تدوین جدول تناوبی عناصر

نیوتن در سال 1666 به وسیله منشور، نور خورشید به هفت رنگ رنگین کمانی تجزیه نمود. بعدها ژوزف فراونهوفر (1) آلمانی (1826-1787) به کمک یک عدسی، اشعه ی خورشید را متمرکز کرد و از شکاف باریکی گذراند و بر منشوری تاباند. او به وسیله یک ذره بین، طیف پیوسته خورشید را که در آن خطوط تاریک زیادی دیده می شد، مورد مطالعه قرار داد. این خطوط که در زمینه ی طیف هفت رنگ خورشید نسبت به یکدیگر وضع ثابتی داشتند، خطوط فراونهوفر نامیده شده اند.
گوستاو روبرت کیرشهوف (2) (1875-1824) سازنده ی طیف نما (اسپکتروسکوپ) و روبرت ویلهلم بونزن (3) (1899-1811) دو شیمیدان آلمانی قرار گذاشتند که برای مطالعه ی خطوط طیفی با هم تشریک مساعی کنند. آنان ضمن سوزاندن مواد مختلف جلوی شکاف اسپکتروسکوپ، خطوط طیفی را که به این وسیله ایجاد می شد یادداشت می کردند. تا اینکه توانستند فهرستی از طیف اجسام مختلف را تهیه کنند. برای مثال رنگ زرد در طیف، علامت وجود عنصر سدیم، و رنگ قرمز نشانه ی وجود لیتیوم بود.
آنان نتیجه ای را که آنگستروم (4) سوئدی بدست آورده بود، تأیید کردند، و اظهار داشتند که خطوط طیفی بعضی از فلزات بر خطوط طیفی خورشید منطبق می گردد. و از اینجا چنین نتیجه می شود که کره خورشید برخلاف نظر ارسطو و سایرین، شامل تمام این فلزات یعنی سدیم، لیتیوم و غیره می باشد... اما چرا این خطوط تاریک هستند، در حالیکه می بایست درخشان باشند.
«در سال 1860 کیرشهوف از این راز نیز پرده برداشت، و توانست قانون عمومی این مطلب را بیان کند: طبق این قانون وقتی که شعاع نورانی قبل از رسیدن به اسپکتروسکوپ از داخل طبقه ای گاز عبور کند، این گاز در طیف شعاع مزبور، تشعشاتی را که خود آن درحال عادی ایجاد می کند جذب می نماید.» (5)
برای مثال بخار سدیم موجود در جو خورشید خط زرد درخشان مربوط به سدیم موجود در خورشید را در طیف خاموش می کند و در جای آن فقط خط تاریکی باقی می گذارد.
شکل 1- نمایش اصل کیرشهوف
در سال 1860 بونزن هنگامی که یکی از املاح معدنی را مورد مطالعه قرار می داد، در طیف آن، خطوط ضعیفی را مشاهده کرد که در کاتالوگ وجود نداشت. بنابراین استدلالی کرد که شباهت با استدلال لووریه (6) هنگام کشف سیاره نپتون داشت. او اظهار داشت: چون این خطوط در طیف هیچیک از عناصر موجود یافت نمی شود، بنابراین به طور حتم، وجود عنصر ناشناسی را اعلام می کند. سرانجام آنها توانستند پس از جداسازی عناصر این نمک از یکدیگر، دو فلز جدید به نامهای روبیدیم، و کوریوم را کشف کنند. این بهره برداری موجب شد که عده زیادی از شیمیدانان برای استفاده از این رگه ی نوید دهنده هجوم آورند. برای مثال در سال 1862 ویلیام کروکس، تالیوم را با همین روش کشف کرد. آنگاه دانش اسپکتروسکوپی علم جدیدی شد که به پیشرفت علوم شیمی، فیزیک، زمین شناسی و نجوم کمکهای فراوانی نمود.
معلوم شد که هر عنصری در طیف خود دارای خطوطی معین و مشخص می باشد. آنچه به ویژه اهمیت دارد این است که این دسته خطوط برای هیچ یک از عناصر تکرار نمی شود. علاوه بر این، طیف خطی هر عنصر به نوع ترکیب شیمیایی مجموعه اش بستگی ندارد. بنابراین علل طیفی آنها را باید در خواص اتمی آنها جستجو کرد. عده ای بر این نظر بودند که چون عوامل درونی اتمها پدید آورنده ی طیف خطی است، پس می بایستی اتم دارای اجزائی باشد.
