای از تعیین‌کننده‌ترین نکات در جدول تناوبی در پیش‌بینی ویژگی‌های عناصر هستند.

روندهای تناوبی اصلی که توسط عناصر در جدول تناوبی عناصر دنبال می‌شود بر اساس برخی از خواص عناصر شیمیایی است که در زیر مورد بحث قرار می‌گیرد.

• شعاع اتمی
• شعاع یونی
• الکترون‌خواهی
• انرژی یونیزاسیون
• الکترونگاتیوی
• ظرفیت
• ویژگی‌های فلزی عناصر
• ویژگی‌های غیرفلزی عناصر

جدول زیر خلاصه ای از روندهای مهم دوره‌ای در خواص عناصر مختلف است.

این روندها به دلیل آرایش الکترونیکی یکسان عناصر در گروه‌ها یا دوره‌های مربوطه و به دلیل ماهیت دوره‌ای عناصر وجود دارد، در واقع این روندها یک ارزیابی کیفی از خواص هر عنصر را ارائه می‌دهند. حال بیایید با جزئیات به آن‌ها نگاه کنیم.

شعاع اتمی

فاصله بین مرکز هسته اتم و لایه ظرفیتی آن را شعاع اتمی می‌گویند.

روند شعاع اتمی در گروه

شعاع اتمی هنگامی که در یک گروه از بالا به پایین حرکت می‌کنیم افزایش می‌یابد.

علت: دو دلیل برای افزایش شعاع اتمی در سراسر گروه وجود دارد:

• افزایش تعداد پوسته‌ها، الکترون‌ها به سطوح انرژی بالاتری اضافه شده و از هسته دورتر می‌شوند که موجب افزایش شعاع اتمی می‌شود.
• افزایش بار هسته‌ای

روند شعاع اتمی در دوره

با حرکت از چپ به راست در یک دوره، شعاع اتمی به تدریج کاهش می‌یابد.

علت: با افزایش تعداد پروتون‌ها در هسته، بار مثبت هسته‌ای افزایش می‌یابد که موجب افزایش کشش الکترون‌ها می‌شود.

استثنا: گازهای نجیب جزو استثناها در این زمینه است.

شعاع یونی

می‌دانیم که یون اتم یا گروه‌هایی از اتم‌هایی است که بار مثبت یا منفی دارند. یک اتم از نظر الکتریکی خنثی است، یون‌های مثبت و منفی با انتقال الکترون‌ها بین اتم‌ها تشکیل می‌شوند.

• اتم‌های فلزات تمایل دارند با از دست دادن ۱ الکترون یا بیشتر از لایه ظرفیت خود، یون‌های مثبت (کاتیون) تشکیل دهند، مانند اتم سدیم (Na) که تبدیل به یون سدیم (Na^{+}) می‌شود.
• اتم‌های غیرفلزات تمایل دارند با به دست آوردن ۱ الکترون یا بیشتر، یون‌های منفی (آنیون) تشکیل دهند، در نتیجه لایه ظرفیت خود را پر می‌کنند. مانند تبدیل اتم کلر (Cl) به یون کلر (Cl^{-}).

روند شعاع یونی

در رابطه با مقایسه شعاع‌های یونی، اندازه یک یون در مقایسه با یون بعدی، همان الگوی شعاع اتمی برقرار است.

نیز لازم است نکات زیر را در حالت در جدول تناوبی کلی در نظر داشته باشیم:

• آنیون‌ها دارای لایه ظرفیت کامل هستند و آن‌ها از اتم خنثی خود بزرگتر هستند.
• کاتیون‌ها  دارای پوسته ظرفیت خالی هستند: آن‌ها از اتم خنثی خود کوچکتر هستند.

انرژی یونش

انرژی یونش، انرژی لازم برای حذف الکترون‌های بیرونی است که منجر به تشکیل یون مثبت می‌شود.

روند انرژی یونش در گروه‌ها

انرژی یونیزاسیون با حرکت از بالا به پایین در یک گروه در جدول تناوبی کاهش می‌یابد.

علت: افزایش شعاع اتمی که موجب دورتر شدن الکترون‌ها از هسته، و کشش مثبت آن، و سهولت حذف آن‌ها می‌شود.

روند انرژی یونش در دوره‌ها

انرژی یونیزاسیون با حرکت افقی از چپ به راست در یک ردیف افزایش می‌یابد.

علت: افزایش بار هسته‌ای و کاهش شعاع اتمی که موجب کشش بیشتر در الکترون‌ها و سخت‌تر شدن حذف آن‌ها و نیاز به انرژی بیشتر می‌شود.

الکترونگاتیویی

نکته مهم دیگری از جدول تناوبی که لازم است به آن اشاره داشته باشیم، الکترونگاتیوی است. الکترونگاتیوی توانایی یک اتم برای جذب جفت‌الکترون‌های ناپیوندی به سمت خود برای تشکیل پیوند شیمیایی با اتم دیگر، به بیان دیگر تمایل یک اتم برای جذب الکترون اتم دیگر.

