جدول تناوبی

تمامی عناصر با اعداد اتمی Z=1 تا Z=118 تاکنون کشف شده اند یا در آزمایشگاههای هسته ای بصورت مصنوعی ساخته شده اند. البته تهیه عناصر با اعداد اتمی 117,115,113 و 118 بصورت قطعی تائید نشده است. 98 عنصر اول ( اعداد اتمی از 1 تا 98) بصورت طبیعی وجود دارند، گرچه مقادیر برخی از آنها در طبیعت فوق العاده ناچیز است و بعضی از آنها قبل از کشف در طبیعت بصورت مصنوعی در آزمایشگاهها ساخته شده بودند. عناصر با اعداد اتمی Z=99 تا Z=118 تنها بصورت مصنوعی در آزمایشگاههای هسته ای تهیه شده اند. با در نظرگفتن ایزوتوپ ها در حدود 340 نوع هسته یا اتم بصورت طبیعی در زمین وجود دارند که می توان آنها را به دو دسته کهن یا پرایموردیل (Primordial Nuclides) و غیرکهن یا غیرپرایموردیل (Non-Primordial Nuclides) طبقه بندی نمود. پرایموردیل ها آنهایی هستند که به همان شکل کنونی قبل از پیدایش زمین وجود داشتند و بر اثر انفجار بزرگ (The Big Bang)، تابش های کیهانی و انفجارهای سوپرنوا قبل از پیدایش منظومه شمسی بوجود آمده اند. 288 پرایموردیل می توان درنظر گرفت که 254 تای آنها پایدار هستند و 34 تای آنها باوجود رادیواکتیویته بودن بعلت نیمه عمر فوق العاده زیاد از پیدایش زمین تاکنون دوام آورده اند. غیرپرایموردیل ها که در حدود 51 تا هستند، آنهایی هستند که حضور آنها در زمین بعلت تولید پیوسته آنها بر اثر تابش کیهانی ( مثل 14C و 3H)، تجزیه مواد رادیواکتیو ( مثل رادون، پولونیم و رادیم در سنگ های محتوی اورانیوم بر اثر واپاشی اورانیوم ) و ... است. علاوه بر هسته های حاضر در زمین، در حدود 3000 هسته نیز بصورت مصنوعی تهیه شده اند که 556 تای آنها نیمه عمری بیش از یکساعت دارند.

جدول تناوبی یک طبقه بندی جدولی از عناصر شیمیائی بر اساس عدد اتمی (تعداد پروتونهای هسته)، آرایش الکترونی و خواص شیمیائی مشابه است. فرم استاندارد یا معمول جدول تناوبی های امروزی بصورت شبکه ای از عناصر است که در هفت سطر و هیجده ستون بعلاوه دو سطر در زیر آنها قرار گرفته اند. در جدول تناوبی سطرها معمولا دوره یا تناوب و ستونها گروه نامیده می شوند. دوره ها با شماره دوره از یک تا هفت و گروهها با شماره گروه از یک تا هیجده مشخص می شوند. در دوره n ام از جدول تناوبی زیرلایه های ns سپس (n-2)f سپس (n-1)d و در نهایت np البته در صورت وجود بترتیب پر می شوند. بعبارتی زیرلایه هایی که در هر دوره از جدول تناوبی پر می شوند بهمراه ترتیب پر شدن آنها از چپ به راست بصورت زیر است:

دوره اول یا سطر اول جدول تناوبی:1s

دوره دوم یا سطر دوم جدول تناوبی:2s,2p

دوره سوم یا سطر سوم جدول تناوبی:3s,3p

دوره چهارم یا سطر چهارم جدول تناوبی:4s,3d,4p

دوره پنجم یا سطر پنجم جدول تناوبی:5s,4d,5p

دوره ششم یا سطر ششم جدول تناوبی:6s,4f,5d,6p

دوره هفتم یا سطر هفتم جدول تناوبی:7s,5f,6d,7p

با توجه به ظرفیت زیر لایه ها محل پرشدن زیر لایه های d,p,s و f بترتیب شامل 10,6,2 و 14 عنصر خواهد بود. از آنجائیکه محل پرشدن زیرلایه f شامل 14 عنصر خواهد بود و نمایش آن در محل واقعی منجر به بسیار طویل شدن جدول تناوبی و ایجاد مشکل در نمایش آن می شود، محل پرشدن زیرلایه f در پایین دیگر زیرلایه ها بصورت مستقل نمایش داده می شود.

جدول تناوبی به چهار بلوک d,p,s و f می تواند تقسیم شود که در هر بلوک، زیرلایه مربوطه در حال پر شدن است.

در جدول تناوبی، به عناصری که اوربیتالهای s و p آنها در حال پرشدن است ( یا در واقع در بلوک s یا p قرار دارند) عناصر گروه اصلی یا بطور ساده تر عناصر اصلی، به عناصری که اوربیتالهای  dآنها در حال پرشدن است ( یا در واقع در بلوک d قرار دارند) فلزات واسطه خارجی یا بطور ساده تر فلزات واسطه و به عناصری که اوربیتالهای f آنها در حال پرشدن است ( یا در واقع در بلوک f قرار دارند) فلزات واسطه داخلی گفته می شود. به فلزات واسطه داخلی که اوربیتالهای 4f آنها در حال پر شدن است، لانتانیدها و به فلزات واسطه داخلی که اوربیتالهای 5f آنها در حال پر شدن است، آکتینیدها می گویند.