از اواخر قرن هجدهم که شیمی به صورت یک علم واقعی درآمد فقط شیمی معدنی مورد توجه قرار داشت. زیرا مواد‌ آلی، بسیار اسرار آمیز به نظر می رسیدند و عده ای در این موضوع تردید داشتند که الکل، کره، قند و ادرار از قوانین عادی شیمی، از قبیل قوانین نسبتهای معین و نسبتهای مضاعف پیروی کنند.
حتی شیمیدانهایی چون برزلیوس و اشتال ایجاد مواد شیمی آلی را به طور مصنوعی غیرممکن می دانستند، و می گفتند که در تشکیل آنها یک نوع نیروی حیاتی دخالت دارد.
در سال 1834 ژان باتیست دومای (7) فرانسوی (1884-1800) نشان داد که در شیمی آلی نیز مانند شیمی معدنی خانواده های واقعی وجود دارد. برزلیوس از اتم گفتگو می کرد، و دوما از مولکول، بدون اینکه به کنه مطالب خود پی ببرند. و چون هیچ کدام نمی دانستند که بعضی از اجسام ساده فقط به صورت مولکول ظاهر می شوند نه اتم، دچار سردرگمی شده بودند.
در سال 1858 اوگوست ککوله آلمانی (8) (1896-1829) یکی از شاگردان دوما هنگام تفکر در مورد وضع اتمها نسبت به یکدیگر در داخل مولکول به او الهام گردید که ترکیب اجسام را نمی بایستی به وسیله ی فرمولهایی چون H2O و H2SO4 نمایش داد. بلکه می توان آنها را به وسیله ی تصاویر کوچک یا فرمولهای گسترده توضیح داد. تا اینکه لویی پاستور فرانسوی (9) (1895-1822) در سال 1848ملاحظه کرد که بعضی محلولهای اسید تارتریک، نور قطبی شده را به طرف راست و بعضی دیگر به طرف چپ منحرف می سازند. و عده ای نیز اصلاً آن را منحرف نمی کنند. (که توضیح این پدیده به وسیله ی آن فرمولهای گسترده نیز ممکن نبود.)
«سرانجام در سال 1874 دو نفر دانشمند مستقل از یکدیگر موضوع تقارن مولکولی دو محلول متفاوت اسید تارتریک را توضیح دادند. یکی از اینها ژوزف آشیل لوبل (10) (1930-1847) از فرانسه، و دیگری ژاکوب هندریک وانتهوف (11) هلندی بود. آنان اظهار داشتند که مولکولهای متقارن را نمی توان به وسیله ی فرمولهای گسترده ککوله توضیح داد و اصولاً فرمولهای مسطح کافی نیستند و می بایستی از فرمولهای فضایی استفاده کرد.» (12)‌تا اینکه فردریک وهلر (13) (1882-1800) توانست با ساختن اسید سیانیک، ترکیب اوره را بدست بیاورد. او اعلام نمود که می توان بدون نیاز به کلیه ی حیوان یا انسان اوره را تهیه کرد. ولی طرفداران قدرت حیات (ویتالیستها) در این مورد نظر دادند که اوره را می بایستی به عنوان سرحد شیمی آلی و شیمی معدنی به حساب آورد. تا اینکه مارسلن برتلو (14) (1907-1827) دانشمند فرانسوی در سال 1863 توانست فقط با تولید جرقه ی الکتریکی مابین دو الکترود زغالی در داخل محیط هیدروژنی، استیلن را تهیه کند. این بار تولید مصنوعی اجسام آلی دیگر حقیقت غیرقابل انکاری بود. به ویژه اینکه برتلو در همین حد نیز متوقف نماند، و از استیلن ساخته شده استفاده کرد. و در ابتدا بنزین و سپس نفتالین ساخت. و به این ترتیب به علم شیمی وحدت موضوعی بخشید. بعدها نیز معلوم گشت که جهان شیمی آلی در حقیقت از ترکیب چهار عنصر اکسیژن، کربن، ازت و هیدروژن تشکیل شده که به مقادیر مختلفی با یکدیگر ترکیب می گردند.
