الجدول الدوري

الجدول الدوريترتيب مجدولللعناصر الكيميائية، مرتبة حسبعددها الذري،والتوزيع الإلكتروني، والخواص الكيميائية المتكررة، والذي يُظهر هيكلهاتجاهات دورية. بشكل عام، تكون العناصر في الصف واحد (الدورة)فلزاتباتجاه اليسار،ولا فلزاتباتجاه اليمين، بحيث توضع العناصر التي لها سلوكيات كيميائية مماثلة في نفس العمود. تسمى صفوف الجدول عادةًبالدوراتوتسمى الأعمدةبالمجموعات. وتمتلك ستة مجموعات أسماء بالإضافة إلى الأرقام المخصصة: على سبيل المثال، عناصر المجموعة 17 هيالهالوجينات؛ والمجموعة 18 هيالغازات النبيلة. كما أنه يُعرض في شكل أربع مناطق مستطيلة بسيطة أومستويات فرعيةمرتبطة بملءالمدارات الذريةالمختلفة.
يمكن استخدام تنظيم الجدول الدوري لاشتقاق العلاقات بين خواص العناصر المختلفة، وأيضًا الخصائص والسلوكيات الكيميائية المتوقعة للعناصر غير المكتشفة أو المركَّبة حديثًا. كانالكيميائي الروسيديمتري مندلييفأول من نشر جدولًا دوريًا معروفًا في عام 1869، وقد تم تطويره بشكل أساسي لتوضيح الاتجاهات الدورية للعناصر المعروفة آنذاك. كما توقع بعض خصائصالعناصر غير المحددةالتي كان من المتوقع أن تملأ الفجوات داخل الجدول. ثبتت صحة معظم توقعاته. وقد تم توسيع فكرة مندلييف ببطء وصقلها معاكتشاف أو توليف عناصر جديدةأخرى وتطوير نماذج نظرية جديدة لشرح السلوك الكيميائي. يوفر الجدول الدوري الحديث الآن إطارًا مفيدًا لتحليلالتفاعلات الكيميائية، ولا يزال يستخدم على نطاق واسع فيالكيمياء،والفيزياء النووية، والعلوم الأخرى.
تم اكتشاف أو تركيب جميع العناصر من العدد الذري 1 (هيدروجين) إلى 118 (أوغانيسون)، واستكمال الصفوف السبعة الأولى من الجدول الدوري.توجد العناصر الـ 98 الأولى في الطبيعة، على الرغم من أن بعضها موجود فقط بكميات شحيحة وأن البعض الآخر تم تصنيعه في المختبرات قبل أن يتم العثور عليه في الطبيعة.تم تركيب العناصر 99 إلى 118 فقط فيالمختبراتأوالمفاعلات النووية.ويجري حاليًا متابعة تجميع العناصر التي تحتوي على أعداد ذرية أعلى: تبدأ هذه العناصر فيالصف الثامن، وقد اقترح العمل النظري مرشحين محتملين لهذا التمديد. كما أُنتجت العديد منالنويدات المشعةالاصطناعية من العناصر الطبيعية في المختبرات.
هذا الترتيب الشائع للجدول الدوري يفصلاللانثانيدات(lanthanoids)والأكتينيدات(actinoids) (عناصر المستوى الفرعي f) من العناصر الأخرى.والجدول الدوري العريضيضمعناصر المستوى الفرعي-f.الجدول الدوري الممتديضيف الدورة الثامنة والتاسعة، ودمج عناصر المستوى الفرعي-f وإضافة عناصر المستوى الفرعي-g النظرية.
يحتوي كل عنصر كيميائي على عدد ذري فريد (Z) يمثل عددالبروتوناتفينواتها.تحتوي معظم العناصر على أعداد مختلفة منالنيوتروناتمع اختلاف الذرات، ويشار إلى هذه الذرات المختلفة بأنهانظائر. على سبيل المثال، يحتويالكربونعلى ثلاثةنظائرموجودة بشكل طبيعي: تحتوي جميع ذراتها على ستة بروتونات، ومعظمها يحتوي على ستة نيوترونات أيضًا، ولكن حوالي واحد بالمائة منها يحتوي على سبعة نيوترونات، ويحتوي جزء صغير جدًا على ثمانية نيوترونات. لا يتم فصل النظائر أبدًا في الجدول الدوري. يتم تجميعها دائمًا معًا تحت عنصر واحد. تمتلك العناصر التي لا تحتوي علىنظائر مستقرةكتل ذريةلنظائرها الأكثر استقرارًا، حيث تظهر هذه الكتل، مدرجة بين قوسين.
