الجدول الدوري للعناصر الكيميائية واسمائها وصفات كل عنصر
تطور جدول العناصر الكيميائيّة على يد علماء الكيمياء خلال القرنين الماضيين، وصولًا إلى نسخته الحديثة المتداولة في أيامنا هذه؛ أي الجدول الدوري الحديث (Periodic Table). فما هو الجدول الدوري، وكيف تطوّر، وما هي استخداماته؟
تعريف الجدول الدوري
تترتب العناصر الكيميائية في الجدول الدوري تبعًا لأعدادها الذرية المتزايدة، وتم تقسيمها في ثمانية عشر عمودًا (مجموعات) مرتبة من اليسار إلى اليمين وسبعة صفوفٍ أفقية (دورات) من الأعلى إلى الأسفل تبعًا لخصائصها المشتركة..
الأعمدة في الجدول الدوري الحديث
للعناصر في كل مجموعةٍ أو عمودٍ نفس عدد الإلكترونات في غلافها الخارجي (إلكترونات التكافؤ)، ويتشابه سلوكها من حيث تفاعلاتها الكيميائية مع غيرها من العناصر، وتقسم إلى مجموعاتٍ تُسمّى وفق الآتي:
- عناصر المجموعة 1: المعادن القلوية.
- عناصر المجموعة 2: المعادن القلوية الترابية.
- عناصر المجموعات من 3 حتى 12: المعادن الانتقالية.
- عناصر المجموعة 13: مجموعة بورون.
- عناصر المجموعة 14: مجموعة كربون.
- عناصر المجموعة 15: مجموعة نتروجين.
- عناصر المجموعة 16: مجموعة أكسجين.
- عناصر المجموعة 17: الهالوجينات.
- عناصر المجموعة 18: الغازات النبيلة أو الغازات الخاملة، وتكون مداراتها السطحية مشبعةً بالإلكترونات، فلا تدخل بتفاعلاتٍ كيميائيةٍ مع غيرها من العناصر.
الصفوف في الجدول الدوري الحديث
العناصر في كل صفٍ أو دورةٍ تحتوي على نفس عدد المدارات، بدءًا من مدارٍ واحدٍ في الصف العلوي، إلى سبعة مداراتٍ في الصف السفلي، وتتشابه الخصائص الفيزيائية للعناصر في كل صفٍ من الصفوف، التي تضم عناصر وفق الآتي:
- الصف الأول (الأقصر):عنصران فقط هما الهيدروجين والهليوم.
- الصفان الثاني والثالث (الدورات القصيرة): 8 عناصر.
- الصفان الرابع والخامس (الدورات الطويلة): 18 عنصرًا.
- الصفان السادس و السابع: 32 عنصرًا.
من سمات الجدول الدوري الحديث المميزة اكتشاف عناصر جديدة؛ إذ تمّ إدخال اللانثانيدات (Lanthanide)؛ وهي العناصر الأرضية النادرة على الجدول، وشغلت المجموعة الثالثة من الصف السادس، والأكتينيدات (Actinide)؛ وهي عناصر مشعة، على المجموعة الثالثة من الصف السابع..
ترميز مجموعات الجدول الدوري بالألوان
يتم ترميز العناصر في كل مجموعةٍ أو عمودٍ بلونٍ معينٍ حتى تكون أوضح ويسهل تمييزها، كما تُوضع العناصر من 57 إلى 71 ومن 89 إلى 103 في صفوفٍ منفصلةٍ أسفل الجدول الدوري.
التعبير عن العنصر في الجدول الدوري الحديث
- الرقم الذري (Atomic Number): الرقم الموجود أعلى كل عنصرٍ، يُعبِّر عن عدد البروتونات في نواة الذرة، وهو مساوٍ لعدد الإلكترونات على مداراتها.
- رمز العنصر: اختصارٌ لاسم العنصر، وغالبًا ما يُمثل الحرف الأول من اسم العنصر كالأكسجين أو الكربون، وفي حالاتٍ أخرى يكون لرمز العنصر أبعاد تاريخية، فقد اشتق رمز البوتاسيوم ـ K من اسمه اللاتيني (Kalium)، والزئبق Hg من اسمه اليوناني (Hydrargyrum)، والذي يعني الفضة السائلة.
- الوزن الذري (Atomic Mass): الرقم الموجود في أسفل كل عنصرٍ، متوسط كتلة نظائر العنصر، بما في ذلك جميع الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات، تتماثل النظائر من حيث عدد البروتونات، وتتباين من حيث عدد النيوترونات..