مایکل فارادی (15) انگلیسی (1867-1791) شاگرد همفری دیوی در سال 1834 پی برد که اگر از محلولهای مواد مختلف (که مولکولهای آنها از اتمهای یک ظرفیتی تشکیل شده باشد) به مقدار مساوی، برقی معادل 96484/52 کولن عبور دهیم، همواره در اطراف الکترودها مقدار ماده ای برابر با یک اتم گرم پدیدار خواهد گشت. برای مثال از الکترولیز نمک طعام همواره 23 گرم فلز سدیم و 37/5 گرم گاز کلر پدید می آید. در نتیجه کمترین مقدار باری که یک یون با خود حمل می کند معادل (CGS)4/802=〖10〗^(-10) e = می باشد (واحد الکترواستاتیکی الکتریسیته).
جورج جونستون استونی (16) (1911-1826) اهل ایرلند در سال 1891، این کمترین مقدار بار منفی را الکترون نامید و بدین ترتیب الکترون به عنوان اتم الکتریسیته برگزیده شد. (کلمات الکترون و الکتریسیه از واژه ی الکترای یونانی به معنی کهربا مشتق شده اند.) اما پذیرش ساختمان اتم وار الکتریسیته مشکل می نمود. زیرا در این صورت تصور راحت و معمولی از برق به مثابه جریانی پیوسته که بدون اشکال در اجسام نفوذ می نماید در هم ریخته می شد.
شکل 2- عمل الکترولیز
ماکسول در سال 1873 احتمال می داد که در الکترولیت، مولکولها با مقدار معینی الکتریسیته بار شده باشند، ولی به نظر او این فرضیه ی جالب منجر به اشکالات زیادی می شد. تا اینکه هلمهولتز(17) (1894-1821) در سال 1881 در مراسم یادبود مایکل فارادی برای نخستین بار به طور واضح و آشکار فکر ساختمان مولکولی الکتریسته را اعلام نمود. وی با همه ی این حرفها از نظر علم، ایده ی الکترون احتیاج به دلایل و مدارک تجربی نیز داشت. از اینرو کسانی چون پلوکر و کروکس شروع به تجسس الکترونها در پدیده هایی نظیر قابلیت هدایت گازها کردند.
در سالهای (1829-1816) یک شیمیدان آلمانی به نام یوهان ولفگانگ دوبراینر(18) (1849-1780) نتیجه ی مطالعات خود را در مورد طبقه بندی عناصر بر حسب خواص شیمیایی مشابه آنها منتشر نمود، و آنها را به گروههای سه تایی تقسیم کرد. به طوری که جرم اتمی یکی از آنها معادل میانگین جرمهای اتمی دوتای دیگر است. برای مثال
گروههای دوبراینر را گروههای سه گانه یا تریادها (19) نامیدند. اما این گونه گروه بندی سه تایی فقط در مورد چند عنصر محدود ماند، و این پرسش مطرح شد که در مورد عناصر دیگر چه باید گفت؟ با جود این، مشاهده های دوبراینر نشان داد که میان خواص شیمیایی عناصر و جرم اتمی آنها روابطی وجود دارد.
بعد از 25 سال نظریه ی سه تایی عناصر، بسط داده شد و عناصر به گروههای چهارتایی و پنج تایی با خواص شیمیایی متشابه تقسیم شدند. برای مثال
در سال 1863، جان الکساندر راینا نیولندز (20) (1898-1873) دانشمند انگلیسی پس از آنکه عناصر را به ترتیب افزایش جرم اتمی شان تنظیم کرد، بدین نکته پی برد که از هر کجا که شروع کنیم عناصر «هفت درمیان» دارای خواص مشابه اند. (مانند نت هشتم در موسیقی.) نیولندز این رابطه را قانون اکتاوها هشت تایی نامید.

