آرایش الکترونی و جدول تناوبی
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.
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.
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.
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
در جدول تناوبی جدید که بر اساس آرایش الکترونی عنصرها مرتب شده است، عنصرها به چهار دسته تقسیم می شوند.
آ) عنصرهای اصلی دسته S : همگی فلز هستند ( به جز H و He ) و تنها یک یا دو الکترون در اوربیتال S لایه ظرفیت آنها وجود دارد.
- گروه 1 ( IA ) با آرایش nS1 به خانواده فلزهای قلیائی مشهورند و خاصیت فلزی دارند.
- گروه 2 ( IIA ) با آرایش nS2 به خانواده فلزهای قلیائی خاکی مشهورند و خاصیت فلزی دارند.
ب) عنصرهای اصلی دسته P : در این سری از عنصرها که اوربیتال P آنها در حال پر شدن می باشد جزو عنصرهای اصلی بوده و شامل برخی از فلزها و تمامی نافلزها و گازهای نجیب می باشند.
گروه 13 ( IIIA ) با آرایش nS2, nP1 اغلب خاصیت آمفوتری دارند.
گروه 14 ( IVA ) با آرایش nS2, nP2
گروه 15 ( VA ) با آرایش nS2, nP3 خاصیت نافلزی دارند.
گروه 16 ( VIA ) با آرایش nS2, nP4 خاصیت نافلزی دارند.
گروه 17 ( VIIA ) با آرایش nS2, nP5 به خانواده هالوژنها مشهورند و خاصیت نافلزی دارند.
گروه 18 ( VIII ) با آرایش nS2, nP6 به خانواده گازهای نجیب مشهورند و فعالیت شیمیائی ندارند.
پ) عنصرهای دسته d ( عنصرهای واسطه ) : عنصرهای که اوربیتال nS لایه ظرفیت آنها یک یا دو الکترون و اوربیتال (n-1) d آنها در حال پر شدن است، به نام عنصرهای واسطه مشهورند. همگی فلز می باشند و در ده ستون میان گروههای 2 ( IIA ) و 13 ( IIIA ) قرار دارند.
ت) عنصرهای دسته f ( عنصرهای واسطه داخلی ) : عنصرهای که اوربیتال nS لایه ظرفیت آنها یک یا دو الکترون و اوربیتال ( n-2 )f آنها در حال پر شدن است، به نام عنصرهای واسطه داخلی مشهورند و به دو سری تقسیم می شوند.
سری لانتانیدها : عنصرهای که اوربیتال 4f آنها در حال پر شدن است. این عنصرها به نام لانتانیدها و یا خاکهای کمیاب مشهورند و شامل 14 عنصر از سریم ( Ce58) تا لوتسیم ( Lu71) می باشند. مکان اصلی این عنصرها در خانه شماره 57 کنار عنصر لانتان می باشد که آنها را به پایین جدول انتقال داده اند.
سری آکتینیدها : عنصرهای که اوربیتال 5f آنها در حال پر شدن است. این عنصرها به نام آکتینیدها مشهورند و شامل 14 عنصر از توریم ( Th90) تا لورانسیم ( Lr103) می باشند. همگی جزو عنصرهای سنگین و رادیو اکتیو هستند و اغلب به طور مصنوعی تهیه می شوند. مکان اصلی این عنصرها نیز در خانه شماره 89 کنار عنصر آکتینیم می باشد.
مشابهت جدول تناوبی با آرایش الکترونی اتمها را می توان به این صورت به خاطر سپرد.
1s 2s, 2p 3s, 3p 4s, 3d, 4p 5s, 4d, 5p 6s, 4f, 5d, 6p 7s, 5f, 6d, 7p
در هر دوره اگر شماره دوره را n در نظر بگیریم وضعیت شماره لایه برای هر اوربیتال به این صورت است. nS , nP - nS , (n-1)d - nS , (n-2)f
عنصرهای دسته S ( فلزهای قلیائی و قلیائی خاکی ) از دوره اول شروع می شوند.
عنصرهای دسته P ( نافلزها ) از دوره دوم شروع می شوند.
