تبلیغات
تاریخچه های دنیا در یک وبلاگ - تاریخچه جدول تناوبی عناصر. منبع: roshd.ir
تاریخ : پنجشنبه 5 مرداد 1391 | 01:33 ق.ظ | نویسنده : امین سبحانی






 


تاریخچه جدول تناوبی عناصر

تاریخچه جدول تناوبی عناصر بر می‌گردد به بیش از یک قرن تکامل در فهم خواص شیمیایی و و رسیدن به اوج با انتشار اولین جدول تناوبی حقیقی توسط دیمیتری مندلیف در سال 1869. به این دلیل کشف مندلیف در سطح بالایی نسبت به اکتشافات آن زمان از دانشمندنی چون آنتوان لاوازیه و استانیسلا کنیزارو قرار گرفت چون این دانشمند روسی به تنهایی ایده‌ی ساخت اولین جدول تناوبی واقعی به صورت منحصر بفرد را عملی ساخت.

این جدول به خودی خود نمایانگر قانون تناوبی است که بیان می‌کند خواص اگر عناصر بر اساس عدد اتمی مرتب شوند خواص آن‌ها بصورت تناوبی تکرار می‌شود. جدول برای نشان دادن مشترکات عناصر، آن‌ها را به ستون‌های عمودی (گروه‌ها) و ردیف‌های افقی (تناوب‌ها) مرتب می‌کند .

نظریات عنصری از عهد باستان

مردم از عهد عتیق بعضی از عناصر شیمیایی مانند طلا، نقره و مس را می‌شناختند زیرا این عناصر به صورت طبیعی در طبیعت یافت می‌شدند و نسبتا توسط وسایل ابتدایی به راحتی استخراج می‌شدند. البته، این تصور که تعداد محدودی عنصر وجود دارد که همه چیز از آن‌ها تشکیل شده‌اند از فیلسوف یونانی ارسطو نشأت می‌گیرد. حدود 330 سال قبل از تولد مسیح ارسطو بیان کرد که همه چیز از مخلوطی که از یک یا چند از چهار "ریشه" تشکیل شده‌اند (در اصل تعداد چهار از فیلسوف سیسیلی امپدوکلس گرفته شده بود)، ولی بعدها کلمه "عنصر" توسط پلاتو (Plato) جایگزین شد. چهار عنصر زمین، آب، هوا و آتش بودند. زمانیکه مفهوم عنصر به این گونه معرفی شد، نظریات ارسطو و پلاتو هیچ پیشرفتی در فهم عالم ماده بوجود نیاورد.

عصر روشنفکری

هینیگ براند (Hennig Brand) بر اساس آنچه ثبت شده اولین کسی است که یک عنصر جدید کشف کرد. براند یک تاجر ورشکسته آلمانی بود که تلاش می‌کرد سنگ جادو را کشف کند. (یک شی افسانه‌ای که تصور می‌شد می‌تواند فلزات عادی را به طلا تبدیل کند) او توسط تقطیر ادرار انسان آزمایشاتش را انجام می‌داده تا اینکه در سال 1649 او سرانجام یک شی درخشنده سفید مشاهده کرد که نامش را فسفر گذاشت. او کشف خود را مخفی نگاه داشت، تا سال 1680 زمانی که رابرت بویل (Robert Boyle) دوباره آن را کشف کرد و این ماده عمومی شد. این کشف و کشف‌ها دیگر این سوال را بوجود آورد که "عنصر" بودن یک ماده به چه معنا است.

در سال 1661 عنصر را به اینگونه تعریف کرد که ماده‌ای است که نمی‌تواند توسط واکنش شیمیایی به مواد ساده‌تر تجزیه شود. این تعریف ساده در واقع به مدت تقریبی 301 سال رایج بود (تا زمان انتشار مفهوم ذرات زیراتمی)، و حتی امروز نیز این تعریف در کلاس‌های مقدماتی شیمی تدریس می‌شود.

آنتوان-لارنت دِ لاوازیه

 

کتاب Traité Élémentaire de Chimie (شرح مقدماتی شیمی، سال 1789، ترجمه شده به انگلیسی توسط رابرت کر) از لاوازیه اولین کتاب درسی شیمی مدرن در نظر گرفته شده است. این کتاب شامل یک لیست از عناصر یا مواد است که نمی‌توانند تجزیه شوند، که شامل اکسیژن، نیتروژن، هیدروژن، فسفر، جیوه، روی و گوگرد می‌شود. این کتاب همچنین پایه‌ای برای لیست عناصر امروزی شکل داده است. لیست او، اگرچه همچنین شامل نور و کالری نیز می‌شده که او باور داشته است این مفاهیم اشیا مادی هستند. زمانیکه اکثر شیمیدان‌های مطرح زمان مطالب جدید که لاوازیه می‌گفت را قبول نمی‌کردند، کتاب شرح مقدماتی به قدری خوب نوشته شده بود که نسل‌های جوان‌تر را متقاعد کند. البته، به این دلیل که تعاریف لاوازیه تنها عناصر را به عنوان فلزات و غیز فلزات دسته بندی کرده بود، برای یک تحلیل کامل کافی نبود.