O	N	C	B	Be	Li	H
S	P	Si	Al	Mg	Na	F
Fe	Mn	Ti	Cr	Ca	K	Cl
Se	As	In	Y	Zn	Cu	Co, Ni
Ro, Ru	Di , Mo	Zr	Ce, La	Sr	Rb	Br
Te	Sb	U	Sn	Cd	Ag	Pd
AU	Nb	W	Ta	Ba, V	Cs	I
Th	Bi	Pb	Tl	Hg	Os	Pt, Ir

جدول 1- جدول تناوبی نیولندز
این سیستم تناقضات زیادی را در برداشت و فقط برای 16 عنصر نخستین، کاملاً درست بود. ولیکن بر پاپه ی یک فرضیه ی صحیح بنا نهاده شده بود که در آن خواص عناصر بر حسب دوره های معین با افزایش جرم اتمی تغییر می کردند.
سرانجام در سال 1869 دیمیتری ایوانویچ مندلیف(21) (1907-1834) شیمیدان روسی، 63 عنصر شناخته شده ی زمان خود را با توجه به نکات زیر در یک جدول تنظیم کرد.
«1- عناصر شناخته شده را با افزایش جرم اتمی مرتب نمود، و آنها را در یک ردیف قرار داد. سپس عناصر متشابه (خانواده های شیمیایی) را در یک ستون زیر هم نوشت.
2- جرم اتمی کلیه ی عناصر شناخته شده ی زمان خود را به طور دقیق تر حساب کرد.
3- برای اینکه عناصر متشابه، زیر هم قرار بگیرند، عناصر هر ستون را به دو دسته تقسیم نمود؛ یک دسته به نام عنصرهای اصلی و دیگری، عناصر فرعی بودند.
4- در چند مورد ترتیب صعودی جرم اتمی را رعایت نکرد. برای مثال تلور به جرم اتمی 128 را قبل از ید به جرم اتمی 127 نوشت. تا این عنصر بتواند در زیر متشابهین خود قرار بگیرد (بعدها معلوم شد که در حقیقت ترتیب همه ی عناصر جدول مندلیف بر حسب افزایش عدد اتمی آنهاست).
5- در بعضی از خانه های جدول بیش از یک عنصر قرار دارد.
6- بعضی از خانه های جدول را خالی گذاشت و معتقد بود که آن خانه ها محل عناصر کشف نشده ی موجود در طبیعت است.» (22)
در جدول مندلیف فقط 36 عنصر از اصل تصاعدی جرم اتمی پیروی می کردند. برای 20 عنصر این اصل نقض شده بود، و برای 7 عنصر باقیمانده هم، مندلیف جرم اتمی آنها را طبق جدول خود تصحیح نمود. او به قدری به سیستم طبقه بندی خود اطمینان داشت که براساس آن خواص اصلی عناصر را که هنوز کشف نشده بود پیشگویی کرد. (برای آنها در جدول خود خانه های مناسبی را نیز خالی گذاشته بود.) بسیاری از این عناصر نیز با همان خواص پیش بینی شده به زودی کشف شدند. برای مثال: اسکاندیوم نمره 21 در سال 1875، گالیوم نمره 31، در سال 1879، ژرمانیوم نمره 32 در سال 1886، رنیوم نمره 75 در سال 1925 و تکنسیوم نمره 43.
یولیوس لوترمایر (23)‌یا لوتارمیر (1895-1830) شیمیدان آلمانی، یکسال بعد از عرضه شدن جدول مندلیف، جدول متشابهی را در سالنامه های لیبیگ انتشار داد.
مایر سرتاسر جدول عنصرها را از نظر حجم اتمی و نسبت به جرم اتمی بررسی کرد، و نموداری بدست آورد که شبیه یک سلسله امواج پشت سرهم بود. کمبود اصلی جدول مایر آن بود که در آن وجود هیچ عنصر ناشناخته ای پیش بینی نشده بود.
به هر حال، مندلیف به کشف الفبای طبیعت بسیار نزدیک شده بود. سیستم تناوبی عناصر جدول او حدت مباحث فلسفی دیرینه ی ارسطویی و دموکریتوسی درباره ی طبیعت عناصر را تا حد زیادی فرو نشاند. در قسمت افقی جدول، تغییرات نامرئی خواص اتم دموکریتوس یعنی جرم اتمی نمودار می شود(کمیت). و در قسمت عمودی آن، عناصر به طور طبیعی در خانواده های شیمیایی دسته بندی می شوند. اعضای هر خانواده ی شیمیایی دارای خواص مشترک و مشخص اند که با کیفیت های قدیمی ارسطو قوم و خویشند. از قرار معلوم لاگرانژ گفته است:
«نیوتن خوشبخت بود چون سیستم جهانی را فقط یکبار می توان تعیین کرد.»
مندلیف نیز سیستم جهان شیمی را معین کرد، که این را هم فقط یکبار می توان معین کرد. از آن به بعد، تلاش عده ای از دانشمندان صرف این شد که مجهولات، ابهامات، کاستیها و نواقص جدول مندلیف رفع شود. مقوله هایی چون عنصر، اتم، کمیت، کیفیت، خواص فیزیکی و شیمیایی عناصر مشخص تر شدند، و از همه مهمتر کنکاش در ساختمان داخلی خود اتم کم کم آغاز گردید.
برای همگان شگفت انگیز بوده و هست که تمام این جهان سرشار از رنگها، عطرها، کوهها و موجودات زنده تنها از چندین عنصر شناخته شده باشد. به علاوه شکل ظاهری اغلب این عناصر هم به طور معمول چندان خوشایند به نظر نمی رسد، و هیچ شباهتی به زیبایی های جهانی که بوجود آورده اند، ندارند.

