یکی از راههای دستهبندی عناصر در جدول تناوبی، گروهها یا ستونهای عمودی جدول است. هر گروه شامل عناصری است که خواص شیمیایی مشابهی دارند. این تشابه به دلیل داشتن تعداد الکترونهای یکسان در لایه بیرونی اتمهای عناصر یک گروه است.
تاریخچه جدول تناوبی
در سال ۱۷۸۹، آنتوان لاوازیه، شیمیدان فرانسوی، تلاش کرد تا عناصر را در دو گروه فلز و نافلز طبقهبندی کند. حدود چهار دهه بعد، یوهان ولفگانگ دوبراینر، شیمیدان آلمانی، متوجه شباهتهایی در ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی برخی عناصر شد و آنها را به صورت گروههای سهتایی بر اساس افزایش وزن اتمی مرتب کرد.در سال ۱۸۶۰، در نخستین کنفرانس بینالمللی شیمی که در کارلسروهه برگزار شد، فهرستی اصلاحشده از عناصر و جرم اتمی آنها منتشر شد.
پس از آن، جان نیولندز، شیمیدان بریتانیایی، اولین فردی بود که عناصر را بر اساس افزایش جرم اتمی مرتب کرد. او به قانونی دست یافت که نشان میداد هر هشت عنصر، ویژگیهای مشابهی دارند؛ این قانون به «قانون هشتتایی» معروف شد.
در سال ۱۸۶۹، دمیتری مندلیف، دانشمند روسی، چارچوبی را طراحی کرد که بعدها به عنوان جدول تناوبی مدرن شناخته شد. او عناصر را بر اساس وزن اتمی مرتب کرد و حتی خواص برخی عناصر کشفنشده را نیز پیشبینی نمود. تفاوت اساسی میان جدول مندلیف و جدول تناوبی امروزی این است که در نسخه مدرن، عناصر بر اساس عدد اتمی مرتب شدهاند، در حالی که مندلیف آنها را بر پایه وزن اتمی دستهبندی کرده بود. اگرچه این دو روش در بسیاری از موارد مشابه هستند، اما در برخی موارد تفاوتهایی نیز دیده میشود.
گروههای جدول تناوبی
با پیشرفت در خالصسازی سنگ معدن، شیمیدانهای اولیه با عناصر بیشتری آشنا شدند و دریافتند که برخی از آنها رفتارهای شیمیایی مشابهی دارند. برای مثال، لیتیوم، سدیم و پتاسیم فلزاتی براق هستند که رسانایی خوبی برای گرما و برق دارند و ویژگیهای مشترکی نشان میدهند. بر همین اساس، مفهوم "گروه" در جدول تناوبی شکل گرفت.
گروهها در واقع ستونهای عمودی جدول تناوبی را تشکیل میدهند. عناصری که در یک گروه قرار دارند، دارای آرایش الکترونی بیرونی مشابهی هستند و در واکنشهای شیمیایی رفتار یکسانی از خود نشان میدهند. این گروهها از چپ به راست و با شمارههای ۱ تا ۱۸ نامگذاری شدهاند.
- گروه ۱: فلزات قلیایی
- گروه ۲: فلزات قلیایی خاکی
- گروه 3تا12: فلزات واسطه
- گروه 13: شبه فلزات
- گروه14: خانواده کربن
- گروه ۱۵: گروه نیتروژن
- گروه ۱۶: گروه اکسیژن
- گروه ۱۷: هالوژنها
- گروه ۱۸: گازهای نجیب
دورههای جدول تناوبی
به ردیفهای افقی جدول تناوبی که از چپ به راست گسترش مییابند، "دوره" گفته میشود. عناصر در یک دوره ویژگیهای فیزیکی مشابهی دارند.
در جدول تناوبی ۷ دوره وجود دارد:
- دوره اول: شامل ۲ عنصر
- دورههای دوم و سوم: هر کدام شامل ۸ عنصر
- دورههای چهارم و پنجم: هر کدام دارای ۱۸ عنصر
- دورههای ششم و هفتم: هر کدام شامل ۳۲ عنصر
دستهبندی عناصر شیمیایی
عناصر شیمیایی در جدول تناوبی به گروههای مختلفی تقسیم میشوند. در ادامه پارس هوا، انواع این عناصر و ویژگیهای آنها را مورد بررسی قرار میدهد.۱. فلزات
فلزات بخش بزرگی از جدول تناوبی را تشکیل میدهند و خود به چند گروه تقسیم میشوند:الف) فلزات قلیایی
- بیشتر عناصر گروه ۱ جدول تناوبی را شامل میشوند.
- براق و نرم هستند، به حدی که با چاقو قابل برشاند.
- واکنشپذیری بالایی دارند و در تماس با آب ممکن است منفجر شوند.
- این گروه از لیتیوم شروع شده و به فرانسیوم ختم میشود.
ب) فلزات قلیایی خاکی
- گروه ۲ جدول را شامل میشوند، از بریلیم تا رادیوم.
- دارای دو الکترون در لایه بیرونی خود هستند.
