الجدول الدوري للعناصر

الجدول الدوري

في القرن التاسع عشر قام الكيميائيين بملاحظة أن هنالك تكرار دوري في الخصائص الكيميائية والفيزيائية للعناصر، بناء على ذلك قام الباحثين بابتكار طريقة لتسجيل وتصنيف هذه العناصر عرفت باسم الجدول الدوري.

قام العالِم الكيميائي الروسي ديمتري مندليف في عام (1869)م والعالِم الكيميائي الألماني لوثار ماير في (1830–1895)م بالعمل على تصنيف العناصر بدقة وترتيبها في الجدول الدوري. كما وتم التنبؤ بوجود عناصر لم يتم اكتشافها بعد، وتم تجهيز أماكنها في الجدول الدوري تبعا للخصائص والمعلومات التي بين أيديهم، حيث تم تنصيف الجدول الدوري كالتالي:

عائلات الجدول الدوري الرئيسية

العائلة (A):

وهي العائلة التي يطلق عليها إما المجموعة الرئيسة أو العناصر التمثيلية. وأهم ما يميز هذه المجموعة:

•  أنها تتواجد بنسبة عالية جدا في قشرة الأرض مقارنة مع الفلزات الانتقالية.

• أغلب الجزيئات البيولوجية تحتوي على العناصر الرئيسية والتي تتضمنها هذه الفئة مثل الكربونوالنيتروجينوالأكسجينوالهيدروجين والفسفور.

• تعتبر عناصر المجموعة الرئيسية ومركباتها من العناصر الأكثر أهمية من الناحية الاقتصادية، إذ تحتوي غالبية المنتجات المصنعة على هذه العناصر.

• ينتهي توزيعها بالفلك الفرعي (S).

• هذه المجموعة تتضمن عناصر المجموعة الأولى والثانية ضمن الفلك الفرعي (S)، وتتضمن المجموعة الثالثة عشر حتى المجموعة الثامنة عشر ضمن الفلك الفرعي (p).

• رقم الدورة لهذه العناصر يكون مساويا لأعلى رقم للفلك الفرعي (S).

• رقم المجموعة لهذه العناصر يكون مساويا لعدد إلكترونات التكافؤ.

• عدد إلكترونات التكافؤ في هذه الفئة مساويا لمجموع الإلكترونات الموجودة في الفلكيين الفرعيين (S,P).

ماذا نفهم عندما نقول الفلك الفراغي (S)؟

• جميع العناصر التي تندرج تحت هذه الفئة تمتلك عدد تأكسد واحد.

• عناصر هذه الفئة تعرف بنشاطها العالي باستثناء عنصر الهيليوم (He).

• غالبا ما تكون درجتي الغليان والانصهار قليلة لهذه الفئة وتمتاز نوعا ما بالطراوة.

• تعمل على تكوين روابط أيونية عند ارتباطها مع اللافلزات.

ماذا نفهم عندما نقول الفلك الفرعي (d)؟

• جميع العناصر التي تندرج تحت هذه الفئة تمتلك عددين تأكسد أو أكثر.

• تحتوي هذه الفئة على اللافلزات والفلزات والمعادن وتعتمد خصائصها على المجموعة التي تقع بها.

• تستخدم هذه الفئة في الصناعة خاصة الحديد إذ يستخدم في صناعة البناء.

العائلة (B):

يطلق على هذه العائلة عائلة العناصر الانتقالية، وتتميز عناصر هذه المجموعة:

• تميل المعادن ضمن هذه الفئة إلى أن تكون صلبة ولها كثافة عالية نسبيًا عند مقارنتها بالعناصر الأخرى.

• درجتي الغليان والانصهار لهذه العناصر عالية نوعا ما.

• تتميز هذه العناصر أن لها نوعا ما شحنة وحجم كبيرين.

• تقع ضمن الفلك الفرعي (d,f) الذي أعطاها خصائص الصلابة والكثافة ودرجتي غليان وانصهار عالية.

• لديها القدرة على تكوين مركبات معقدة مستقرة.

• لديها القدرة على تكوين مركبات مغناطيسية.

• بالنسبة لرقم الدورة لهذه العناصر يكون مساويا لأعلى رقم للفلك الفرعي (S).

• عدد إلكترونات التكافؤ في هذه الفئة يساوي عدد الإلكترونات الموجودة في (ns+d(n-1)).

• أما بالنسبة لرقم المجموعة فهو يتبع النظام التالي:

1. رقم المجموعة يساوي عدد إلكترونات التكافؤ عندما يكون عدد إلكترونات التكافؤ يساوي (3,4,5,6,7).
2. رقم المجموعة يساوي 8 عندما يكون عدد إلكترونات التكافؤ يساوي (8,9,10).
3. رقم المجموعة يساوي 1 عندما يكون عدد إلكترونات التكافؤ يساوي 11.
4. رقم المجموعة يساوي 2 عندما يكون عدد إلكترونات التكافؤ يساوي 12.

المجموعات الرئيسية تبعا للصفات الأساسية

الفلزات

تتضمن العناصر الانتقالية والمجموعات الأولى والثانية والثالثة، لكن نستثني منها عنصري الهيدروجين والبورون.