همانطور که گفتیم، گروهها با شماره گروه از یک تا هیجده مشخص می شوند. در قدیم که امروزه نیز استفاده می شود، گروههای عناصر اصلی با IA تا VIIIA ( معادل 1، 2 و 13 تا 18) و گروههای عناصر واسطه با IB تا VIIIB (معادل 3 تا 12) مشخص می شدند. شماره گذاری گروههای عناصر واسطه بر اساس شباهت آنها با گروههای عناصر اصلی از لحاظ ظرفیت بوده است.

همچنین هر گروه معمولا به نام عنصر بالایی یا همان سردسته گروه که عنصر گروه با کمترین عدد اتمی است، خوانده می شود. مثلا گروه آهن را می توان در نظر گرفت که شامل آهن، روتنیم، اسمیم و هاسیم است. برخی گروهها نیز نامهای مخصوص خودشان را دارند که در جدول زیر بهمراه علت نامگذاری ذکر شده است.

 

شماره گروه	نام اختصاصی	دلیل نامگذاری
گروه 1 یا IA	گروه فلزات قلیایی ( Alkali Metals)	بوجود آوردن قلیا (باز) موقع واکنش فلزات گروه با آب
گروه 2 یا IIA	گروه فلزات قلیایی خاکی ( Alkaline Earth Metals)	بوجود آوردن قلیا (باز) موقع واکنش اکسید فلزات گروه با آب که اکسید فلزات گروه زمانی در طبقه بندی خاکیها یا زمینی ها ( ترکیبات غیرفلز نامحلول در آب و مقاوم در برابر حرارت) قرار می گرفتند.
گروه 5 یا VA	گروه نیکتوژنها ( Pnictogens)	ویژگی سرفه آورندگی یا خفه کنندگی نیتروژن در غیاب اکسیژن
گروه 6 یا VIA	گروه کالکوژنها ( Chalcogens)	حضور در ترکیبات اغلب سنگ های معدنی
گروه 7 یا VIIA	گروه هالوژنها ( Halogens)	بوجود آوردن نمکها مثل نمک دریا
گروه 8 یا VIIIA	گروه گازهای نجیب یا بی اثر ( Noble or Inert Gases)	عدم واکنش پذیری یا واکنش پذیری خیلی کم

 

عناصر واقع در گروههای یکسان معمولا در آرایش الکترونی بعد از گاز نجیب ماقبل خود مشابهند. بعنوان مثال می توان آرایش الکترونی عناصر گروه تیتانیم را در نظر گرفت. البته گاهی اوقات نیز آرایش الکترونی عناصر همگروه بطور جزئی با هم متفاوت است. بعنوان مثال می توان آرایش الکترونی عناصر گروه نیکل را در نظر گرفت. عناصر واقع در گروههای اصلی یکسان حتما در آرایش الکترونی لایه اصلی آخر که لایه والانس نیز نامیده می شود، یکسانند.

عناصر واقع در گروههای یکسان معمولا خواص شیمیایی کمابیش یکسانی نشان می دهند، البته با افزایش فاصله آنها در یک گروه ممکن است تغییرات قابل توجهی از بابت خواص وجود داشته باشد. گاهی اوقات عناصر واقع در دوره های یکسان نیز خواص مشابهی دارند، مثلا لانتانیدها در دوره ششم و آکتینیدها در دوره هفتم یا به مقدار کمتر فلزات واسطه خارجی همدوره را می توان در نظر گرفت. همچنین ممکن است برای برخی عناصر که در یک یا چند ویژگی بخصوص مشترکند، دسته بندی های مخصوصی در نظر گرفته شود. بعنوان مثال می توان فلزات گرانبها (Precious Metals) را در نظر گرفت که در طبیعت کمیابند ، گرانبها هستند و شامل طلا، نقره، پلاتین، پالادیم، روتنیم، رودیم، اسمیم و ایریدیم می شوند. 

عناصر را می توان به فلزات (Metals)، نافلزات (Nonmetals) و شبه فلزات (Metalloids) طبقه بندی کرد. بطور معمول اتمهای فلزات براحتی الکترون از دست می دهند و کاتیون بوجود می آورند، در حالیکه اتمهای نافلزات براحتی الکترون می گیرند و آنیون بوجود می آورند. شبه فلزات هم از نظر خواص مابین فلزات و نافلزات هستند. بعدها با خواص فلزات، نافلزات و شبه فلزات بیشتر و دقیقتر آشنا خواهیم شد. در حدود 91 عنصر از 118 عنصر جدول تناوبی فلز هستند.

خوب است که عناصر گروه های اصلی را بصورت گروه به گروه بعلاوه سطر اول عناصر واسطه بخاطر بسپاریم. این امر در حل سوالهای مربوط به جدول تناوبی می تواند مفید واقع شود. بخاطر سپردن گازهای نجیب به همراه اعداد اتمیشان نیز می تواند در بدست آوردن آرایش الکترونی عناصر مفید باشد.