الجدول الدوري للعناصر ، الذي أنشأه الكيميائي الروسي بشكل أساسي ، ديمتري مندليف (1834-1907) ، احتفلت به الذكرى 150 العام الماضي. سيكون من الصعب المبالغة في أهميتها كمبدأ منظم في الكيمياء – كل الكيميائيين الناشئين أصبحوا على دراية بها منذ المراحل الأولى من تعليمهم.
نظرًا لأهمية الجدول ، قد يُغفر للمرء إذا اعتقد أن ترتيب العناصر لم يعد خاضعًا للنقاش. ومع ذلك ، قام عالمان في موسكو ، روسيا ، بنشر ملف اقتراح لأمر جديد.
لنفكر أولاً في كيفية تطوير الجدول الدوري. بحلول أواخر القرن الثامن عشر ، كان الكيميائيون واضحين بشأن الفرق بين العنصر والمركب: كانت العناصر غير قابلة للتجزئة كيميائيًا (الأمثلة هي الهيدروجين والأكسجين) في حين أن المركبات تتكون من عنصرين أو أكثر معًا ، ولها خصائص مختلفة تمامًا عن العناصر المكونة لها.
بحلول أوائل القرن التاسع عشر ، كان هناك أدلة ظرفية جيدة لوجود الذرات. وبحلول ستينيات القرن التاسع عشر ، كان من الممكن سرد العناصر المعروفة بترتيب كتلتها الذرية النسبية – على سبيل المثال ، كان الهيدروجين 1 والأكسجين 16.
القوائم البسيطة ، بالطبع ، أحادية البعد في طبيعتها. لكن الكيميائيين كانوا يدركون أن بعض العناصر لها خصائص كيميائية متشابهة إلى حد ما: على سبيل المثال الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم أو الكلور والبروم واليود.
يبدو أن شيئًا ما يتكرر ، ومن خلال وضع عناصر متشابهة كيميائيًا بجانب بعضها البعض ، يمكن بناء جدول ثنائي الأبعاد. ولد الجدول الدوري.
الأهم من ذلك ، أن الجدول الدوري لمندليف قد تم اشتقاقه تجريبياً بناءً على أوجه التشابه الكيميائي المرصودة لعناصر معينة. لن يظهر الفهم النظري لبنيتها إلا في أوائل القرن العشرين ، بعد أن تم إنشاء بنية الذرة وبعد تطور نظرية الكم.
تم الآن ترتيب العناصر حسب العدد الذري (عدد الجسيمات المشحونة إيجابياً والتي تسمى البروتونات في نواة الذرة) ، وليس بالكتلة الذرية ، ولكن أيضًا من خلال أوجه التشابه الكيميائية.
لكن هذا الأخير يتبع الآن ترتيب الإلكترونات المتكررة فيما يسمى بـ “الأصداف” على فترات منتظمة. بحلول الأربعينيات من القرن الماضي ، كانت معظم الكتب المدرسية تحتوي على جدول دوري مشابه للجدول الذي نراه اليوم ، كما هو موضح في الشكل أدناه.
الجدول الدوري اليوم. (Offnfopt / ويكيبيديا)
سيكون من المفهوم أن نعتقد أن هذه ستكون نهاية الأمر. لكن الأمر ليس كذلك. سيكشف البحث البسيط في الإنترنت جميع أنواع الإصدارات من الجدول الدوري.
هناك إصدارات قصيرة وإصدارات طويلة وإصدارات دائرية وإصدارات لولبية وحتى إصدارات ثلاثية الأبعاد. العديد من هذه ، بالتأكيد ، هي ببساطة طرق مختلفة لنقل نفس المعلومات ولكن لا تزال هناك خلافات حول مكان وضع بعض العناصر.
يعتمد الوضع الدقيق لعناصر معينة على الخصائص المحددة التي نرغب في إبرازها. وبالتالي ، فإن الجدول الدوري الذي يعطي الأولوية للبنية الإلكترونية للذرات سيختلف عن الجداول التي تكون معاييرها الرئيسية هي خصائص كيميائية أو فيزيائية معينة.