روند الکترونگاتیوی در گروه

با حرکت از بالا به پایین در یک دوره، الکترونگاتیوی کاهش می‌یابد.

علت: سطوح انرژی بالاتر به این معنی است که الکترون‌ها از هسته دورتر هستند و فاصله بیشتر به معنی کاهش جاذبه و کاهش الکترونگاتیوی است.

روند الکترونگاتیوی در دوره

با حرکت از چپ به راست در یک دوره، الکترونگاتیوی افزایش می‌یابد، البته گازهای نجیب از این قاعده مستثنی هستند.

علت: بار هسته‌ای افزایش می‌یابد و با افزایش بار هسته‌ای، ویژگی «الکترون‌دوستی» (Electron-Loving Character) افزایش می‌یابد. شعاع اتمی در حال کاهش و الکترونگاتیوی افزایش می‌یابد.

الکترون‌خواهی

به مقدار انرژی لازم برای افزودن یک الکترون به اتم، الکترون‌خواهی می‌گوییم. روند الکترون‌خواهی در گروه و دوره به قرار زیر است:

• با حرکت از بالا به پایین در یک گروه، الکترون‌خواهی کاهش می‌یابد.
• با حرکت از چپ به راست در یک دوره، الکترون‌خواهی افزایش می‌یابد که علت آن، این است که بار هسته‌ای افزایش اما شعاع اتمی کاهش می‌یابد.

ویژگی فلزی عناصر

این مورد را در توصیف ویژگی‌های منتسب به فلزات مورد استفاده قرار می‌دهیم و روند آن در دوره‌ها و گروه‌های جدول به شرح زیر است:

• با حرکت از چپ به راست در طول دوره، ویژگی فلزی عناصر شیمیایی کاهش می‌یابد.
• با حرکت از بالا به پایین در یک گروه، ویژگی فلزی عناصر شیمیایی افزایش می‌یابد.

ویژگی‌های غیرفلزی عناصر

این مورد را نیز در توصیف ویژگی‌های منتسب به غیرفلزات مورد استفاده قرار می‌دهیم که روند آن در دوره‌ها و گروه‌های جدول به شرح زیر است:

• با حرکت از بالا به پایین در یک گروه، ویژگی غیرفلزی عناصر شیمیایی کاهش می‌یابد.
• با حرکت از چپ به راست در طول دوره، ویژگی غیرفلزی عناصر شیمیایی افزایش می‌یابد.

ظرفیت (Valency)

ظرفیت یک اتم توانایی آن در ترکیب شدن است و روند آن در دوره‌ها و گروه‌های جدول به شرح زیر است:

• هیچ تغییری در ظرفیت بین اعضای یک گروه وجود ندارد. ظرفیت عناصر از همان گروه‌ها یکسان است.
• با حرکت از چپ به راست در یک دوره در جدول تناوبی، ظرفیت در ابتدا افزایش، سپس کاهش می‌یابد.

واکنش‌پذیری عناصر

واکنش‌پذیری فلزات با ماهیت الکتروپوزیتیوی آن‌ها تعیین می‌شود، در نتیجه، هرچه یک عنصر فلزی‌تر باشد، الکتروپوزیتیو تر و واکنش‌پذیرتر است.

روند دوره‌ها در فلزات و نافلزات

روندهای فلزات و نافلزات را می‌توان در فهرست زیر مشخص کرد.

• در محدوده فلزات، همان‌طور که ویژگی فلزی از چپ به راست کاهش می‌یابد، واکنش‌پذیری نیز کاهش می‌یابد.
• واکنش‌پذیری نافلزات با حرکت از چپ به راست در طول زمان افزایش می‌یابد.

در نتیجه، می‌توانیم نتیجه بگیریم که:

• تا گروه سیزدهم، با حرکت از چپ به راست در یک دوره، واکنش‌پذیری عناصر به طور پیوسته کاهش می‌یابد و از آنجا شروع به افزایش می‌کند.

نقطه ذوب

نقطه ذوب که به عنوان نقطه شروع تبدیل جامد به مایع تعریف می‌شود، مقدار انرژی کل لازم برای تبدیل یک جامد به مایع است.

روند تغییرات نقطه ذوب در گروه‌ها

• با حرکت از بالا به پایین در گروه‌ها، نقطه ذوب کاهش می‌یابد.

علت: چون پیوند بین اتم‌های عناصر قوی باشد، برای شکستن پیوند انرژی زیادی لازم است.

• نقطه ذوب در غیرفلزات از بالا به پایین جدول تناوبی افزایش می‌یابد.

نقطه جوش عناصر

نقطه جوش را نقطه‌ای تعریف می‌کنیم که فشار بخاز مایع، با فشار خارجی (گاز اطراف) برابر شود. البته پیش‌تر نیز اطلاعات مناسبی پیرامون «نقطه جوش» در مجله فرادرس ارائه شده است.

