دانلود تحقیق شیمی ( جدول تناوبی عنصرها )

1 – 1 پیشگفتار و مقدمه تاریخی

تا کنون با انواع گوناگونی از عنصر ها و ترکیبهای   شیمیایی آنها که هر یک ویژگی های خاص خود را دارد آشنا شده اید . برای مثال با عنصر هایی همچون سدیم یا کلر برخورد کردیم که یکی خواص فلزی و دیگری خواص نافلزی دارد . همچنین با ترکیبهای جامدی آشنا شدیم که ساختار آنها در شرایط  معمولی متفاوت و به صورت جامد مولکولی (مانند ید ) جامد کووالانسی (مانند سیلیس ) و جامد یونی (مانند کلرید سدیم ) هستند هرگاه در صدد باشیم که عنصرها و ترکیبهای آنها را که گوناگونی فراوان دارند یک به یک بررسی کنیم در مدت کوتاهی در برابر انبوهی از اطلاعات پراکنده سرگردان خواهیم ماند به این دلیل نیاز به سازماندهی اطلاعات به دست آمده از مدتها پیش توسط شیمیدانان احساس می شد . بیشتر آنان نیز بای کشف روابط میان خواص گوناگون فیزیکی و شیمیایی عنصرها و تنظیم جدولی که آنها را به صورت دسته ها یا گروههایی با ویژگی هایی مشابه طبقه بندی کند تلاش های فراوانی کردند گرچه برخی از این کوشش ها موفقیت آمیز بود اما هرگز پاسخگوی بسیاری از نیازها و معماها نبود .

جدول تناوبی امروزی ما بیشتر مستند و بر تلاش ها دیمیتری مندلیف است که در سال 1869 نخستین طرح جدول تناوبی خود را ارائه داد . این دانشمند در سال 1867 به منظور تدوین یک کتاب شیمی عمومی به بررسی دقیق تر خواص عنصرها و ترکیباهای آنها اقدام کرد . در آن زمان هنوز ذره ها تشکیل دهنده اتم و ساختار آن

 ( به ویژه الکترونها و پروتونها ) کشف نشده بودند و مندلیف از نقش آنها در پیدایش خواص شیمیایی آگاهی نداشت اما در مورد جرم اتمی عنصرها خواص فیزیکی و شیمیایی و ترکیبهای آنها آگاهی های زیادی گردآوری کرده بود . او یافته های خود را برای هر عنصر را در کارتهایی ثبت مرد و با مقایسه و طبقه بندی آنها متوجه بر قراری یک نظام و الگوی مشخص در تکرار تناوبی خواص شد . این نظام مبنای اصلی تدوین جدول او بود . که  در آن زمان به قانون تناوبی مندلیف برای عنصرها معروف شد . متن قانون  تناوبی مندلیف کم و بیش به قرار زیر بود .

هر گاه عنصرها بر اساس افزایش جرم اتمی تنظیم شوند خواص فیزیکی و شیمیایی آنها به طور تناوبی تکرار می شوند.

ابتکار مهم مندلیف در تنظیم جدول خود توجه کامل به دو اصل قرار دادی زیر بود :

1 – عنصرها بر حسب افزیش تدریجی جرم اتمی آنها در ردیفهایی کنار یکدیگر قرار می گیرند .

2 – عنصرهایی که در یک گروه زیر یکدیگر قرار می گیرند باید خواص نسبتاً مشابه داشته باشند .

