زندگينامه مندليف و جدول مندليف

مقدمه

کمتر کسی است که با جدول تناوبی مندلیف در دروس شیمی آشنایی نداشته باشد و حداقل نام این جدول را شنیده و دیده است. این جدول به شیمیدانان تا کنون کمک های شایایانی کرده است ، زیرا همه عناصر موجود و کشف شده ، وزن و نوع خاصشان توسط دانشمند مشهور روسی ، دیمیتری ایوانویچ مندلیف طبقه بندی شده است. این دانشمند برجسته توانست با تبحر کافی در شیمی به خواص عناصر مختلف دست یابد و آن ها را به همگان معرفی کند. در این مقاله به زندگی پر فراز و نشیب این شیمیدان اشاره می کنیم تا اطلاع کامل در زمینه نحوه زندگی و تلاش های مستمر او به دست آورید.

تولد مندلیف

دیمیتری اوانوویچ مندلیف (Mandaliev) ، زیر و رو کننده علم شیمی و فرزند یکی از مدیران مدرسه محلی ، در 7 فوریه 1834 در شهر توبولسک واقع در روسیه متولد شد.

کودکی یک یتیم

دیمیتری ایوانویچ در هفت فوریه سال 1834 در شهر تویولسک سیبیری در یک خانواده متوسط و پرجمعیت چشم به جهان گشود. او چهاردهمین فرزند خانواده مندلیف به شمار می رود. پدرش ایوان مدیر یکی از مدارس محلی بود و مادرش ماریا در کارگاه شیشه گری که از پدرش به ارث برده بود کار می کرد تا بتوند کمک خرج شوهرش باشد. پدربزرگ ایوانویچ نیر مسئول اولین روزنامه محلی در سیبری بود. دیمیتری ایوانویچ زندگی خوب و آرامی داشت تا این که پدرش را بر اثر یک بیماری قلبی از دست داد و یتیم شد. از آن به بعد اندوه و ناامیدی فضای خانه را پر کرده و ایوانویچ که پنج سال بیشتر نداشت در غم از دست دادن پدر افسرده شد. مادر بیشتر کار کرد تا هزینه خانواده پر جمعیتش را درآورد . او شبانه روز در کارگاه شیشه گری مشغول ساخت انواع ظروف بلوری بود تا بچه هایش در آسایش زندگی کنند و به تحصیل بپردازند. دیمیتری ایوانویچ به مدرسه توپولسک رفت و استعداد درخشان خود را در زمینه ریاضی و فیزیک به معلمان خود نشان داد. عصر ها بعد از اتمام مدرسه به کارگاه نزد مادرش می رفت و او را در شیشه گری کمک می کرد. دایی اش بسارگین راهنما و دوست خوبی برای دیمیتری بود. وقتی دیمیتری پا به 14 سالگی گذاشت مادرش به او قول داد که وی را به مدرسه سن پترزبورگ برای ادمه تصیل بفرستد اما بخت با آنان یار نبود و کارگاه شیشه گری آتش گرفت و همه سرمایه شان از دست رفت.
دیمیتری برای یافتن شغل پز درآمد به سن پترزبورگ رفت و در آن جا به تدریس در یک مدرسه پرداخت. او در سال 1850 توانست بورس تحصیلی بگیرد و و به تحصیل در رشته ریاضی ، فیزیک و شیمی بپردازد. او خانواده خود را هم به سن پترزبورگ آورد اما متاسفانه مادر و خواهرش به بیماری سل دچار شدند و او را به با یک دنیا غم و اندوه تنها گذاشتند.

ورود به دنیای شیمی

وی در سال 1869 دکتر علوم و استاد شیمی دانشگاه شد و در همین سال ازدواج کرد. در این هنگام ، فقط 63 عنصر از نظر شیمیدانها شناخته شده بود.