یوهان ولفگانگ دوبراینر

در سال 1817، یوهان ولفگانگ دوبراینر شروع به فرمول بندی یکی از اولین تلاش‌ها برای دسته بندی عناصر کرد. در سال 1828 او یافت که بعضی عناصر گروه‌هایی 3تایی را با خواص مشابه تشکیل می‌دهند. او نام این گروه‌ها را "سه تایی" (“triad”) گذاشت. بعضی از سه تایی‌ها که توسط دوبراینر دسته بندی شدند:

1. کلر، برم و ید

2. کلسیم، استرانسیم و باریم

3. گوگرد، سلنیم و تلوریم

4. لیتیم، سدیم و پتاسیم

در همه‌‌‌ی سه تایی‌ها، وزن اتمی عنصر دوم همواره دقیقا میانگین وزن اتمی عنصر اول و سوم بوده است.

دسته بندی عناصر

در سال 1869، مجوعا 63 عنصر کشف شده بود. با افزایش تعداد عناصر شناخته شده، دانشمندان شروع به شناخت الگوهایی برای طرز رفتار مواد شیمیایی و تدبیر روش‌هایی برای دسته بندی عناصر کردند.

Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois

Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois(20 ژانویه 1820- 14 نوامبر 1886) یک زمین شناس فرانسوی بود که برای اولین بار متوجه حالت تناوبی عناصر شد. (به نظر می‌رسید عناصر مشابه در فواصل معینی ظاهر می‌شوند اگر بر اساس وزن اتمی‌شان چیده شوند) او یک شکل اولیه از جدول تناوبی درست کرد، که آو آن را مارپیچ زمینی (telluric helix) نامید. به این شکل که عناصر در یک مارپیچ روی یک استوانه بر اساس افزایش عدد اتمی چیده شده بودند،De Chancortois مشاهده کرد که عناصر با خواص مشابه بصورت عمودی در یک خط قرار می‌گیرند. جدول او شامل چند یون و ترکیب به علاوه‌ی عناصر بود. مقاله‌ی او در سال 1862 منتشر شد اما بیشتر شامل اصطلاحات زمین شناسی بود تا شیمیایی و شامل یک نمودار نبود (در اصل نمودار را منتشر نکرد در صورتیکه نمودار نیز داشت)؛ یه عنوان یک نتیجه، این مقاله توجه کمی را به خود جلب کرد تا زمان تحقیق دیمیتری مندلیف.


 

جان نیولندز

جان نیولندز (John Newlands) یک شیمیدان انگلیسی بود که در سال 1865، 56 عنصر شناخته شده تا آن زمان را به 11 گروه بر اساس تشابه خواص فیزیکی تقسیم کرد.

نیولندز به این نکته پی برده بود که جفت عنصرهای مشابهی وجود دارند که اختلاف عدد اتمی آن‌ها ضریبی از عدد 8 می‌باشد. البته قانون هشتایی‌های او (law of octaves) به دلیل اینکه شبیه مقیاس نت‌های موسیقی بود، توسط افراد معاصر با او مورد تمسخر قرار گرفت. تا قرن اخیر که به دلیل نظریه پیوند والانس گیلبرت ن.لوییس (Gilbert N. Lewis’ valance bond theory) در سال 1916 و نظریه اوکتت یا هشتایی ایروینگ لانگمور (Irving Langmuir) در سال 1919 اهمیت حالت تناوبی عدد هشت مورد قبول واقع شد.

دیمیتری مندلیف

دیمیتری مندلیف (Dmitri Mendeleev)، شیمیدان روسی، اولین دانشمندی بود که جدولی تناوبی طراحی کرد بسیار مانند آنچه ما امروز استفاده می‌کنیم. مندلیف عناصر را در یک جدول بر اساس وزن اتمی، مطابق با مقدار تقریبی جرم مولی که امروزه شناخته شده است، تنظیم کرد. بعضی مواقع گفته می‌شود که او در سفرهای طولانی با قطار "کارت بازی شیمیایی" بازی می‌کرده است که از کارت‌هایی استفاده می‌کرده است که دارای نکات مختلف از عنصرهای شناخته شده بوده است. در 6 مارچ سال 1869 یک ارائه‌ی رسمی برای انجمن شیمی روسیه اجرا شد با عنوان وابستگی میان خواص اوزان اتمی عناصر. (The Dependence Between the Properties of the Atomic Weights of the Elements) جدول او در یک روزنامه گمنام روسی منتشر شد ولی به سرعت در سال 1869 در یک روزنامه آلمانی به نام Zeitschrift für Chemie (به فارسی: مجله شیمی) دوباره منتشر شد. این روزنامه عنوان کرده بود که:

1.     عناصر اگر بر اساس وزن اتمی‌شان مرتب شوند، یک تناوب آشکار از خواص را به نمایش می‌گزارند.