لا تختلف هذه الإصدارات كثيرًا ، ولكن هناك عناصر معينة – الهيدروجين على سبيل المثال – والتي قد يضعها المرء بشكل مختلف تمامًا وفقًا للخاصية المحددة التي يرغب المرء في إبرازها. تضع بعض الجداول الهيدروجين في المجموعة 1 بينما يوجد في أخرى في أعلى المجموعة 17 ؛ حتى أن بعض الطاولات بها في مجموعة من تلقاء نفسها.
ولكن بشكل أكثر جذرية ، يمكننا أيضًا التفكير في ترتيب العناصر بطريقة مختلفة تمامًا ، طريقة لا تتضمن عددًا ذريًا أو تعكس بنية إلكترونية – بالرجوع إلى قائمة أحادية البعد.
عرض جديد
آخر محاولة لترتيب العناصر بهذه الطريقة تم نشره مؤخرًا في مجلة الكيمياء الفيزيائية من قبل العلماء زاهد اللهياري و أرتيم اوجانوف.
(اللهياري وآخرون ، مجلة الكيمياء الفيزيائية ، 2020)
نهجهم ، بناء على عمل سابق للآخرين، هو تعيين ما يسمى برقم منديليف (MN) لكل عنصر.
هناك عدة طرق لاشتقاق مثل هذه الأرقام ، ولكن الدراسة الأخيرة تستخدم مزيجًا من كميتين أساسيتين يمكن قياسهما مباشرة: نصف القطر الذري للعنصر وخاصية تسمى كهرسلبية الذي يصف مدى قوة الذرة في جذب الإلكترونات إلى نفسها.
إذا طلب أحد العناصر من MN الخاص بهم ، فإن أقرب الجيران لديهم ، مما لا يثير الدهشة ، MNs متشابهة إلى حد ما. ولكن الأهم من ذلك هو اتخاذ هذه الخطوة إلى الأمام وإنشاء شبكة ثنائية الأبعاد تعتمد على MN للعناصر المكونة لما يسمى “المركبات الثنائية”.
هذه مركبات تتكون من عنصرين ، مثل كلوريد الصوديوم ، NaCl.
ما فائدة هذا النهج؟ الأهم من ذلك ، يمكن أن يساعد في التنبؤ بخصائص المركبات الثنائية التي لم يتم تصنيعها بعد. هذا مفيد في البحث عن مواد جديدة من المحتمل أن تكون مطلوبة لكل من التقنيات المستقبلية والحالية. بمرور الوقت ، بلا شك ، سوف يمتد هذا إلى المركبات التي تحتوي على أكثر من عنصرين.
يمكن تقدير مثال جيد لأهمية البحث عن مواد جديدة من خلال النظر في الجدول الدوري الموضح في الشكل أدناه.
جدول الفترة يوضح الوفرة النسبية للعناصر. (الجمعية الكيميائية الأوروبية / ويكيبيديا / CC BY-SA)
يوضح هذا الجدول ليس فقط الوفرة النسبية للعناصر (كلما زاد حجم الصندوق لكل عنصر ، زاد وجوده) ولكنه يسلط الضوء أيضًا على مشكلات التوريد المحتملة ذات الصلة بالتقنيات التي أصبحت موجودة في كل مكان وأساسية في حياتنا اليومية.
خذ الهواتف المحمولة ، على سبيل المثال. يتم تحديد جميع العناصر المستخدمة في تصنيعها برمز الهاتف ويمكنك أن ترى أن العديد من العناصر المطلوبة أصبحت نادرة – إمداداتها المستقبلية غير مؤكدة.
إذا أردنا تطوير مواد بديلة تتجنب استخدام عناصر معينة ، فإن الرؤى المكتسبة من ترتيب العناصر بواسطة MN الخاصة بهم قد تكون مفيدة في هذا البحث.
بعد 150 عامًا ، يمكننا أن نرى أن الجداول الدورية ليست مجرد أداة تعليمية حيوية ، فهي تظل مفيدة للباحثين في بحثهم عن مواد أساسية جديدة. لكن يجب ألا نفكر في الإصدارات الجديدة كبدائل للرسومات السابقة. يؤدي وجود العديد من الجداول والقوائم المختلفة إلى تعميق فهمنا لكيفية تصرف العناصر.
نيك نورمانأستاذ الكيمياء جامعة بريستول.
تم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة بموجب رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقالة الأصلية.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”