درخشش در دانشگاه

علی رغم مشکلات و فشار روحی بر دیمیتری ، او از درس غافل نشد و با نمرات عالی دروس دانشگاهی را می گذراند.
دیمیتری بر اثر فقر و و اندوه بیمار شد تا حدی که پزشکان تصور کردند او نیز به سل میتلا شده است. لذا به او توصیه کردند که به یک جای خوش آب و هوا برود و کمی استراحت کند.دیمیتری به جزایر کریمه سفر کرد و کمکم سلامت خود را به دست آورد و بعد به سنت پترزبورگ بازگشت. او زیر نظر آ. وسکرسنکا شیمیدان بزرگ روسی به آموختن علم شیمی پرداخت و در سال 1855 با دریافت یک مدال طلا فارغ التحصیل و به تدریس در دبیرستان مشغول شد و کتاب شیمی آلی را منتشر کرد که اولین کتاب درسی شیمی آلی روسی بود. او به فرانسه و آلمان دعوت شد تا در کنفرانس ها شرکت کند. سپس با ارائه کتابی تحت عنوان اتحاد آب و الکل در زمینه شیمی صنعتی درجه دکتری گرفت و استاد شیمی در دانشگاه سن پترزبورگ شد. او چند کتاب با عنوان شیمی معدنی و اصول شیمی منتشر کرد که مرد توجه اساتید شیمی قرار گرفت.
در سال 1864 با دختری به نام فزووز لشوا در دانشگاه آشنا شد و ازدواج کرد. ثمره این ازدواج دو فرزند بود یک پسر به نام ولودیا و یک دختر به نام الگا. اما این ازدواج فرجام خوبی نداشت و به طلاق و جدایی منجر شد.

جدول تناوبی ، پیش از مندلیف

پیش از مندلیف ، شیمیدان انگلیسی به نام "ژ.آ.نیولندز" ، اثر خویش را درباره تناوب خواص بعضی عنصرها برحسب وزن اتمی متزایدشان منتشر کرد. اثر وی از طرف انجمن شیمی رد شد و یکی از همکارانش ، ریشخندانه به وی گفت که شاید با تنظیم عنصرها به ترتیب الفبایی بازهم بتواند کشف مفیدتری بکند.
دز زمان مندلیف ، تنها 60 عنصر شناخته شده بود. بعد از مرگ وی ، دهها شیمیدان با پیروی از راه نبوغ‌آمیز او ، عنصرهای تازه‌ای کشف کردند و این عنصرهای تازه و آن ترکیبهای نوین به مفهوم رده‌بندی وی راه یافتند.
رده‌بندی دوره‌ای مزبور در بررسی طیف‌ها ، تایید شد. با تنظیم طیف عنصرها برحسب رده‌بندی ،دانشمند جوان انگلیسی ، به نام "هانری موزلی" در سال 1913 قانون دیگری کشف کرد که در دستگاه مندلیف جاری است. کاشف مزبور ، مفهوم شماره ترتیب عنصرهای این رده‌بندی را روشن کرد. او ثابت کرد که این بار هسته مرکزی است که بطور قطع ، برابر شماره ترتیب عنصر است و در اتم ، بسیار اهمیت دارد و به همان اندازه که الکترونها بوسیله این بارها به هسته مرکزی وابسته‌اند، در مدارهای خود به دور آن هسته می‌گردند.
خلق جدول مندلیف

قانون تناوبی

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 ، منوط به 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 مهمشان 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.

چینش عناصر در جدول تناوبی

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 پیشگوهای درخشانی درباره وجود و خواص چندین عنصر جدید را ارائه دهد. بنابراین مطابق با این فکر ، جدولی درست کرد و 63 عنصر شناخته شده را به ترتیب جرم اتمیشان در جدول قرار داد.
تعداد عناصر در سطرهای جدول یکی نبود، مثلاٌ سطر پنجم 32 عنصر داشت، در حالی‌که سطر ششم فقط شامل 6 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. در سال 1869 جدول عجیبی را تنظیم کرد که عناصر بر اساس خواص مواد در خانه های عمودی و افقی قرار گرفته شده بود . به یان ترتیب این جدول از سبک ترین عنصر ینی هیدروژن آغاز و به سنگین ترین آنها یعنی اورانیوم خاتمه پیدا می کرد . دیمتری عاشق خواهر دوستش پوپوف شد لذا با او ازدواج کرد که ثمره یان ازدواج چهار فرزند بود . دیمتری برای خلق عجیب و غریبش مورد تمسخر اعضای انجمن و شیمیدانان روسیه قرار گرفت ، ولی فقط لوتادمیر دانشمند بزرگ شیمی بود که او را تشویق به ادامه کارش می کرد . در سال های بعد اسکاندیوم و ژورمانیم را کشف کردند که مندلیف این عناصر را هم در جدولش قرار داد .

میزان استقبال از جدول مندلیف در آن زمان

جدول مندلیف که پیش بینی وجود 92 عنصر را می‌نمود، جز "لوتر مایز" که یک سال بعد از مندلیف ، جدولی مشابه با جدول مندلیف انتشار داده بود، طرفداری نداشت.

پیش‌بینی‌های مندلیف در جهان علم

پیش‌بینی‌های عجیب مندلیف ، زمان درازی به صورت مثلهای 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، سکاندیوم و ژرمانیوم نامیده شدند. در میان سه عنصری که مندلیف پیش بینی کرده بود اکاسیلیسیوم بعد از سایرین کشف شد(1887) و کشف آن بیش از کشف دو عنصر دیگر ، مرهون یاری بخت و تصادف مساعد بود.

