الدرس الأول: محاولات تصنيف العناصر (الجدول الدوري لمندليف، جدول موزلي، والجدول الدوري الحديث وبنيته: 7 دورات و18 مجموعة و4 فئات s, p, d, f)
تعددت محاولات العلماء عبر التاريخ لتصنيف العناصر الكيميائية بهدف تيسير دراستها والتعرف على العلاقات الرابطة بين خواصها الفيزيائية والكيميائية. وتُعد محاولة العالم الروسي ديمتري مندليف أول جدول دوري حقيقي في التاريخ، حيث رتب العناصر تصاعدياً وفق أوزانها الذرية وتنبأ باكتشاف عناصر مجهولة وترك لها خانات فارغة بالجدول. ثم جاء العالم الإنجليزي هنري موزلي بعد اكتشافه للأشعة السينية ليعيد ترتيب العناصر تصاعدياً وفق أعدادها الذرية، مضيفاً المجموعة الصفرية للغازات الخاملة. وتُوِّجت هذه الجهود بالجدول الدوري الحديث المبني على مبدأ البناء التصاعدي وطريقة ملء مستويات الطاقة الفرعية بالإلكترونات، والذي ينتظم في سبع دورات أفقية وثماني عشرة مجموعة رأسية موزعة على أربع فئات رئيسية هي s و p و d و f وفق النماذج الوزارية المعتمدة.
1. جدول مندليف وجدول موزلي
| وجه المقارنة | جدول مندليف | جدول موزلي |
|---|---|---|
| أساس التصنيف | تصاعدياً حسب الوزن الذري | تصاعدياً حسب العدد الذري |
| عدد العناصر | 67 عنصراً فقط | أضاف العناصر المكتشفة حديثاً |
| المميزات | تنبأ بعناصر جديدة، صحح أوزاناً ذرية خاطئة | أضاف المجموعة الصفرية للغازات الخاملة |
| العيوب / الإضافات | أخل بالترتيب لبعض العناصر، وضع أكثر من عنصر في خانة | خصص مكاناً أسفل الجدول للانثانيدات والأكتينيدات |
اكتشاف موزلي: أثبتت دراسة خواص الأشعة السينية أن دورية خواص العناصر ترتبط بأعدادها الذرية وليس بأوزانها الذرية كما اعتقد مندليف.
2. بنية الجدول الدوري الحديث
رُتبت العناصر في الجدول الدوري الحديث بناءً على أساسين علميين متكاملين:
- الدورات الأفقية:
7 دورات أفقية، تبدأ كل دورة بملء مستوى طاقة رئيسي جديد. - المجموعات الرأسية:
18 مجموعة رأسيةوفق الترقيم الحديث (1 إلى 18)، و 16 مجموعة بالترقيم التقليدي. - إجمالي العناصر: 118 عنصراً (منها 92 عنصراً متوفراً في القشرة الأرضية، والباقي يُحضر صناعياً).
3. فئات الجدول الدوري الحديث الأربعة (s, p, d, f)
| الفئة | الموقع بالجدول | عدد المجموعات | تمييز المجموعات بالترقيم التقليدي | الترقيم الحديث |
|---|---|---|---|---|
| الفئة s | أقصى يسار الجدول | مجموعتان | 1A ، 2A | المجموعتان 1 ، 2 |
| الفئة p | أقصى يمين الجدول | 6 مجموعات | 3A، 4A، 5A، 6A، 7A، والمجموعة الصفرية | المجموعات من 13 إلى 18 |
| الفئة d | وسط الجدول (العناصر الانتقالية) | 10 مجموعات | تتميز بالحرف B (من 3B إلى 7B، المجموعة الثامنة المكونة من 3 أعمدة، ثم 1B و 2B) | المجموعات من 3 إلى 12 |
| الفئة f | أسفل الجدول منفصلة | سلسلتان | اللانثانيدات (14 عنصراً) والأكتينيدات (14 عنصراً) | مفصولة لمنع اتساع الجدول |
ملاحظة هامة: تبدأ العناصر الانتقالية (الفئة d) بالظهور في الجدول الدوري الحديث بدءاً من الدورة الرابعة وتفصل بين الفئتين s و p.