عدد اتمی	نام عنصر	علامت عنصر	جرم اتمی	عدد اتمی	نام عنصر	علامت عنصر	جرم اتمی
	هیدروژن	H	1	55	سزیم	Cs	133
	هلیم	He	4	56	باریم	Ba	137
	لیتیم	Li	7	57	لانتان	La	139
	بریلیم	Be	9	58	سریم	Ce	140
	بور	B	11	59	پراسئودیمیم	Pr	141
	کربن	C	12	60	نئودیمیم	Nd	144
	نیتروژن (ازت)	N	14	61	پرومتیم	Pm	147
	اکسیژن	O	16	62	ساماریم	Sm	150/5
	فلوئور	F	19	63	اروپیم	Eu	152
	نئون	Ne	20	64	گادولینیم	Gd	157
	سدیم	Na	23	65	تربیم	Tb	159
	منیزیم	Mg	24	66	دیسپروزیم	Dy	162/5
	آلومینیم	Al	27	67	هولمیم	Ho	165
	سیلیسیم	Si	28	68	اربیم	Er	167
	فسفر	P	31	69	تولیم	Tm	169
	گوگرد	S	32	70	ایتربیم	Yb	173
	کلر	Cl	35/5	71	لوتسیم	Lu	175
	آرگن	Ar	40	72	هافنیم	Hf	178/5
	پتاسیم	K	39	73	تانتال	Ta	181
	کلسیم	Ca	40	74	تنگستن (ولفرام)	W	184

	اسکاندیم	SC	45	75	رنیم	Re	186
	تیتان	Ti	47	76	اسمیم	Os	190
	وانادیم	V	51	77	ایریدیم	Ir	192
	کروم	Cr	52	78	پلاتین	Pt	195
	منگنز	Mn	55	79	طلا	Au	197
	آهن	Fe	56	80	جیوه	Hg	200/5
	کبالت	Co	59	81	تالیم	Tl	204
	نیکل	Ni	58/5	82	سرب	Pb	207
	مس	Cu	63/5	83	بیسموت	Bi	209
	روی	Zn	65	84	پولونیم	Po	210
	گالیم	Ga	69/5	85	استاتین	At	210
	ژرمانیم	Ge	72/5	86	رادون	Rn	222
	ارسنیک	As	75	87	فرانسیم	Fr	223
	سلنیم	Se	79	88	رادیم	Ra	226
	برم	Br	80	89	آکتینیم	Ac	227
	کریپتون	Kr	83/5	90	توریم	Th	232
	روبیدیم	Rb	85/5	91	پروتاکتینیم	Pa	231
	استرنسیم	Sr	87/5	92	اورانیم	U	238
	ایتریم	Y	89	93	نپتونیم	Np	237
	زیرکونیم	Zr	91	94	پلوتونیوم	Pu	242

	نیوبیم	Nb	93	95	امریسیم	Am	243
	مولیبدن	Mo	96	96	کوریم	Cm	247
	تکنسیم	Tc	99	97	برکلیم	Bk	249
	روتنیم	Ru	101	98	کالیفورنیم	Cf	251
	رودیم	Rh	103	99	اینشتینیم	Es	254
	پالادیم	Pd	106/5	100	فرمیم	Fm	253
	نقره	Ag	108	101	مندلیوم	Md	256
	کادمیم	Cd	112/5	102	نوبلیم	No	254
	اندیم	In	114/5	103	لورنسیم	Lw	257
	قلع	Sn	118/5	104	کورچاتوویم	Ku	264
	انتیموان	Sb	121/5	105	هانیم	Ha
	تلور	Te	127/5	106
	ید	I	127	107
	گزنون (زنون)	Xe	131

پی نوشت ها :

1. Fraunhofer
2. Kirchhoff
3. Bunsen
4. Angstroem
5. تاریخ علوم، اثر پی یر روسو، ترجمه ی حسن صفاری، انتشارات امیرکبیر، صفحه 644
6. Le Verrier
7. Dumas
8. Kekule
9. Louis Pasteur
10. Lebel
11. Vanthoff
12. تاریخ علوم، پی یر روسو، صفحه 694
13. Woehler
14. Berthelot
15. Michael Farady
16. Stoney
17. Herman Von Helmholtz
18. Johan Wolfgang Dobereiner
19. Triads
20. J.A.Reina Newlands
21. Mendeleiev
22. شیمی عمومی (آموزشگاه فنی انرژی هسته ای ایران)، ‌اثر احمد قدس و.... انتشارات سازمان انرژی اتمی ایران، صفحه ی 25
23. Lother Mayer

منبع :ارزنده نیا، محمد، (1387) اتم و الفبای کتاب طبیعت، تهران: اطلاعات، کتابهای سپیده، چاپ سوم