تایید پیش‌گویی‌های مندلیف

در واقع ، کشف گالیوم توسط "بوابودران" (1875) مستقیماٌ توسط روشهای طیف سنجی‌اش بود و جداکردن سکاندیوم توسط "نیلسون" و "کلو" (1879) مربوط به بررسی دقیق خاکهای نادر بود که در آن زمان اوج گرفته بود. اندک اندک همه پیش‌گویی‌های مندلیف تحقق یافتند. آخرین تائید در مورد وزن مخصوص سکاندیوم فلزی بود.
در سال 1937 ، "فیشر" شیمیدان آلمانی ، موق به تهیه سکاندیوم با درجه خلوص 98% شد. وزن مخصوص آن ، 3 گرم بر سانتی‌متر مکعب بود. این دقیقاٌ همان رقمی است که مندلیف پیش‌بینی کرده بود. در پاییز سال 1879 "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. »

شهرت جهانی مندلیف

علاوه بر آنچه گفته شد، با اکتشاف آرگون در سال 1894 و هلیوم و اینکه جدول مندلیف وجود نئون 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.

مهاجرت

دیمتری مردی آزادی خواه و خستگی ناپذیر و علاقه مند به مسائل اجتماعی بود لذا مورد انتقاد از سوی دولت تزار قرار گرفت . وقتی حکومت تزار او را سد راه خود دیدند وی را به کشورهای خارجی فرستادند تا از روسیه دور باشد . مندلیف به پاریس رفت و در آزمایشگاه ورتس شیمیدان فرانسوی مشغول به کار شد . وپمدتی را هم به همکاری با بونزن شیمیدان و فیزیکدان آلمانی پرداخت . سپس به آمریکا سفر کرد و از چاه نفتی پنسسیلوانیا بازدید به عمل آورد . مندلیف هنگام کسوف سال 1906 به فرانسه رفت و برای تحقیق فضایی با بالون به هوا پرواز کرد
او در همان سال در لیست نامزدهای جایزه نوبل قرار گرفت ولی به دلیل این که « مواسان » شیمیدان فرانسوی یک رای بیش از او آورد این جایزه به مندلیف نرسید . مندلیف یکی از چهره ها و شخصیت های دوست داشتنی نزد مردم روسیه بود . لذا به هنگام جنگ روس و ژاپن آنان از مندلیف خواستند که به کشورش باز گردد و قوت قلب مردم کشورش باشد .
از این رو سالهای آخر زندگی مندلیف در غم و نگرانی جنگ و خونریزی گذشت .

جدول مندلیف

مندلیف و لوتار میردر موردخواص عنصرهاو ارتباط انها بررسی های دقیق تری انجام دادندودر سال 1869م 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 میگرددوپس 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 میدادو 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 گروهها 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 گذاشتو ان عنصر را در جایی که تشابه خواص رعایت میشد 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 وپلاتینخواص 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 ا 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 مندلیفبه 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 انها 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 پرتوایکس 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 و گروههای 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 می گردد.
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 ظرفیتوعدد اکسایش:در هر دوره از عنصری به عنصر دیگریک واحد به تعداد الکترون ها ی ظرفیت افزوده میشود و تعداد این الکترونها 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

مرگ مندلیف

مندلیف دو دوم فوریه 1907 در 73 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 1938 با کشف آکتنیوم در پاریس پر شد.
مدلیف به کتاب های غپعلمی و تخیلی ژول ورن علاقه زیادی داشت و در اوقات فراغت به مطالعه این کتب می پرداخت . در سال 1907 هنگام مطالعه یکی از کتاب های ژول ورن بود که به آنفلوآنزا دچار شد . بسیاری از پزشکان سن پترزبورگ برای معالجه او تلاش زیادی کردند اما او بر اثر تب و عفونت گلو و سینه دوام نیاورد و در سن 73 سالگی چشم از جهان فروبست . از آن زمان به بعد همه خانه های جدول وی پر شد و آخرین خانه خالی در سال 1938 با کشف اکتینیم در پاریس پر شد و به این ترتیب جدول عجیب و غریب این شیمیدان پرکار به بار نشست . در سال 1955 عنصر شماره 101 این جدول نیز کشف شد و افتخار وی مندلیفیم نام گذاری شد .
منابع:
http://forum.parsigold.com
http://daneshnameh.roshd.ir
http://www.rahpouyan.com
http://www.articles.ir
/الف