عنصرهای دسته d ( فلزهای واسطه ) از دوره چهارم شروع می شوند.
عنصرهای دسته f ( عنصرهای واسطه داخلی ) از دوره ششم شروع می شوند. لانتانیدها 4f دوره ششم و آکتینیدها 5f در دوره هفتم قرار دارند.
منبع:bmirzaie.blogfa.com و jumptochem
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 :
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:
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:
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
در جدول تناوبی جدید که بر اساس آرایش الکترونی عنصرها مرتب شده است، عنصرها به چهار دسته تقسیم می شوند.
آ) عنصرهای اصلی دسته S : همگی فلز هستند ( به جز H و He ) و تنها یک یا دو الکترون در اوربیتال S لایه ظرفیت آنها وجود دارد.
- گروه 1 ( IA ) با آرایش nS1 به خانواده فلزهای قلیائی مشهورند و خاصیت فلزی دارند.
- گروه 2 ( IIA ) با آرایش nS2 به خانواده فلزهای قلیائی خاکی مشهورند و خاصیت فلزی دارند.
ب) عنصرهای اصلی دسته P : در این سری از عنصرها که اوربیتال P آنها در حال پر شدن می باشد جزو عنصرهای اصلی بوده و شامل برخی از فلزها و تمامی نافلزها و گازهای نجیب می باشند.
پ) عنصرهای دسته d ( عنصرهای واسطه ) : عنصرهای که اوربیتال nS لایه ظرفیت آنها یک یا دو الکترون و اوربیتال (n-1) d آنها در حال پر شدن است، به نام عنصرهای واسطه مشهورند. همگی فلز می باشند و در ده ستون میان گروههای 2 ( IIA ) و 13 ( IIIA ) قرار دارند.
ت) عنصرهای دسته f ( عنصرهای واسطه داخلی ) : عنصرهای که اوربیتال nS لایه ظرفیت آنها یک یا دو الکترون و اوربیتال ( n-2 )f آنها در حال پر شدن است، به نام عنصرهای واسطه داخلی مشهورند و به دو سری تقسیم می شوند.
سری لانتانیدها : عنصرهای که اوربیتال 4f آنها در حال پر شدن است. این عنصرها به نام لانتانیدها و یا خاکهای کمیاب مشهورند و شامل 14 عنصر از سریم ( Ce58) تا لوتسیم ( Lu71) می باشند. مکان اصلی این عنصرها در خانه شماره 57 کنار عنصر لانتان می باشد که آنها را به پایین جدول انتقال داده اند.
سری آکتینیدها : عنصرهای که اوربیتال 5f آنها در حال پر شدن است. این عنصرها به نام آکتینیدها مشهورند و شامل 14 عنصر از توریم ( Th90) تا لورانسیم ( Lr103) می باشند. همگی جزو عنصرهای سنگین و رادیو اکتیو هستند و اغلب به طور مصنوعی تهیه می شوند. مکان اصلی این عنصرها نیز در خانه شماره 89 کنار عنصر آکتینیم می باشد.
مشابهت جدول تناوبی با آرایش الکترونی اتمها را می توان به این صورت به خاطر سپرد.
1s 2s, 2p 3s, 3p 4s, 3d, 4p 5s, 4d, 5p 6s, 4f, 5d, 6p 7s, 5f, 6d, 7p
در هر دوره اگر شماره دوره را n در نظر بگیریم وضعیت شماره لایه برای هر اوربیتال به این صورت است. nS , nP - nS , (n-1)d - nS , (n-2)f
عنصرهای دسته S ( فلزهای قلیائی و قلیائی خاکی ) از دوره اول شروع می شوند.
عنصرهای دسته P ( نافلزها ) از دوره دوم شروع می شوند.
عنصرهای دسته d ( فلزهای واسطه ) از دوره چهارم شروع می شوند.
عنصرهای دسته f ( عنصرهای واسطه داخلی ) از دوره ششم شروع می شوند. لانتانیدها 4f دوره ششم و آکتینیدها 5f در دوره هفتم قرار دارند.
منبع:bmirzaie.blogfa.com و jumptochem
