-
مندلیف و جدول تناوبی
مندلیف و جدول تناوبی
دیمیتری اوانوویچ مندلیف (Mandaliev) ، زیر و رو کننده علم شیمی و فرزند یکی از مدیران مدرسه محلی ، در ۷ فوریه ۱۸۳۴ در شهر توبولسک واقع در روسیه متولد شد.وی در سال ۱۸۶۹ دکتر علوم و استاد شیمی دانشگاه شد و در همین سال ازدواج کرد. در این هنگام ، فقط ۶۳ عنصر از نظر شیمیدان ها شناخته شده بود.مندلیف در این فکر بود که خواص فیزیکی و شیمیایی عناصر ، تابعی از جرم اتمی آنهاست. بدون قانون تناوبی نه پیش بینی خواص عناصر ناشناخته میسر بود و نه به فقدان یا غیبت برخی از عناصر می‌شد پی برد. کشف عناصر ، نیازمند مشاهده و بررسی بود. بنابراین تنها یاری بخت ، مداومت و یا پیش داوری ، منجر به کشف عناصر جدید می‌شد.
قانون تناوبی، راه جدیدی در این زمینه گشود. منظور مندلیف از این جمله‌ها آن بود که در سیر تاریخی شیمیایی، زمان حدس زدن وجود عناصر و پیشگویی خواص مهم شان فرا رسیده است. جدول تناوبی ، پایه ای برای این کار شد. حتی ساخت این جدول نشان میداد که در چه جاهایی مکان خالی باقی می‌ماند که باید بعدا” اشغال شود.
با آگاهی از خواص عناصر موجود در جوار این مکانهای خالی ، می‌شد خواص مهم عناصر ناشناس را تخمین زد و چند مشخصه مقداری آنها (جرمهای اتمی، چگالی ، نقطه ذوب ، و نقطه جوش و مانند آنها) را به کمک نتیجه گیری‌های منطقی و چند محاسبه ریاضی ساده ، تعیین کرد. این مطالب نیاز به تبحر کافی در شیمی داشت. مندلیف از این تبحر برخوردار بود که با ترکیب آن ، با تلاش علمی و اعتقاد به قانون تناوبی توانست پیشگویی های درخشانی درباره وجود و خواص چندین عنصر جدید را ارایه دهد. بنابراین مطابق با این فکر ، جدولی درست کرد و ۶۳ عنصر شناخته شده را به ترتیب جرم اتمی شان در جدول قرار داد.
تعداد عناصر در سطرهای جدول یکی نبود، مثلاٌ سطر پنجم ۳۲ عنصر داشت، در حالی‌که سطر ششم فقط شامل ۶ عنصر بود. ولی عناصری که خواص آنها شبیه هم بود، در این جدول نزدیک هم قرار داشتند و بدین علت مقداری از خانه‌های خالی ، متعلق به عناصری است که تا آن زمان شاخته نشده بود. وی این نتیجه را در سال ۱۸۶۹ به جامعه شیمی روسیه تقدیم کرد.
جدول مندلیف که پیش بینی وجود ۹۲ عنصر را می‌نمود، جز “لوتر مایر” که یک سال بعد از مندلیف ، جدولی مشابه با جدول مندلیف انتشار داده بود، طرفداری نداشت.
پیش‌بینی‌های عجیب مندلیف ، زمان درازی به صورت مثل های موجود در همه کتابهای شیمی در آمده بود و کمتر کتاب شیمی وجود دارد که در آن ، از اکاآلومینیوم و اکابور و اکاسیلیسیم یاد نشده باشد که بعدها پس از کشف به نامهای گالیوم، اسکاندیوم و ژرمانیوم نامیده شدند. در میان سه عنصری که مندلیف پیش بینی کرده بود اکاسیلیسیم بعد از سایرین کشف شد(۱۸۸۷) و کشف آن بیش از کشف دو عنصر دیگر ، مرهون یاری بخت و تصادف مساعد بود.