تمرين 1: تحديد موقع عنصر في الجدول
المسألة: حدد موقع عنصر الكالسيوم ²⁰Ca في الجدول الدوري الحديث (الدورة والمجموعة والفئة).
• التوزيع الإلكتروني: K=2, L=8, M=8, N=2.
• عدد مستويات الطاقة المشغولة بالإلكترونات = 4 ⇐ الدورة الرابعة.
• عدد إلكترونات المستوى الخارجي = 2 ⇐ المجموعة 2A (الترقيم الحديث 2).
• الفئة: الفئة s.
تمرين 2: حساب العدد الذري بمعلومية الموقع
المسألة: عنصر X يقع في الدورة الثالثة والمجموعة 5A، احسب عدده الذري وحدد فئته.
• الدورة الثالثة ⇐ 3 مستويات طاقة (K, L, M).
• المجموعة 5A ⇐ إلكترونات المستوى الأخير M = 5.
• المستويات مكتملة: K=2, L=8, M=5.
• العدد الذري = 2 + 8 + 5 = 15 (الفوسفور)، والفئة هي الفئة p.
تمرين 3: تحديد موقع غاز خامل
المسألة: حدد موقع عنصر الهيليوم ²He في الجدول الدوري الحديث، وبيّن لماذا لا يوضع في المجموعة 2A.
• التوزيع الإلكتروني: K=2.
• مستوى طاقته الوحيد مكتمل تماماً بالإلكترونات ⇐ غاز خامل.
• يقع في الدورة الأولى والمجموعة الصفرية (المجموعة 18) والفئة p، ولا يوضع في 2A لاكتمال مستواه وخموله الكيميائي التام.
تمرين 4: علاقة الأعداد الذرية في الدورة والمجموعة
المسألة: عنصر عدده الذري 11، ما العدد الذري للعنصر الذي يليه مباشرة في: (أ) نفس الدورة | (ب) نفس المجموعة؟
• (أ) في نفس الدورة: يزداد العدد الذري بمقدار 1 ⇐ 11 + 1 = 12.
• (ب) في نفس المجموعة: يزداد بمقدار مستوى طاقة مكتمل (8 إلكترونات) ⇐ 11 + 8 = 19.
تمرين 5: تمييز الفئة d
المسألة: متى يبدأ ظهور العناصر الانتقالية في الجدول الدوري، وما الفئة التي تتبعها؟
• تبدأ العناصر الانتقالية بالظهور بدءاً من الدورة الرابعة.
• تتبع الفئة d وتتكون من 10 مجموعات رأسية وتفصل بين يسار ويمين الجدول.
تمرين 6: مقارنة الترقيم الحديث والتقليدي
المسألة: ما الترقيم الحديث للمجموعات الآتية: 3A ، 7A ، 1B ، المجموعة الصفرية؟
• المجموعة 3A ⇐ المجموعة 13.
• المجموعة 7A ⇐ المجموعة 17.
• المجموعة 1B ⇐ المجموعة 11.
• المجموعة الصفرية ⇐ المجموعة 18.
تمرين 7: سبب عزل الفئة f أسفل الجدول
المسألة: علل: فُصلت سلسلتا اللانثانيدات والأكتينيدات أسفل الجدول الدوري الحديث.
• فُصلت أسفل الجدول حتى لا يصبح الجدول الدوري شديد الاتساع وغير منسق شكلياً، وللحفاظ على دقة تتابع الخواص الدورية.
تمرين 8: التشابه في الخواص الكيميائية
المسألة: علل: يتشابه عنصر الصوديوم ¹¹Na مع عنصر البوتاسيوم ¹⁹K في الخواص الكيميائية.
• التوزيع الإلكتروني لـ Na: 2, 8, 1.
• التوزيع الإلكتروني لـ K: 2, 8, 8, 1.
• كلاهما يحتوي على إلكترون واحد في مستوى طاقته الخارجي ويقعان في نفس المجموعة (1A)، والتشابه في إلكترونات التكافؤ يحدد تشابه الخواص.
اضغط على أي بطاقة لاكتشاف المعنى الدقيق، واضغط على أيقونة الصوت للاستماع للنطق:
اضغط على الإجابة لتتحقق من فهمك وتكتشف التفسير النموذجي فورياً: