عدد اتمی ۲

به نام خدا

عدد اتمی

عدد اتمی که با نماد Z نشان داده می‌شود، تعداد واحدهای بار مثبت هسته است و چون پروتون بار 1+ دارد، پس عدد اتمی ، تعداد پروتونهای موجود در هسته اتم است. از طرف دیگر ، اتم از لحاظ بار الکتریکی ، خنثی است. بنابراین عدد اتمی ، تعداد الکترونهای خارج از هسته یک اتم ترکیب نشده را نیز نشان می‌دهد.

عدد اتمی و گارهای نجیب

بعضی از گروههای عناصر از لحاظ خواص شیمیایی و فیزیکی بسیار به هم شبیه‌اند. یکی از این گروهها هلیم (He) ، نئون (Ne) ، آرگون (Ar) ، کریپتون (Kr) ، زنون (Xe) و رادون (Rn) است که همگی گازهایی بی‌رنگ‌اند و واکنش‌پذیری کمی دارند. این عناصر ، گازهای نجیب نامیده می‌شوند و عدد اتمی آنها به ترتیب 2 ، 10 ، 18 ، 36 ، 54 و 86 است.

عدد اتمی و فلزات قلیایی

گروه دیگر عناصر که فلزاتی نرم و بسیار واکنش پذیرند، عبارتند از: لیتیم (Li) ، سدیم (Na) ، پتاسیم (K) ، روبیدیم (Rb) ، سزیم (Cs) و فرانسیم (Fr). اعداد اتمی این عناصر که فلزات قلیایی نامیده می شوند، به ترتیب 3 ، 11 ، 19 ، 37 ، 55 و 87 است.

قانون تناوبی و جدول تناوبی

مقایسه اعداد اتمی عناصر در دو گروه گازهای نجیب و فلزات قلیایی نشان می‌دهد که اگر فهرستی از عناصر به ترتیب افزایش عدد اتمی تنظیم شود، به دنبال هر گاز نجیب ، یک فلز قلیایی قرار می‌گیرد. از بررسی گروههای دیگر عناصر ، علاوه بر این دو گروه ، معلوم می‌شود که وقتی عناصر بنابر عدد اتمی مرتب است شده باشند، خواص عناصر یک الگوی تکراری را نشان می‌دهند.
قانون تناوبی می‌گوید که هرگاه عناصر به ترتیب افزایش عدد اتمی مورد بررسی قرار گیرند، شباهتهای خواص عناصر به‌طور تناوبی تکرار می‌شود. جدول تناوبی بر مبنای این قانون تنظیم شده است. طرح جدول به گونه ای است که عناصر مشابه باهم گروه‌بندی شده‌اند و خواص عناصر را می‌توان از مکانی که در جدول دارند، پیشگویی کرد.

ویژگیهای جدول تناوبی

دوره

عناصری که در یک ردیف افقی جدول دیده می‌شوند، بر روی هم یک دوره می‌نامند. دوره اول تنها شامل دو عنصر هیدروژن (Z=1) و هلیم (Z=2) است. دوره دوم مرکب از 8 عنصر است که از لیتیم (Z=3) به نئون (Z=10) می‌رسد. دوره‌های بعدی به‌ترتیب شامل 8 ، 18 ، 18 . 32 عنصر است.
عناصری که اعداد اتمی آنها از 58 تا 71 است، در پایین جدول دیده می‌شوند و آنها را لانتانیدها یا لانتونوئیدها می‌نامند. این عناصر متعلقند به دوره ششم (که مرکب از 32 عنصر است) و در واقع باید در بدنه جدول پس از لانتان (Z=58) آمده باشند. اما برای این کار باید جدول را به‌طور عمودی برید، دو قسمت بریده را از هم جدا کرد و لانتانیدها را در مکان مناسب خود جاگذاری کرد. این آرایش ، معمول نیست، زیرا جدول طویل می‌شود و نسخه‌برداری یا چاپ آن مشکل است.
همین نکات درباره عناصری با اعداد اتمی 89 تا 103 ملحوظ می‌شود. این عناصر را آکتینید یا آکتینوئید می‌نامند و در زیر لانتانوئیدها ، در ته جدول تناوبی جای دارند. آنها متعلق به دوره هفتم هستند و باید پس از آکتینیوم (Z=89) جاگذاری شوند. به استثنای دوره اول ، هر دوره با یک فلز قلیایی آغاز می‌شود و با یک گاز نجیب پایان می‌یابد. عنصر پیش از گاز نجیب ، در هر دوره کامل (به جز نخستین دوره) ، یک هالوژن که نافلزی بسیار واکنش پذیر است، جای دارد. این هالوژنها عبارتند از: فلوئور ، کلر ، برم ، ید و استاتین.

گروه

عناصری که در یک ستون عمودی جدول ظاهر می‌شوند، یک گروه یا خانواده نامیده می‌شوند. عناصر یک گروه ، خواص شیمیایی مشابهی دارند. سه گروهی که از آنها نام بردیم، گروههای گازهای نجیب ، فلزات قلیایی و هالوژنها هستند. هر گروه ، با عنوان خاص مشخص می‌شود که معمولا مرکب از یک عدد رومی است و به دنبال آن ، حرف A یا B می‌آید. اما برای مشخص کردن گروهها چند سیستم متداول است.