در واقع ، کشف گالیوم توسط “بوابودران” (۱۸۷۵) مستقیماٌ توسط روشهای طیف سنجی‌اش بود و جداکردن اسکاندیوم توسط “نیلسون” و “کلو” (۱۸۷۹) مربوط به بررسی دقیق خاک های نادر بود که در آن زمان اوج گرفته بود. اندک اندک همه پیش‌گویی‌های مندلیف تحقق یافتند. آخرین تایید در مورد وزن مخصوص اسکاندیوم فلزی بود.
در سال ۱۹۳۷ ، “فیشر” شیمیدان آلمانی ، موق به تهیه اسکاندیوم با درجه خلوص ۹۸% شد. وزن مخصوص آن ، ۳ گرم بر سانتی‌متر مکعب بود. این دقیقاٌ همان رقمی است که مندلیف پیش‌بینی کرده بود. در پاییز سال ۱۸۷۹ “انگلس” کتاب جامعی بدست آورد که نویسندگانش “روسکو” و “شورلمر” بودند. در آن کتاب ، برای نخستین بار به پیشگویی آلومینیوم توسط مندلیف و کشفش تحت تاثیر نام گالیوم اشاره شده بود.
در مقاله ای که بعدها انگلس در کتابی هم نقل کرده است، اشاره به مطلب آن کتاب شیمی شده است و نتیجه گرفته است که: « مندلیف با به کار بردن ناخودآگاه قانون تبدیل کمیت به کیفیت هگل ، واقیعت علمی را تحقق بخشید که از نظر تهور ، فقط قابل قیاس با کار “لوریه” در محاسبه مدار سیاره ناشناخته نپتون بوده است. »
علاوه بر آنچه گفته شد، با اکتشاف آرگون در سال ۱۸۹۴ و هلیم و اینکه جدول مندلیف وجود نیون و کریپتون و گزنون را پیش‌بینی نمود، جدول مندلیف شهرت عجیب و فوق‌العاده ای کسب نمود. در آن سالها بود که تمامی آکادمی‌های کشورهای جهان (غیر از مملکت خویش) او را به عضویت دعوت نمودند.
مندلیف در دوم فوریه ۱۹۰۷ در ۷۳ سالگی در گذشت. به طوری که می‌دانیم، از هنگامی که جدول مندلیف بوجود آمد، خانه‌های خالی آن ، یکی پس از دیگری با کشف عناصر پر می‌شد و آخرین خانه خالی جدول ، در سال ۱۹۳۸ با کشف آکتنیوم در پاریس پر شد.
جدول مندلیف
مندلیف و لوتارمیر در موردخواص عنصرهاو ارتباط آنها بررسی های دقیق تری انجام دادندو در سال 1869 میلادی به این نتیجه رسیدند که خواص عنصرها تابعی تناوبی از جرم انهاست.به این معنا که اگر عنصرها را به ترتیب افزایش جرم اتمی مرتب شوند نوعی تناوب در انها اشکار می گرددوپس ازتعداد معینی از عنصرها عنصرهایی با خواص مشابه خواص پیشین تکرار می شوند.
مندلیف در سال 1869 بر پایه ی قانون تناوب جدولی از 63عنصر شناخته شده ی زمان خود منتشر کرد .در فاصله ی بین سالهای 1869 تا 1871م مندلیف هم مانند لوتار میر با بررسی خواص عنصرها و ترکیب های انها متوجه شد که تغییرهای خواص شیمیایی عنصرها مانند خواص فیزیکی انها نسبت به جرم اتمی روند تناوبی دارد.از این رو جدول جدیدی در 8 ستون و12سطر تنظیم کرد.او با توجه به نارسایی های جدول نیو لندز ولوتار میر و حتی جدول قبلی خود جدولی تقریبابدون نقص ارایه دادکه فراگیر وماندنی شد.