- نسبت به فلزات قلیایی واکنشپذیری کمتری دارند و واکنشهای آنها کندتر است.
- بهصورت خالص در طبیعت کمتر یافت میشوند.
ج) فلزات واسطه
- شامل گروههای ۳ تا ۱۲ جدول تناوبی هستند.
- معروفترین فلزات مانند طلا، نقره، آهن و مس در این دسته قرار دارند.
- ویژگیهای مشترک آنها شامل:
- سختی بالا
- چکشخواری
- براق بودن
- رسانایی خوب گرما و الکتریسیته
- نقطه ذوب و جوش بالا
- چگالی زیاد
د) فلزات واسطه داخلی
این دسته شامل دو گروه مهم است که در دو ردیف جداگانه در پایین جدول تناوبی قرار دارند:۱. لانتانیدها
- شامل ۱۵ عنصر با عدد اتمی ۵۷ تا ۷۱ است (از لانتانیم تا لوتسیم).
- رنگ سفید نقرهای دارند و در مجاورت هوا تغییر رنگ داده و کدر میشوند.
- ویژگیهای آنها:
- نرم هستند، اما سختی آنها به تدریج افزایش مییابد.
- مقاومت بالایی دارند.
- دارای خاصیت مغناطیسی هستند.
- نقطه ذوب بسیار بالایی دارند.
- در ترکیب با اکسیژن یا نیتروژن شکننده میشوند.
۲. اکتینیدها
- از اکتینیم (عدد اتمی ۸۹) تا لارنسیم (عدد اتمی ۱۰۳) را شامل میشوند.
- بسیاری از آنها بهطور طبیعی در زمین یافت نمیشوند و در آزمایشگاه ساخته میشوند.
- همگی رادیواکتیو هستند و خاصیت پرتوزایی بالایی دارند.
- دو عنصر توریم و اورانیوم به مقدار زیاد در طبیعت یافت میشوند.
- برخی از ویژگیهای این گروه:
- رنگ نقرهای دارند.
- انعطافپذیری و شکلپذیری بالایی دارند.
- چگالی و وزن بیشتری نسبت به سایر فلزات دارند.
- در مجاورت هوا بهسرعت دچار خوردگی میشوند.
- در واکنش با اسیدها به گاز تبدیل میشوند.
هـ) فلزات پس واسطه
- شامل عناصری مانند آلومینیوم، گالیم، ایندیم، تالیم، قلع، سرب و بیسموت هستند.
- دارای ویژگیهای فلزات واسطه، اما نرمتر از آنها.
- رسانایی الکتریکی و گرمایی پایینتری دارند.
متالوئیدها گروهی از عناصر هستند که ویژگیهایشان ترکیبی از فلزات و نافلزات جدول تناوبی است. این عناصر نه به طور کامل در دسته فلزات قرار میگیرند و نه در نافلزات، بلکه ویژگیهایی از هر دو گروه دارند. متالوئیدها در جدول تناوبی در امتداد یک خط زیگزاگ در قسمت بالایی سمت راست قرار گرفتهاند. برخی از مهمترین متالوئیدها عبارتند از:
۱. سیلیسیم
- در حالت خالص، واکنشپذیری بالایی دارد.
- ترکیبات آن در ماسه، سنگ و خاک یافت میشوند.
- رسانای ضعیف الکتریسیته است اما در تولید آلیاژها، شیشه، سرامیک و تراشههای کامپیوتری کاربرد گستردهای دارد.
۲. بور
- یک ماده کریستالی سخت با رنگ مشکی براق است.
- در طبیعت بهصورت آزاد یافت نمیشود و در برخی ترکیبات آتشفشانی حضور دارد.
- در دمای اتاق رسانای ضعیف الکتریسیته است، اما در دماهای بالا این خاصیت افزایش مییابد.
- در صنعت برای سختتر کردن فولاد، تولید شیشه و ترکیبات حشرهکش استفاده میشود.
نافلزات
نافلزات شامل طیف وسیعی از عناصر هستند؛ از گازهای بیرنگ گرفته تا جامدات براق و مقاوم. این دسته شامل عناصر زیر است:کربن، نیتروژن، فسفر، اکسیژن، گوگرد، سلنیوم و هیدروژن.
ویژگیهای نافلزات
- درخشندگی مشابه فلزات دارند.
- شکننده و غیرقابل چکشخواری هستند.
- چگالی آنها کمتر از فلزات اما بیشتر از گازها است.
- رسانایی آنها بسته به دما و ناخالصیهای موجود تغییر میکند.
گازهای نجیب
گازهای نجیب (بیاثر) عناصری هستند که واکنشپذیری بسیار کمی دارند و در گروه ۱۸ جدول تناوبی قرار دارند. این گازها بیرنگ، بیبو و غیرقابل اشتعالاند.گازهای نجیب شامل:
- هلیوم
- نئون
- آرگون
- کریپتون
- زنون
- رادون
- اوگانسون ماهیت آن بهطور دقیق مشخص نیست، اما احتمالاً مایع یا جامد است.