أشباه الفلزات

وهي تتضمن:

1. الأستاتين (At).
2. السليكون (Si).
3. البورون (B).
4. الجرمانيوم (Ge).
5. الزرنيخ (As).
6. الإثمد (Sb).
7. البولونيوم (Po).
8. التيلوريوم (Te).

اللافلزات

موجودة في المجموعات الرئيسية الهالوجينات والمجموعتين الخامسة والسادسة والعناصر النبيلة. وبعض الخصائص التي يمكن أن نقارن بين العناصر الكيميائية من خلالها تبعا لمكان هذه العناصر في الجدول الدوري:

نصف القطر الذري أو ما يمكن أن نسميه الحجم الذري:

• نقوم بقياس نصف القطر الذري للذرة داخل الجزيئات التي تشارك فيها هذه الذرة، علما أن هذه الطريقة تعطينا دلالة تقريبية للحجم وليس حجم الذرة الحقيقي.

• في الجدول الدوري ضمن الدورة الواحدة كلما انتقلنا من اليسار لليمين يقل الحجم الذري دون استثناء لأي عنصر.

• ضمن المجموعة الواحدة كلما انتقلنا من الأعلى للأسفل يزداد الحجم الدوري دون استثناء لأي عنصر في الجدول الدوري. أما بالنسبة لترتيب حجوم الأيونات فنتبع أحد الطرق الأتية تبعا لنوع الأيونات الموجودة.

• إذا كانت الأيونات جميعها لنفس الذرة كلما زادت الشحنة قل الحجم.

مثال:

X^-3/X^-1/X^-2/X⁺¹/X⁺²/X⁺³

الترتيب الصحيح للحجم يكون كالآتي:

X^-3>X^-1>X^-2>X⁺¹>X⁺²>X⁺³

إذا كانت الأيونات مختلفة، ولكنها تمتلك نفس الشحنة نقوم بترتيبها كما في الجدول الدوري؛ أي كلما انتقلنا من الأعلى للأسفل يزداد الحجم. مثال:

Be⁺²/Mg⁺²/Ca⁺²/Sr⁺²/Ba⁺²

الترتيب الصحيح يكون كالآتي:

Be⁺²<Mg⁺²<Ca⁺²<Sr⁺²<Ba⁺²

الألفة الإلكترونية

وهي عبارة عن كمية التغير في الطاقة أثناء عملية إضافة إلكترون للذرة، وهي بالحالة الغازية ويكوّن أيون له شحنة -1. وحدة قياس الألفة الإلكترونية هي إلكترون فولت. والألفة الإلكترونية تتغير بطريقة عشوائية خلال الجدول الدوري، لذا لا نستطيع وضع أساس ثابت لها كما في الحجم الذري أو طاقة التأين.

طاقة التأين

عادة الغازات النبيلة الموجودة في المجموعة الثامنة تمتلك أعلى طاقة تأين، وذلك بسبب استقرارها، كما أن وحدة قياس طاقة التأين هي كيلو جول لكل مول.

طاقة التأين الأولى

بالنسبة لطاقة التأين الأولى، وهي عبارة عن كمية الطاقة التي نحتاجها لإزالة آخر إلكترون موجود بالذرة، وتكون في الحالة الغازية. أما عن المنظور العام لهذه الطاقة: فكلما ذهبنا من اليمين لليسار ضمن الدورة الواحدة تزداد طاقة التأين. وكلما ذهبنا من الأعلى للأسفل تقل طاقة التأين.

هنا لدينا استثناءات ويعود سببها إلى أن الذرة حينما تكون في حالة استقرار يكون من الصعب إزالة إلكترون من مدارها الأخير؛ وذلك لأن الذرات تحب أن تكون في حالة مستقرة. حالة الاستقرار تعني أن يكون المدار الأخير ممتلئ أو نصف ممتلئ.

الاستثناءات كالتالي

• طاقة التأين الأولى للبورون B أكبر من طاقة التأين الأولى للبريلوم Be.

• طاقة التأين الأولى للمغنيسوم Mg أكبر من طاقة التأين الأولى للألمنيوم Al.

• طاقة التأين الأولى للكالسيوم Ca أكبر من طاقة التأين الأولى للغاليوم Ga.

• طاقة التأين الأولى للنيتروجين N أكبر من طاقة التأين الأولى للأكسجين O.

• طاقة التأين الأولى للفسفور P أكبر من طاقة التأين الأولى للكبريت S.

• طاقة التأين الأولى للزرنيخ As أكبر من طاقة التأين الأولى للسيلينيوم Se.

طاقة التأين الثانية

هي عبارة عن كمية الطاقة التي نحتاجها لإزالة آخر إلكترون للأيون وهو في الحالة الغازية.

الاستثناءات كالتالي:

• طاقة التأين الثانية للبورون B أعلى من طاقة التأين الثانية للكربون C.

• طاقة التأين الثانية للألمنيوم Al أعلى من طاقة التأين الثانية للسيليكون Si.

• طاقة التأين الثانية للأكسجين O أعلى من طاقة التأين الثانية للفلور F.

• طاقة التأين الثانية للكبريت S أعلى من طاقة التأين الثانية للكلور Cl.