في الجدول الدوري القياسي، يتم سرد العناصر بترتيب زيادة العدد الذري Z (عددالبروتوناتفينواة الذرة). يبدأ الصف الجديد (الدورة) عندما يحصلغلاف التكافؤالجديد على أول إلكترون له. يتم تحديد الأعمدة (المجموعات) حسب التوزيع الإلكتروني للذرة؛ العناصر التي لها نفس عدد الإلكترونات في مستوى فرعي معين تقع في نفس الأعمدة (على سبيل المثالالأكسجينوالسيلينيومفي نفس العمود لأن كلاهما يحتويان على أربعة إلكترونات في الجزء الخارجي منالمستوى الفرعي p). وتندرج العناصر التي لها خصائص كيميائية مماثلة في نفس المجموعة في الجدول الدوري عمومًا، على الرغم من أن العناصر الموجودة في الدورة نفسها، في المستوى الفرعي f، تحظى أيضًا بخصائص متشابهة. وبالتالي، من السهل نسبيًا التنبؤ بالخصائص الكيميائية لعنصر ما إذا عرف المرء خصائص العناصر المحيطة به.
اعتبارًا من عام 2016، يحتوي الجدول الدوري على 118 عنصر مؤكد، من العنصر 1 (الهيدروجين) إلى 118 (أوغانيسون). أكدالاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية(IUPAC) العناصر الأحدث اكتشافًا 113، و115، و117، و118، رسميًا في ديسمبر 2015. وأعلنالاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقيةأسماءهم المقترحة،نيهونيوم(Nh)، موسكوفيوم (Mc)،تينيسين(Ts)،أوغانيسون(Og) على التوالي، في يونيو 2016 وأصبحت رسمية في نوفمبر 2016.
توجد العناصر الـ 94 الأولى بشكلٍ طبيعي. وتوجد العناصر الـ 24 المتبقية، والعناصر منالأمريسيومحتىالأوغانيسون(95-118)، فقط عند توليفها في المختبرات. يوجد 83 عنصرًاابتدائيًامن العناصر الـ 94 المتواجدة طبيعيًا، و 11 تحدث فقط فيسلاسل اضمحلالللعناصر البدائية.لم يلاحظ أي عنصر أثقل منأينشتاينيوم(العنصر 99) على الإطلاق في الكمياتالعيانيةفي شكله النقي، ولا عنصرالأستاتين(العنصر 85)؛ وصُوِر عنصرالفرانسيوم(العنصر 87) فقط في صورة ضوء ينبعث من الكمياتالمجهرية(300,000 ذرة).
المجموعةهي العمود الرأسي في الجدول الدوري للعناصر. يوجد في الجدول 18 مجموعة في الجدول الدوري القياسي. العناصر الموجودة في كل مجموعة لها نفس تركيبغلاف التكافؤمن حيث عدد الإلكترونات، وهذا يعطي لهذه العناصر تشابها في الخواص. كما أن الجدول يمتاز بدقة ترتيب العناصر الكيميائية، فكلما تم الانتقال من سطر لآخر، فإنه يزيد عدد الطبقات، وكلم تم الانتقال من عمود لآخر يزيد عدد الإلكترونات في الطبقة الخارجية.
هناك ثلاثة أنظمة لترقيم المجموعات: الأول باستخدامالأرقام العربية، والثاني باستخدامالأرقام الرومانية، والثالث مزج بين الأرقام الرومانيةوالحروف اللاتينية. وقد تم اختيار الترقيم العربي من قبلالاتحاد الدولي للكيمياء والكيمياء التطبيقية. وقد تم تطوير هذا النظام المقترح من IUPAC ليحل محل الأرقام الرومانية حيث أنها قد تسبب الالتباس نظرا لأنها تستخدم نفس الأسماء لمعان مختلفة.