فلز

عنصری است که به‌طور کلی جلای خاصی دارد، گرما و الکتریسیته را به‌خوبی هدایت می‌کند و با کوبش ، بدون شکسته شدن به شکلهای گوناگون در می‌آید. اما نافلز ، عنصری است که جلای فلزی ندارد، رسانای ضعیفی برای گرما و الکتریسیته و در حالت جامد شکننده است. خواص شیمیایی فلزات با نافلزات نیز تفاوت دارد.
در حدود 80% عناصر شناخته شده ، فلز هستند. خط مورب پله‌وار جدول تناوبی ، مشخص کننده تقسیم تقریبی میان فلزات و نافلزات است. نافلزات در طرف راست این خط قرار می‌گیرند، اما این تقسیم‌بندی ، دقیق و کامل نیست. عناصر نزدیک به این خط ، گاهی شبه فلزات و نیمه فلزات نامیده می‌شوند. این عناصر ، خواصی میان فلزات و نافلزات دارند.

در یک دوره ، گستره ای از خواص متفاوت مشاهده می‌شود. هر دوره ، به استثنای دوره اول ، با یک فلز بسیار واکنش‌پذیر یعنی یک فلز قلیایی آغاز می‌شود. خواص عناصر بعدی ، از یک عنصر به عنصر دیگر تغییر می‌کند. خواص فلزی کاسته می‌شود و جای آن را خواص نافلزی می‌گیرد. هر دوره به جز دوره اول ، با یک نافلز بسیار واکنش‌پذیر یعنی یک هالوژن که یک گاز نجیب به دنبال آن می‌آید، پایان می‌پذیرد.

عدد اتمی و قانون تناوبی

در اوایل سده نوزدهم مشابهتهای فیزیکی و شیمیایی بین عناصر، توجه شیمیدانها را به خود جلب کرده بود. در سالهای 1817 و 1829 یوهان دوبراینر( Johann W. Doebereiner )، مقالاتی منتشر کرد که در آنها خواص مجموعه هایی از عناصر را که او مجموعه های سه تایی می‌نامید مانند Ba - Sr - Ca , I - Br - Cl , K - Na - Li و S - Se - Te، مورد بررسی قرار داده بود. عناصر هر مجموعه دارای خواص مشابه اند و وزن اتمی عنصر وسطی در هر مجموعه، تقریبا میانگین اوزان اتمی دو عنصر دیگر است.
طی سالهای بعد، بسیاری از شیمیدانها، تلاشهایی برای طبقه بندی عناصر در گروههای دارای خواص مشابه به عمل آوردند. در سالهای 1866 - 1863، جان نیولندز ( John A. R. Newlands )، " قانون هشت تایی " خود را تنظیم و ارائه کرد. به گفته او، هرگاه عناصر را بر حسب افزایش اوزان اتمی به دنبال یکدیگر مرتب کنیم هشتمین عنصر با عنصر اول و نهمین عنصر با عنصر دوم ( الی آخر ) مشابه است. او این رابطه را با اکتاو در نتهای موسیقی، مشابه می‌دانست. متأسفانه روابط واقعی بین عناصر به سادگی پیشنهاد نیولندز در مورد نتهای موسیقی نیست. در زمانی که او کارش را ارائه داد، قیاس او مع الفارق به نظر می‌رسید و از سوی دیگر شیمیدانها جدی تلقی نشد، اما سالها بعد نیولندز برای این کار از انجمن سلطنتی موفق به دریافت نشان دیوی گردید.
طبقه بندی تناوبی نوین عناصر، از کار یولیوس لوتارمیر ( Julius Lothar Meyer )(1869) و به ویژه دمیتری مندلیف ( Dmitri Mandeleev ) (1869) نشأت می‌گیرد. مندلیف قانون تناوبی خود را به این صورت بیان کرد که: وقتی عناصر به ترتیب افزایش وزن اتمی مورد مطالعه قرار گیرند، شباهتهایی در خواص آنها به طور تناوبی ظاهر می‌شود. در جدول مندلیف عناصر به گونه ای زیر هم نوشته شده اند که عناصر مشابه موسوم به یک گروه زیر هم قرار می‌گیرند.

برای آنکه عناصر مشابه زیر یکدیگر قرار گیرند مندلیف ناچار شد که برای برخی عناصر کشف نشده در آن زمان، در جدول خود جای خالی بگذارد. براساس نظام پیشنهادی خود، او توانست خواص سه عنصر ناشناخته را پیش بینی کند. کشف بعدی عناصر اسکاندیم، گالیم و ژرمانیم و پی بردن به آنکه هر یک دارای خواصی مشابه با خواصی است که مندلیف پیشتر پیش بینی کرده بود، اعتبار نظام تناوبی را نشان داد. مندلیف وجود گازهای نجیب ( He, Ne, Ar, Kr, Xe و Ra ) را پیش بینی نکرد. اما در هر حال پس از کشف این عناصر در سالهای 1898 - 1892، عناصر مزبور به سهولت در گروه خود در جدول جا داده شدند. درست ماندن جدول تناوبی عناصر، ایجاب می‌کرد که سه عنصر I, Ni, K در محلی جز آنکه ترتیب افزایش وزن اتمی حکم می‌کرد، قرار داده شوند. مثلا ید، براساس وزن اتمی باید عنصر شماره 52 باشد، اما برای قرار گرفتن در گروه عناصر به لحاظ شیمیایی، مشابه ( Br, Cl, F ) عنصر شماره 53 در نظر گرفته شد. مطالعه بعدی طبقه بندی تناوبی، بسیاری از شیمیدانها را متقاعد ساخت که خاصیت بنیادی دیگری جز وزن اتمی موجب پیدایش خاصیت مشهود تناوبی است. پیشنهاد شد که این خاصیت بنیادی به نحوی با عدد اتمی، که در آن زمان تنها یک شماره ترتیب در جدول تناوبی بود، مرتبط است.