در نیمه اول قرن نوزدهم، تلاش‌های مختلفی برای نظام‌بندی عناصر و ترکیب فلزات در سیستم تناوبی انجام شد. در این دوره تاریخی بود که روش تحقیقی مانند آنالیز شیمیایی به وجود آمد.
از تاریخچه کشف جدول تناوبی عناصر
با استفاده از روشی مشابه برای تعیین خواص شیمیایی خاص، دانشمندان آن زمان سعی کردند عناصر را در گروه‌هایی ترکیب کنند که بر اساس ویژگی‌های کمی و همچنین وزن اتمی آنها هدایت می‌شد.
استفاده از وزن اتمی
بنابراین، I. V. Dubereiner در سال 1817 مشخص کرد که وزن اتمی استرانسیم مشابه وزن اتمی باریم و کلسیم است. او همچنین موفق شد متوجه شود که بین خواص باریم، استرانسیوم و کلسیم اشتراکات زیادی وجود دارد. بر اساس این مشاهدات، شیمیدان معروف به اصطلاح سه گانه عناصر را گردآوری کرد. مواد دیگر در گروه‌های مشابه ترکیب شدند:
- گوگرد، سلنیوم، تلوریم؛
- کلر، برم، ید؛
- لیتیوم، سدیم، پتاسیم.
طبقه بندی بر اساس خواص شیمیایی
L. Gmelin در سال 1843 جدولی را پیشنهاد کرد که در آن مشابه ترتیب داده بودعناصر به ترتیب دقیق بر اساس خواص شیمیایی آنها. نیتروژن، هیدروژن، اکسیژن را عناصر اصلی در نظر گرفت، این شیمیدان آنها را بیرون میز خود قرار داد.
در زیر اکسیژن او تترادها (هر کدام 4 علامت) و پنج تایی (هر کدام 5 علامت) از عناصر را قرار داد. فلزات در سیستم تناوبی بر اساس اصطلاحات برزلیوس قرار گرفتند. همانطور که توسط Gmelin تصور شد، همه عناصر با کاهش خواص الکترونگاتیوی در هر زیر گروه از سیستم تناوبی تعیین شدند.
ادغام عناصر به صورت عمودی
Alexander Emile de Chancourtois در سال 1863 همه عناصر را در وزن اتمی صعودی روی یک استوانه قرار داد و آن را به چندین نوار عمودی تقسیم کرد. در نتیجه این تقسیم بندی، عناصری با خواص فیزیکی و شیمیایی مشابه بر روی قائم ها قرار می گیرند.
قانون اکتاو
D. نیولندز در سال 1864 یک الگوی نسبتاً جالب کشف کرد. هنگامی که عناصر شیمیایی به ترتیب صعودی وزن اتمی خود مرتب می شوند، هر عنصر هشتم شباهت هایی با عنصر اول نشان می دهد. نیولندز واقعیت مشابهی را قانون اکتاوها (هشت نت) نامید.
سیستم تناوبی او بسیار خودسرانه بود، بنابراین ایده یک دانشمند ناظر نسخه "اکتاو" نامیده شد و آن را با موسیقی مرتبط کرد. این نسخه Newlands بود که به ساختار مدرن PS نزدیک بود. اما طبق قانون اکتاوهای ذکر شده، فقط 17 عنصر خاصیت تناوبی خود را حفظ کردند، در حالی که بقیه علائم چنین نظمی را نشان ندادند.
میزهای عشایر
U. Odling چندین نوع جداول از عناصر را به طور همزمان ارائه کرد. در اغازنسخه ای که در سال 1857 ایجاد شد، پیشنهاد کرد آنها را به 9 گروه تقسیم کند. در سال 1861، شیمیدان تغییراتی را در نسخه اصلی جدول انجام داد و علائمی را با خواص شیمیایی مشابه گروه بندی کرد.
گونه ای از جدول Odling که در سال 1868 ارائه شد، ترتیب 45 عنصر را در وزن اتمی صعودی فرض می کرد. به هر حال، این جدول بود که بعداً نمونه اولیه سیستم تناوبی D. I. Mendeleev شد.
تقسیم ظرفیت
L. مایر در سال 1864 جدولی را پیشنهاد کرد که شامل 44 عنصر بود. آنها با توجه به ظرفیت هیدروژن در 6 ستون قرار گرفتند. میز همزمان دو قسمت داشت. گروه اصلی شش گروه را متحد کرد که شامل 28 علامت در وزن اتمی صعودی بود. در ساختار آن، پنتادها و تترادها از علائم مشابه خواص شیمیایی دیده می شد. مایر بقیه عناصر را در جدول دوم قرار داد.
کمک D. I. Mendeleev در ایجاد جدول عناصر
نظام دوره ای مدرن عناصر D. I. Mendeleev بر اساس جداول مایر که در سال 1869 گردآوری شده بود ظاهر شد. در نسخه دوم، مایر علائم را در 16 گروه مرتب کرد، عناصر را با در نظر گرفتن ویژگی های شیمیایی شناخته شده در پنج و چهارتاد قرار داد. و به جای ظرفیت، از یک شماره گذاری ساده برای گروه ها استفاده کرد. هیچ بور، توریم، هیدروژن، نیوبیم و اورانیوم در آن وجود نداشت.
ساختار نظام تناوبی به شکلی که در نسخه های مدرن ارائه شده است بلافاصله ظاهر نشد. قابل تشخیص استسه مرحله اصلی که طی آن سیستم تناوبی ایجاد شد:
- نسخه اول جدول در مورد بلوک های ساختمانی ارائه شد. ماهیت دوره ای رابطه بین خواص عناصر و مقادیر وزن اتمی آنها ردیابی شد. مندلیف این نسخه از طبقه بندی نشانه ها را در سال های 1868-1869 ارائه کرد
- دانشمند سیستم اصلی را رها می کند، زیرا معیارهایی را نشان نمی دهد که بر اساس آن عناصر در یک ستون خاص قرار می گیرند. او پیشنهاد می کند که علائم را بر اساس شباهت خواص شیمیایی قرار دهند (فوریه 1869)
- در سال 1870، دیمیتری مندلیف سیستم تناوبی عناصر مدرن را به دنیای علم معرفی کرد.
نسخه شیمیدان روسی هم موقعیت فلزات در سیستم تناوبی و هم خواص غیر فلزات را در نظر می گرفت. طی سال‌هایی که از اولین ویرایش اختراع درخشان مندلیف می‌گذرد، جدول هیچ تغییر عمده‌ای نداشته است. و در آن مکان هایی که در زمان دیمیتری ایوانوویچ خالی مانده بود، عناصر جدیدی ظاهر شد که پس از مرگ او کشف شد.
ویژگی های جدول تناوبی
چرا سیستم توصیف شده دوره ای در نظر گرفته می شود؟ این به دلیل ساختار جدول است.
در مجموع دارای 8 گروه است و هر کدام دارای دو زیر گروه است: اصلی (اصلی) و فرعی. در کل 16 زیر گروه وجود دارد که به صورت عمودی یعنی از بالا به پایین قرار دارند.
علاوه بر این، جدول دارای ردیف های افقی نیز به نام نقطه است. آنها نیز خود را دارندتقسیم اضافی به کوچک و بزرگ. ویژگی سیستم تناوبی مستلزم در نظر گرفتن مکان عنصر است: گروه، زیر گروه و دوره آن.
چگونه ویژگی ها در زیرگروه های اصلی تغییر می کنند
همه زیر گروه های اصلی جدول تناوبی با عناصر دوره دوم شروع می شوند. برای نشانه‌های متعلق به یک زیرگروه اصلی، تعداد الکترون‌های بیرونی یکسان است، اما فاصله بین آخرین الکترون‌ها و هسته مثبت متفاوت است.
علاوه بر این، افزایش وزن اتمی (جرم اتمی نسبی) عنصر از بالا در آنها رخ می دهد. این شاخص است که عامل تعیین کننده در شناسایی الگوهای تغییرات خواص در زیر گروه های اصلی است.
از آنجایی که شعاع (فاصله بین هسته مثبت و الکترون‌های منفی بیرونی) در زیرگروه اصلی افزایش می‌یابد، ویژگی‌های غیرفلزی (توانایی پذیرش الکترون در طول تبدیل‌های شیمیایی) کاهش می‌یابد. در مورد تغییر خواص فلزی (اهدای الکترون به اتم های دیگر)، افزایش خواهد یافت.
با استفاده از سیستم تناوبی، می توانید ویژگی های نمایندگان مختلف یک زیر گروه اصلی را با هم مقایسه کنید. در زمانی که مندلیف سیستم تناوبی را ایجاد کرد، هنوز هیچ اطلاعاتی در مورد ساختار ماده وجود نداشت. این واقعیت شگفت انگیز است که پس از ظهور نظریه ساختار اتم، تحصیل در مدارس آموزشی و دانشگاه های تخصصی شیمی و در حال حاضر، فرضیه مندلیف را تأیید کرد و فرضیات او را در مورد آرایش اتم ها در داخل جدول رد نکرد.
الکترونی منفی درزیرگروه‌های اصلی به پایین کاهش می‌یابند، یعنی هر چه عنصر در گروه کمتر باشد، توانایی آن برای اتصال اتم‌ها کمتر می‌شود.
تغییر خواص اتم ها در زیرگروه های جانبی
از آنجایی که سیستم مندلیف دوره ای است، تغییر در ویژگی ها در چنین زیرگروه هایی به ترتیب معکوس رخ می دهد. چنین زیرگروه هایی شامل عناصری هستند که از دوره 4 شروع می شوند (نمایندگان خانواده های d و f). در این زیر گروه‌ها، خواص فلزی کاهش می‌یابد، اما تعداد الکترون‌های خارجی برای همه نمایندگان یک زیرگروه یکسان است.