روند تغییرات نقطه جوش در گروه‌ها

• نقطه جوش فلزات به تدریج از بالا به پایین در یک گروه کاهش می‌یابد.
• در حالی که دمای جوش نافلزات از بالا به پایین در یک گروه جدول تناوبی افزایش می‌یابد.

نگاهی بر تاریخچه جدول تناوبی

بعد از طرح نکاتی از جدول تناوبی از جنبه‌های علمی، می‌خواهی نگاهی گذرا بر تاریخچه آن داشته باشیم.

دیمیتری مندلیف (Dmitri Mendeleev)، اواسط دهه ۱۸۰۰، از دو ابزار اساسی برای طبقه‌بندی عناصر استفاده کرده و موفق شد عناصر شیمیایی را به طور منسجم بر اساس این دو معیار مرتب کند که عبارتند از:

• وزن اتمی نسبی (مقدار پروتون و نوترون همراه با وزن الکترون)،
• تعداد الکترون‌های ظرفیت (تعداد الکترون‌های موجود در آخرین لایه الکترونی)

شکاف بین عناصر در جدول تناوبی عناصر مندلیف

دلیل احتمالی تعریف این فضاها، پیش‌بینی مندلیف درباره عناصر ناشناخته در آن زمان بود. این پیش‌بینی، پس از پانزده سال، زمانی که سه عنصر جدید کشف شده و در  این محل‌های بین عناصر در جدول قرار گرفت، به طور شگفت‌انگیزی درست در آمد.

«سیستم تناوبی مندلیف» را به دلیل چیدمان عناصر شیمیایی در آن به شکل ردیف‌های افقی و ستون‌های عمودی که در مجموع تشکیل یک جدول را می‌دهند، «جدول تناوبی عناصر» می‌نامیم.

تکامل جدول تناوبی عناصر

دانشمندان زیادی علاوه بر آقای مندلیف به عنوان پیشرو، در راستای این جدول و تکامل روال های دوره‌ای آن کار کرده‌اند، برخی از آن‌ها عبارتند از:

• «آنتوان لاووازیه» (Antoine Lavoisier)، فلزات و غیرفلزات را گروه‌بندی کرد.
• «یوهان ولفگانگ دوبراینر» (Johann Wolfang Döbereiner)، به شباهت هایی در خواص فیزیکی و شیمیایی عناصر پی برد و اصطلاح «سه گانه» (Triads) را معرفی کرد.
• «جان نیولندز» (John Newlands)، قانون اکتاوها (Introduced law of octaves) را معرفی کرد.
• «هنری موزلی» (Henry Moseley)، از اشعه ایکس برای اندازه‌گیری طول موج هر عنصر استفاده کرد و عناصر را بر اساس اعداد اتمی بازآرایی کرد.

تصاویری از این دانشمندان فاخر را در تصیر زیر می‌بینیم.

جدول تناوبی عناصر مدرن

عناصر در جدول تناوبی عناصر مدرن، بر اساس قانون «دوره‌ای یا تناوب» (Periodicity) که نشان‌دهنده الگوهای تکرارشونده در خواص است و عدد اتمی عناصر مرتب شده‌اند.

تفاوت‌های جدول تناوبی عناصر قدیمی و مدرن

جدول تناوبی عناصر مدرن دارای ویژگی‌های منحصر به فردی است که سیستم تناوبی مندلیف فاقد آن‌هاست که برخی از آن‌ها عبارتند از:

• در سیستم تناوبی مدرن، عناصر به طور یکنواختی بر اساس افزایش اعداد اتمی مرتب شده‌اند. در جدول تناوبی مندلیف، عناصر بر اساس وزن اتمی چیده شده بودند و در بین آن‌ها فواصلی برای عناصر ناشناخته در نظر گرفته شده بود،
• جدول تناوبی عناصر مدرن، بر اساس ۱۱۸ عنصر شیمیایی است، در حالی که جدول تناوبی مندلیف شامل حدود ۷۰ عنصر است،
• از بارزترین پیشرفت‌های جدول تناوبی مدرن، تعریف دسته، بلوک یا گروه‌های جداگانه برای گازهای نجیب و عناصر واسطه است.

نمایش بصری جدول تناوبی مدرن با ۱۱۸ عنصر همراه با عناصر انتقال جداگانه و گروه‌های گازهای نوبل در زیر نشان داده شده است.

جمع‌بندی

در این مطلب از مجله فرادرس مروری داشتیم بر برخی از نکات مهم و اساسی در جدول تناوبی عناصر، ازجمله روندهای تناوبی در ویژگی‌هایی مانند شعاع اتمی، الکترونگاتیوی، واکنش‌پذیری و ... . در کنار بررسی یک به یک این موارد وارتباط بین آن‌ها، به عنوان مثال ارتباط الکترون‌های ظرفیت با واکنش‌پذیری، شعاع اتمی با الکترونگاتیوی که موجب سهولت در یادگیری عمیق‌تر و یادآوری دقیق‌تر موارد می‌شود، نگاهی به برخی نکات مهم در تاریخچه شکل‌گیری و تکامل این جدول نیز داشتیم.