برای رعایت این دو اصل مندلیف ناگزیر شد که برخی خانه های جدول خود را خالی نگه دارد . در توجیه این کار او چنین فرض کرد که این خانه ها جای عنصرهای نا شناخته ای هستند که دیر یا زود کشف خواهند شد (در آن زمان تنها 63 عنصر شناخته شده بود . )

برای نمونه مندلیف خانه زیر عناصر سیلیسیم را در جدول خود خالی نگه داشت و آن را مربوط به عنصر ناشناخته ای دانست که موقتاً نام اکاسیلیسیم را برای آن  در نظر گرفت (برای مربوط به عنصری در گروه چهارم و ردیف چهارم جدول است )  نکته جالب  توجه این بود که وی بر اساس تغییر تدریجی برخی خواص عنصرهای مجاور که هم گروه یا هم ردیف این عنصر و ترکیبهای آن را پیش بینی شده در یک معدن نقره کشف کرد و آن را به افتخار کشور خود ژرمانیم نام نهاد به همین ترتیب مندلیف وجود 10 عنصر ناشناخته را برای جدول خود پیش بینی کرد که در زمان حیات او و پس از آن کشف شدند مندلیف در برخی موارد برای جلوگیری از فروپاشی جدول خود اصل تنظیم عنصرهای را بر حسب افزایش تدریجی جرم اتمی نادیده گرفت و اصل تشابه خواص در یک گروه را بر آن برتری داد .

برای نمونه مندلیف جای دو عنصر تلور (Te ) و ید (I) را که متعلق به گروههای ششم و هفتم جدول بود پس و پیش کرد (خانه های شماره 52 و 53 جدول تناوبی امروزی جدول 1 – 2 را نگاه کنید ) به طوری که عنصر سنگین تر ، تلور                 (6/ 127 = Te)  را پیش از عنصر سبکتر ، ید (9/126 = I ) قرار داد تا هر یک از این دو عنصر در گروه ویژۀ خود قرار بگیرند ، Te در بسیاری خواص با عنصرهای گروه ششم همچون گوگرد و ید  با عنصرهای گروه هفتم همچون برم شباهت دارد . در آن زمان این دانشمند نمی توانست هیچگونه توجیه علمی برای این گونه دستکاریها ارائه دهد . زیرا پاسخگویی به این معما ها نیاز انجام پژوهش های بیشتری بود .

گرچه جدول تناوبی مندلیف در زمان خود یک شاهکار علمی به شمار می رفت و در طبقه بندی توجیه خواص و پیشگویی آنها کمک شایان کرد . اما چنانچه گفته شد این جدول محدودیتها و کمبود های زیادی داشت بعد ها با پیشرفت علمی شیمی شواهد فراوانی به دست آمد که نشان داد جرم اتمی ملاک مناسبی برای طبقه بندی عنصرها نیست و بایستی از ملاک معتبرتری استفاده کرد . در سال 1913 با کشف عدد اتمی توسط موزلی دانشمندان متوجه شدند که بیشتر خواص عنصرها به عدد اتمی (تعداد پروتونها در هسته ) آنها وابسته است نه جرم اتمی آنها عدد اتمی هر عنصر مقدار معین و ثابتی است و بر خلاف جرم اتمی عددی صحیح است به این ترتیب قانون تناوبی مندلیف اصلاح شد و به صورت زیر در آمد :

هر گاه عنصرها بر اساس افزایش عدد اتمی تنظیم شوند خواص فیزیکی و شیمیایی  آنها به طور تناوبی تکرار می شود .

با تنظیم عنصرها بر مبنای افزایش عدد اتمی ایرادهای فراوانی که بر جدول مندلیف وارد بود بر طرف شد برای مثال علت جلو افتادن تلور از ید چنین توجیه می شود که عدد اتمی تلور کمتر از ید است هر چند جرم اتمی آن بیشتر است .

جرم اتمی عنصر

عدد اتمی عنصر

به هر حال با کشف ساختار اتم توجیه بسیاری از معماهای جدول تناوبی آسانتر و توانایی در پیش گویی خواص فیزیکی و شیمایی عنصرها بیشتر شد .