كل غلاف من أغلفة الطاقة في ذرات العناصر ينقسم إلى مستويات فرعية عديدة، والتي تمتلئ بزيادةالرقم الذريللعناصر طبقا للترتيب التالي:
1s
2s 2p
3s 3p 3d
4s 4p 4d 4f
5s 5p 5d 5f
6s 6p 6d 6f
7s 7p 7d 7f
ويتم توزيع الإلكترونات بناءً على المستويات الفرعية بالترتيب التالي:
1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p{\displaystyle 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p}
ويمكننا بهذا الترتيب أن نوزع الإلكترونات في أي عنصر من عناصر الجدول الدوري ويجب علينا أن نتذكر دائماً عند الترتيب عدد الإلكترونات في كل مستوى فرعي من هذه المستويات
s=2
p=6
d=10
f=14
وهذا الترتيب الإلكتروني لـ(أوغانيسون) العنصر الأخير في الجدول الدوري:
Uuo118= 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6
....
هذا الترتيب يماثل ترتيب الجدول الدوري. ونظرا لأن الإلكترونات في مستويات الطاقة الخارجية هي التي تحدد خواص العناصر الكيميائية، فإن العناصر تميل لأن تكون متشابهة فيمجموعات الجدول الدوري. العناصر التي تلى بعضها في مجموعة الجدول الدوري يكون لها خواص فيزيائية متشابهة بالرغم من الاختلاف الكبير بين كتلة كل منها. بينما العناصر التي تلى بعضها في دورة الجدول الدوري يكون لهاكتلةمتشابهة ولكن تختلف في خواصها الفيزيائية.
فمثلا، يوجد بقربالنيتروجين(N) عنصرالكربون(C)والأكسجين(O) (عند النظر للدورة). وبغض النظر عن تقاربهم في الكتلة (مقدرا الاختلاف بينهم مجردوحدات كتل ذريةمحدودة)، فإن لهم خواص مختلفة تماما، والذي يمكن ملاحظته عند النظر إلى خاصيةالتآصل: فمثلا عندما يكون الأكسجين ثنائي الذرة فهوغازويساعد على الاحتراق، بينما النيتروجين ثنائي الذرة يكون غاز لا يساعد على الاشتعال، والكربونصلبيمكن أنيحترق(يمكنللألماسأن يحترق.
وبالعكس، فإنه بالقرب منالكلور(Cl) عند النظر للمجموعة، في المجموعات الأخيرة كل منالفلور(F)والبروم(Br). وبغض النظر أيضا عن اختلافها الكبير في الكتلة فإن لها خواص متقاربة للغاية. فهي جميعا عناصر تساعد علىالتآكلبشدة (أي أنها ترتبط بسرعة معالفلزاتلتكونأملاحهاليدات الفلز)، الكلور والفلور غازات، ولكن البرومسائلله درجة غليان منخفضة للغاية، كما أن الكلور والبروم لهما لون.
كانأرسطوعام330 ق.ميعتبر العناصر أربعة هي الأرض والهواء والنار والماء. وفي عام1770صنف لافوازييه 33 عنصر. وفرق بين الفلزات (المعادن) واللافلزات. وفي عام1828صنع جدولا للعناصر وأوزانها الذرية ووضع للعناصر رموزها الكيميائية. وفي عام1829وضع دوبرينر ثلاثة جداول بها ثلاثة مجموعات كل مجموعة تضم 3 عناصر متشابهة الخواص. المجموعة الأولى تضمالليثيوموالصوديوموالبوتاسيوموالثانية تضمالكالسيوموالإسترونشيوموالباريوم. والثالثة تضم الكلورين والبرومينواليود. وفي عام1864رتب جون نيولاندز (John Newlands) 60 عنصرا حسب الأوزان الذرية ووجد تشابها ما بين العنصر الأول والعنصر التاسع والعنصر الثاني والعنصر العاشر إلى آخره من الترتيب. فاقترح قانون اوكتاف the 'Law of Octaves'.وكان ديمتري مندليف Dmitri Mendeleev - عالم كيميائي روسي ولد بمدينة توبوليسك بسيبيريا عام1834- عرف بأنه أبو الجدول الدوري للعناصر the periodic table of the elements. وهذا الجدول له أهميته لدراسة الكيمياء وفهم وتبسيط التفاعلات الكيميائية حتى المعقدة منها. ولم يكن مندليف قد رتب الجدول الدوري للعناصر فقط، بل كتب مجلدين بعنوان مبادئ الكيمياء Principles of Chemistry. مات في20 يناير1907.
تم اقتراح الجدول الدوري الأصلي بدون معرفة التركيب الداخلي للذرات، فلو تم ترتيب العناصر طبقاللكتلة الذرية، ثم تم وضع الخواص الأخرى فيمكن ملاحظة التكرارية التي تحدث للخواص عند تمثيلها مقابل الكتلة الذرية. أول من أدرك تلك التكرارية هو الكيميائي الألمانيجوهان فولفجانج دوبرينيروالذي لاحظ عام1829وجود ثلاثيات من العناصر تتقارب في صفاتها.