نشأة الجدول الدوري وصولًا إلى الجدول الدوري الحديث
ابتكر الفيزيائي جون دالتون (John Dalton) عام 1804 النظرية الذرية للمادة، والتي أتاحت المجال أمام تحديد كتل العناصر المعروفة آنذاك، كما أسّس همفري ديفي (Humphry Davy) ومايكل فاراداي (Michael Faraday) لعلم الكيمياء الكهربائية، مما سمح بالتعرّف على المزيد من العناصر. بحلول عام 1829، قام الكيميائي الألماني يوهان فولفجانج دوبرينير (Johann Wolfgang Doberiner) بتقسيم العناصر ذات الخصائص المتشابهة في مجموعاتٍ تضم كل منها ثلاثة عناصرَ؛ هي:
- الكلور، والبروم، واليود.
- الكالسيوم، والسترونتيوم، والباريوم.
- الكبريت، والسيلينيوم، والتيلوريوم.
- الحديد، والكوبالت، والمنغنيز.
في عام 1859 اكتشف الفيزيائيان روبرت بنزن (Robert Bunsen) وغوستاف روبرت كيرشهوف (Gustav Robert Kirchoff) التحليل الطيفي، والذي مهد الطريق أمام اكتشاف العديد من العناصر الجديدة، وفهم العلاقات فيما بينها.
رتب الكيميائي جون ألكسندر رينا نيولاندز (John A. R Newland) في عام 1864 العناصر الكيميائية تبعًا لأوزانها الذرية من الأدنى إلى الأعلى، ولاحظ تشابه خصائص العناصر التي يفصل بينها ثمانية مواضعَ، فخصائص العنصر الأول تتشابه مع خصائص العنصر التاسع وخصائص العنصر الثاني مع العنصر العاشر وهكذا.
توّصل بذلك لما يُعرف بقانون Octaves، وفي وقتٍ لاحقٍ من ذالك العام، قسّم الكيميائي الألماني يوليوس لوثر ماير (Julius Lothar Meyer) العناصر في مجموعاتٍ وفقًا لخصائصها الكيميائية، ونظمها حسب أوزانها الذرية المتزايدة..
نشر الكيميائي الروسي ديمتري مندلييف (Dmitri Mendeleev) جدوله الدوري في عام 1869، والذي يُعتبر أصل الجدول الدوري الحديث اليوم، إذ قام بترتيب جميع العناصر المعروفة وفقًا لخصائص مماثلة لما سبق، ولم يُسلّم مندليف للاعتقاد السائد في ذلك الوقت باكتشاف جميع العناصر في الطبيعة (في الواقع ثلث العناصر الطبيعية لم تكن مُكتشفة بعد)، ولذلك ترك فراغات في جدوله عند الكتل الذرية 44 و68 و72 و100، متوقعًا اكتشاف عناصر موافقةً لهذه الكتل، صدقت تنبؤات مندلييف لاحقًا، وملئت هذه الفراغات بعناصر السكانديوم (Scandium)، والغاليوم (Gallium)، والجرمانيوم (Germanium)، والتكنيشيوم (Technetium)..
اقترح هنري موزلي (Henry Moseley) عام 1913 ترتيبًا أفضل للعناصر وفقًا لأعدادها الذرية (عدد البروتونات في نواة الذرة)، بدلًا من كتلها الذرية (العدد للبروتونات والنيوترونات في نواة الذرة) مما ساهم بتذليل العديد من العقبات التي واجهت الجدول الدوري لمندلييف كمشكلة النظائر، والعناصر الأرضية النادرة..
أهمية الجدول الدوري الحديث
- يوفّر الجدول الدوري مرجعًا عالميًّا موحّدًا سهّل الاستخدام للباحثين والطلاب حول العالم، فهو يكشف معلوماتٍ غايةً في الأهمية عن العناصر الكيميائية بدءًا بالعدد الذري للعنصر ووزنه وسلوكه في التفاعلات، ومجموعة العناصر التي ينتمي إليها وغيرها.
- أتاح الجدول الدوري للعلماء وضع تصوّرٍ للعناصر التي لم يتم اكتشافها بعد من حيث خصائصها الكيميائية والفيزيائية، وأنواع التفاعلات الكيميائية التي يمكن أن تقوم بها، عن طريق دراسة خصائص محددة كالمرونة والموصلية الكهربائية وقابلية الاندماج مع غير المعادن..