جمع بندی و نتیجه گیری  :

از این مرور تاریخی پی می بریم که دانشمندان همواره با انجام دادن مشاهده ها و جمع آوری داده های فراوان به طبقه بندی یافته های خود می پردازند و با جستجوی روابط علت و معلولی به کشف نظامها و فرضیه هایی نایل می آیند که از آنها برای توجیه خواص و یا پیش بینی پدیده های جدید استفاده می کنند در عین حال آنان همواره با محدودبت هایی برخورد می کنند که بدون تعصیب و اصرار بر نظرهای شخصی وجود آنها را می پذیرند آنگاه برای تویجه این محدودیتها به کاوشگری طراحی و اجرای پژوهش ها جدید اقدام می کنند در این راه نظامهای قبلی را اصلاح و تکمیل می کنند و با اینکه به نظامهای جدیدتر و مطمئن تری دست می یابند و بدنسان کاروان علم پیش می رود و در خدمت انسان در می آید . در آرزوی روزی که این خدمت فقط در راه رشد و رفای بشریت و حفاظت منابع خدادادی برای همۀ دورانها باشد .

1 – 2 آرایش الکترونی عنصرها و مفهوم تناوب در خواص

در برنامه شیمی (2) با یک جدول کوچک و مقدماتی طبقه بندی عنصرها آشنا شدید که مستند  بر رابطۀ میان خواص فیزیکی – شیمیایی عنصرها و آرایش الکترونی آنها بود .

جدول سادشده شامل 20 عنصر است که به 8 گروه از عنصرها تقسیم می شود . از آنجا که این جدول تا حدود زیادی ما را با ویژگی های کلی جدول تناوبی امروزی عنصرها آشنا می کند و از طرفی رابطۀ میان ساختار الکترونی اتم هر یک از عنصرها را با موقعیت عنصر در جدول تناوبی آشکار می سازد . از این رو نخست گروههای اصلی جدول را مطابق جدول 1 – 1 بررسی می کنیم آنگاه به معرفی جدول کامل امروزی می پردازیم

1 – هر خانۀ این جدول شامل نشانه شیمایی عدد جرمی در بالا و عدد اتمی در پاین است . آرایش الکترونی عنصرها نیز به منظور سهولت بررسی جدول و شناخت ویژگی های آنها در زیر نشانه ها نوشته شده است .

2 – در گروه اول این عنصرها فلزهای فعالی همچون لیتیم ، سدیم و پتاسیم قرار دارند که در لایۀ ظرفیت خود یک الکترون در ترازو انرژی ns دارند n شماره آخرین سطح انرژی اصلی اتم است برای مثال در لیتیم () n و در سدیم() ؛ n برابر 3 است .

پرسش 1 – 1   پیش از این با برخی خواص این فلز ها آشنا شده اید دو مثال از تشابه خواص این عنصرها را یاد آور شود

3 – گروه دوم این عنصرها شامل فلزهای Ca  ,  Mg  , Be است که در لایه ظریف خود تنها 2 الکترون  در تراز انرژی ns دارند .

پرسش 1 – 2   آرایش الکترونی   را رسم کنید و یک مثال آشنا برای تشابه خواص این دو فلز بیان کنید .

4 – گروههای 6 گانه سوم ت هشت جدول اغلب شامل عنصرهای نافلزی هستند که افزون بر 2 الکترون موجود در تراز فرعی ns تعدادی الکترون نیز در تراز فرعی np دارند برای مثال اکسیژن () در سطح انرژی اصلی  2  n  =  روی هم 6 الکترون در تراز های فرعیs 2  وp2 دارد.

پرسش 1 – 3 آرایش الکترونی فسفر  را رسم کنید و تعداد الکترون های موجود در ترازهای فرعی لایۀ ظریف همچنین شماره گروه این عنصر را مشخص کنید .

5 – بررسی آرایش الکترونی لایۀ ظریف عنصر گروههایی که تاکنون مطالعه شدند می رساند که   (در هر گروه تعداد الکترون های لایه ظریف عنصرها یکسان و برابر شمارۀ گروه است )