شاهکارهای مندلیف در ساخت شهرک عناصر:
روابط همسایگی:دانشمندان پیش از مندلیف در طبقه بندی عناصر هر یک را جداگانه و بدون وابستگی به سایر عناصر در نظر می گرفتند.اما مندلیف خاصیتی را کشف کرد که روابط بین عنصرها را به درستی نشان می دادو ان را پایه تنظیم عناصر قرار داد.
وسواس وی: او برخی از عناصر را دوباره بررسی کرد تا هر نوع ایرادی را که به نادرست بودن جرم اتمی از بین ببرد.در برخی موارد به حکم ضرورت اصل تشابه خواص در گروه ها را بر قاعده افزایش جرم اتمی مقدم شمرد.
واحدهای خالی: در برخی موارد در جدول جای خالی منظور کردیعنی هر جا که بر حسب افزایش جرم اتمی عناصر باید در زیر عنصر دیگری جای می گرفت که در خواص به ان شباهتی نداشت ان مکان را خالی می گذاشت و ان عنصر را در جایی که تشابه خواص رعایت می شد جای داد.این خود به پیش بینی تعدادی ا زعنصرهای ناشناخته منتهی شد.
استقبال از ساکنان بعدی:مندلیف با توجه به موقعیت عنصرهای کشف نشده و با بهره گیری از طبقه بندی دوبرایزتوانستخواص انها را پیش بینی کند.برای نمونه مندلیف در جدولی که در سال 1869 تنظیم کرده بودمس و نقره وطلا را مانند فلزی قلیایی در ستون نخست جا داده بود اما کمی بعد عناصر این ستون را به دو گروه اصلی و فرعی تقسیم کرد.سپس دوره های نخست و دوم و سوم هر یک شامل یک سطر و هر یک از دوره های چهارم به بعد شامل دو سطر شده وبه ترتیب از دوره های چهارم به بعد دو خانه اول وشش خانه اخر از سطر دوم مربوط به عناصر اصلی ان دوره و هشت خانه باقی مانده ی سطر اول و دو خانه اول سطر دوم مربوط به عناصر فرعی بود.
ساخت واحد مسکونی هشتم:مندلیف با توجه به این که عناصراهن وکبالت ونیکل وروتینیم ورودیم وپالادیم واسمیم وایریدیم وپلاتین خواص نسبتا با یکدیگر دارند این عناصر را در سه ردیف سه تایی و در ستون جداگانه ای جای دادو به جدول پیشین خود گروه هشتم را هم افزود. در ان زمان گازهای نجیب شناخته نشده بوداز این رودر متن جدول اصلی مندلیف جایی برای این عناصر پیش بینی نشد. پس از ان رامسی و رایله در سال 1894 گاز ارگون را کشف کردند و تا سا ل 1908 م گازهای نجیب دیگرکشف شد و ظرفیت شیمیایی انها 0 در نظر گرفته شدو به گازهای بی اثر شهرت یافتند.
اسانسور مندلیف به سوی اسمان شیمی :جدول مندلیف در تنظیم و پایدار کردن جرم اتمی بسیاری از موارد مندلیفنادرست بودن جرم اتمی برخی از عناصر را ثابت و برخی دیگر را درست کرد .جدول تناوبی نه تنها به کشف عنصرهای ناشناخته کمک کرد بلکه در گسترش و کامل کردن نظریه ی اتمی نقش بزرگی بر عهده داشت و سبب اسان شدن بررسی عناصر و ترکیب های آنها شد.
مجتمع نیمه تمام
جدول تناوبی با نارسایی هایی همراه بود که عبارتند از :
1 - جای هیدروژن در جدول بطور دقیق مشخص نبود .گاهی ان را بالا ی گروه فلزهای قلیایی و گاهی بالای گروه های گروه هالوژن ها جا میداد
2 - در نیکل و کبالت که جرم اتمی نزدیک به هم دارند خواص شیمیایی متفاوت است و با پایه قانون تناوبی ناسازگاری دارد.