ویژگی های ساختار دوره ها در PS
هر دوره جدید، به استثنای دوره اول، در جدول شیمیدان روسی با یک فلز قلیایی فعال آغاز می شود. بعد از آن فلزات آمفوتریک هستند که خواص دوگانه را در تبدیلات شیمیایی از خود نشان می دهند. سپس چندین عنصر با خواص غیر فلزی وجود دارد. دوره با یک گاز بی اثر (غیر فلزی، عملی، بدون فعالیت شیمیایی) به پایان می رسد.
با توجه به دوره ای بودن سیستم، تغییر در فعالیت در دوره ها وجود دارد. از چپ به راست، فعالیت کاهنده (خواص فلزی) کاهش می یابد، فعالیت اکسید کننده (خواص غیرفلزی) افزایش می یابد. بنابراین، درخشان ترین فلزات در این دوره در سمت چپ و غیر فلزات در سمت راست قرار دارند.
در دوره های بزرگ که از دو ردیف (4-7) تشکیل شده است، یک کاراکتر تناوبی نیز ظاهر می شود، اما به دلیل حضور نمایندگان خانواده d یا f، عناصر فلزی بسیار بیشتری در ردیف وجود دارد.
نام زیرگروه های اصلی
بخشی از گروه های عناصر موجود در جدول تناوبی نام خود را دریافت کرده است. به نمایندگان اولین گروه A از زیر گروه، فلزات قلیایی می گویند. فلزات این نام را مدیون فعالیت خود با آب و در نتیجه تشکیل قلیاهای سوزاننده هستند.
گروه دوم زیرگروه A را فلزات قلیایی خاکی می دانند. هنگام تعامل با آب، چنین فلزاتی اکسید می شوند، زمانی به آنها زمین می گفتند. از همان زمان بود که نام مشابهی برای نمایندگان این زیر گروه تعیین شد.
نافلزهای زیرگروه اکسیژن را کالکوژن و نمایندگان گروه 7 A را هالوژن می نامند. 8 یک زیرگروه را گازهای بی اثر می نامند زیرا فعالیت شیمیایی آن حداقل است.
PS در دوره مدرسه
برای دانش‌آموزان معمولاً یک نوع جدول تناوبی ارائه می‌شود که در آن علاوه بر گروه‌ها، زیر گروه‌ها، دوره‌ها، فرمول‌های ترکیبات فرار بالاتر و اکسیدهای بالاتر نیز نشان داده شده است. چنین ترفندی به دانش آموزان اجازه می دهد تا مهارت های خود را در ترکیب اکسیدهای بالاتر توسعه دهند. کافی است به جای عنصر، علامت نماینده زیرگروه را جایگزین کنید تا بالاترین اکسید تمام شده را بدست آورید.
اگر به ظاهر کلی ترکیبات هیدروژنی فرار دقت کنید، می بینید که آنها فقط برای غیر فلزات مشخص هستند. در گروه های 1-3 خط تیره وجود دارد، زیرا فلزات نمایندگان معمولی این گروه ها هستند.
علاوه بر این، در برخی از کتاب های شیمی مدارس، هر علامت نشان دهنده توزیع الکترون ها در طولسطوح انرژی این اطلاعات در طول دوره کار مندلیف وجود نداشت، حقایق علمی مشابه خیلی بعد ظاهر شد.
همچنین می توانید فرمول سطح الکترونیکی خارجی را مشاهده کنید که با آن به راحتی می توان حدس زد که این عنصر متعلق به کدام خانواده است. چنین نکاتی در جلسات امتحان غیرقابل قبول است، بنابراین، فارغ التحصیلان کلاس های 9 و 11 که تصمیم می گیرند دانش شیمیایی خود را در OGE یا آزمون یکپارچه ایالت نشان دهند، نسخه های کلاسیک سیاه و سفید جداول تناوبی داده می شود که حاوی اطلاعات اضافی در مورد نیست. ساختار اتم، فرمول اکسیدهای بالاتر، ترکیب ترکیبات هیدروژنی فرار.
چنین تصمیمی کاملاً منطقی و قابل درک است، زیرا برای آن دسته از دانش آموزانی که تصمیم گرفتند راه مندلیف و لومونوسوف را دنبال کنند، استفاده از نسخه کلاسیک سیستم دشوار نخواهد بود، آنها به سادگی نیازی به اعلان ندارند..
این قانون تناوبی و سیستم D. I. مندلیف بود که مهمترین نقش را در توسعه بیشتر نظریه اتمی و مولکولی ایفا کرد. پس از ایجاد این سیستم، دانشمندان شروع به توجه بیشتر به مطالعه ترکیب عنصر کردند. جدول به روشن شدن برخی اطلاعات در مورد مواد ساده و همچنین در مورد ماهیت و خواص عناصر تشکیل دهنده آنها کمک کرد.
خود مندلیف تصور می کرد که عناصر جدیدی به زودی کشف خواهند شد و موقعیت فلزات را در سیستم تناوبی فراهم کرد. پس از ظهور دومی بود که دوره جدیدی در شیمی آغاز شد. علاوه بر این، شروع جدی برای شکل گیری بسیاری از علوم مرتبط با ساختار اتم وتبدیل عناصر.