وبعد ذلك لاحظ الكيميائي الإنجليزيجون أليكساندر ريينا نيولاندزعام1865، أن العناصر ذات الخواص المتشابهة تتكرر بدورية مقدارها 8 عناصر، مثل ثمانيات السلم الموسيقي، وقد لاقى هذا الاقتراحثمانيات نيولاندسخرية من معاصريه. وأخيرا في عام1869، قام الألمانييوليوس لوثر مايروالكيميائي الروسيديمتري إيفانوفيتش ميندليفتقريبا في نفس الوقت بتطوير أول جدول دوري، بترتيب العناصر طبقا للكتلة. وقد قام مندليف بتغيير وضع مكان بعض العناصر نظرا لأن مكانها الجديد يتماشى بصورة أفضل مع العناصر الجديدة المجاورة لها، وقد تم تصحيح بعض الأخطاء في وضع بعض العناصر طبقا لقيم الكتل الذرية، وتوقع أماكن وجود بعض العناصر التي لم تكتشف بعد. وقد تم إثبات صحة جدول مندليف لاحقا بعد اكتشاف التركيب الإلكتروني فيالقرن 19،القرن 20.
في عام1940قامجلين تى سيبورجبتوضيحبعد-يورانيوماللانثينيدات والأكتينيدات والتي يمكن أن توضع ضمن الجدول أو أسفله (كما موضح بالأعلى)
كان ديمتري مندليف حاول تصنيف العناصر من خلال ملاحظاته ان بعض العناصر لها خاصية كيميائية وفيزيائية متشابهة. وهذا التشابه اعتبره مندليف المفتاح للكشف عن النماذج الخفية في العناصر. فبدأ بكتابة بطاقات عليها العناصر والحقائق الثابتة والمعروفة عنها. وجعل لكل عنصر بطاقة دون عليها درجة الانصهار والكثافة واللون والوزن الذري لذرة كل عنصر والقوة الترابطية له. وعدد الروابط التي يستطيع العنصر تكوينها. ولما فرغ مندليف من تدوين البطاقات حاول تصنيفها بعدة طرق. وأخيرا لاحظ أن ثمة نماذج بدت له من خلال ترتيب هذه العناصر حسب الزيادة في الكتلة الذرية atomic mass أو الوزن الذري. فلاحظ أن القوة الترابطية the bonding power للعناصر منالليثيومlithium حتىالفلورينfluorine تغيرت بطريقة مرتبة. فمثلا بعد الفلورين fluorine نجد العنصر الأثقل الصوديوم الذي له نفس القوة الترابطية كالليثيوم. لهذا رتب مندليف بطاقة الصوديوم تحت بطاقة الليثيوم. وهذا معناه في جدول مندليف أن العنصر له نفس الخاصية كالعنصر الذي فوقه أو العنصر الذي تحته. ورغم هذا لم يكن جدول مندليف كاملا أو دقيقا. لأن ترتيب العناصر به حسب تزايد الكتلة(الوزن) الذرية atomic mass لكل عنصر، خلف 3 فراغات بجدوله وقال مندليف أن هذه الفراغات ستملآ بعناصر لم تكتشف بعد. ومن خلال موقعها في جدوله استطاع أن يبين خواصها. ونشر جدول مندليف عام1869م. ومعنى كلمة دوري "periodic" أن أنماطا من خواص العناصر متكررة في كل صف. وبعد 16 سنة من نشر جدول مندليف استطاع الكيميائيون اكتشاف العناصر الثلاثة المفقودة من الجدول وهي اسكانيديوم scandium وجاليوم gallium وجرمانيوم germanium. وكانت خواصها تشبه ما ذكره مندليف عنها. فالجدول الدوري نجده جدولا للعناصر الكيماوية مرتبة لتبين خواصها الكيمائية والفيزيائية. غير أن عناصر كالكلورين والحديد والنحاس مواد كيماوية أساسية لا تتكسر بالتفاعلات الكيماوية. عكس المركبات الكيماوية التي تتكون من عدة عناصر. فالجدول الدوري وسيلة لترتيب العناصر المعروفة حتى العناصر التي لم تكتشف بعد. حقيقة العناصر المتشابهة في الخواص توضع في نفس المجموعة بالجدول الدوري.