3 - کبالت را پیش از نیکل و همچنین تلور را پیش از ید جای داد که با ترتیب صعودی جرم اتمی هم خوانی نداشت .با پیش رفت پژوهش ها و با کشف پرتو ایکس و عنصرهاو بررسی دقیق طیف انها عدد اتمی کشف و اشکار شد و عناصر بر حسب افزایش عدد اتمی مرتب و نار سایی های جزیی موجود در جدول مندلیف از بین رفت .زیرا تغییرات خواص عناصر نسبت به عدد اتمی از نظم بیشتری برخوردارست تا جرم اتمی انها
4 - سال پس از نشر جدول مندلیف بوابو در ات به روش طیف نگاری اکا الومینیوم را کشف کرد و گالیم نامید و 4 سال بعد نیلسون اکا بور را کشف کرد و اسکاندیم نامید و هفت سال بعد ونیکلر هم اکا سیلسیم را از راه تجربه طیفی کشف کرد و ان را ژرمانیم نامید
تغییرات خواص عناصر در دوره ها وگروه های جدول
1 - تغییرات شعاع اتمی :در هر گروه با افزایش عدد اتمی شعاع اتمی افزایش می یابد ودر هر دوره با افزایش عدد اتمی شعاع اتمی به تدریج کوچکتر میگردد.
2- تغییرات شعاع یونی :شعاع یون کاتیون هر فلز از شعاع اتمی ان کوچکتر و شعاع هر نا فلز از شعاع اتمی ان بزرگتر است.به طور کلی تغییرهای شعاع یونی همان روند تغییرات شعاع اتمی است.
3 - تغییرات انرژی یونش: در هر دوره با افزایش عدد اتمی انرژی یونش افزایش
می یابد و در هر گروه با افزایش لایه های الکترونی انرژی یونش کاهش می یابد.
4 - تغییرات الکترون خواهی :در هر دوره با افزایش عدد اتمی انرژی الکترونخواهی افزایش می یابدودر هر گروه با افزایش عدد اتمی اصولا انرژی الکترون خواهی از بالا به پایین کم می شود .
5 - تغییرات الکترونگاتیوی:در هر دوره به علت افزایش نسبتا زیا د شعاع اتمی الکترونگاتیوی عناصر کم میشود و در هر دوره به علت کاهش شعاع اتمی الکترونگاتیوی عناصر افزایش می یابد
6 - تغییرتعدادالکترونهای لایه ظرفیت وعدد اکسایش:در هر دوره از عنصری به عنصر دیگریک واحد به تعداد الکترون ها ی ظرفیت افزوده می شود و تعداد این الکترون ها و عدد اکسایش در عنصرهای هر گروه با هم برابرند
7 - تغییرات پتانسیل الکترودی :در ازای هردوره با افزایش عدد اتمی توانایی کاهندگی عنصرها کاهش می یابد و توانایی اکسیدکنندگی انها افزایش می یابد .از این روفلزهایی که در سمت چپ دوره ها جای دارندخاصیت کاهندگی ونا فلزهایی که در سمت راست دوره ها جای دارندتوانایی اکسید کنندگی دارند.در موردعناصر یک گروه توانایی اکسید کنندگی با افزایش عدد اتمی وپتانسیل کاهش می یابد.
8 - تغییرات توانایی بازی هیدروکسید:توانایی بازی هیدروکسیدعناصر در گروهها ازبالا به پایین افزایش می یابد اما در دوره از سمت چپ به راست رو به کاهش است.
9 - تغییرات دما وذوب یا جو ش:در هر دوره دمای ذوب و جوش تا اندازه ای به طورتناوبی تغییر می کند ولی این روندمنظم نیست و در موردعناصرگروهها نیز روندواحدی وجود ندارد.