2.     عناصر مشابه با توجه به خواص شیمیایی آن‌ها یا دارای اوزان اتمی نزدیک به هم هستند (مانندPt، Ir، Os) یا به صورت منظم وزن اتمی‌شان افزایش می‌یابد (مانند K، Rb، Cs).

3.     آرایش عناصر یا گروه‌های عناصر بر اساس وزن اتمی، وابسته به یک خصوصیت آن‌ها به نام والانس است و همچنین با توجه به برخی فضاها وابسته به خواص شیمایی خاصه آن‌ها است؛ همانطور که در میان سری‌های Li، Be، Ba، C، N، O و Sn نیز مشابه است. (در اصل باید Li، Be، B، C، N، O و Fباشد)

4.     عناصری که به صورت گسترده پخش شده‌اند دارای اوزان اتمی کوچک هستند.

5.     دامنه‌ی وزن اتمی مشخصات عنصر را تایین می‌کند، همانند دامنه وزن مولکولی که مشخصات ساختاری ترکیب را مشخص می‌کند.

6.     ما باید انتظار کشف بسیاری از عناصر کشف نشده را داشته باشیم _ برای مثال، عناصر مشابه با آلومینیم و سیلیسیم _ که وزن اتمی آن‌ها می‌بایست بین 65 تا 75 باشد.

7.     وزن اتمی یک عنصر ممکن است گاهی اوقات توسط اطلاعات از عناصر مجاورش اصلاح شود. به این صورت وزن اتمی تلوریم می‌بایست مابین 123 و 126 باشد و نمی‌تواند 128 باشد. (این مساله بر اساس مکان تلوریم که بین آنتیموان و ید که دارای وزن اتمی 127 می‌باشد بیان می‌شود. البته موزلی بعدها مکان این عناصر را بدون تجدید نظر در مقادیر وزن اتمی توضیح داد)

8.     خواص مشخص عناصر می‌تواند توسط اوزان اتمی‌شان پیش بینی شود.

مزایای علمی جدول مندلیف

·         مندلیف کشف عناصر دیگر را پیش بینی کرده بود و فضای خالی برای این عناصر در نظر گرفته بود. با نام‌های اکا-سیلیسیم (ژرمانیم)، اکا-آلومینیم (گالیم)، و اکا-بور (اسکاندیم). به این صورت هیچ اختلالی در جدول تناوبی وجود نداشت.

·         او اشاره کرده بود که بعضی از اوزان اتمی آن زمان نادرست هستند.

·         او انحراف از قانون وزن اتمی را نیز فراهم کرده بود.

نقایص جدول مندلیف

·         جدول او دربردارنده‌ی هیچ یک از گازهای نجیب که بعدا کشف شدند نبود. این عناصر توسط سر ولیام رمزی (Sir William Ramsay) به عنوان گروه 0، بدون ایجاد هیچ اختلالی در مفهوم پایه‌ای جدول تناوبی اضافه شدند.

·         هیچ مکانی برای ایزوتوپ‌های عناصر مختلف که بعدا کشف شدند وجود نداشت.

·      مکان درستی برای هیدروژن در جدول نتاوبی در نظر گرفته نشده بود. هیدروژن هم می‌توانست در گروه فلزات قلیایی و هم در گروه هالوژن‌ها قرار بگیرد. به این صورت، قانون تناوبی دیمیتری مندلیف نمی‌توانست یک مکان مناسب برای هیدروژن در نظر بگیرد. 

 

لوتر مایر

بدون شناختن مندلیف، لوتر مایر نیز در حال کار بر روی جدول تناوبی بود. هر چند تحقیق او در سال 1864 منتشر شد و به صورت مستقل از مندلیف انجام شده بود، بعضی از تاریخ‌دانان او را به عنوان خالق مشترک جدول تناوبی در نظر می‌گیرند. برای اشاره باید بدانیم که جدول مایر دارای 28 عنصر بود. علاوه بر این، مایر عناصر را بر اساس وزن اتمی مرتب نکرده بود و فقط بر اساس والانس مرتب کرده بود. در آخر، مایر هیچ گاه به ایده‌ی پیش‌ بینی عناصر و تصحیح اوزان اتمی نرسید. بعد از چند ماه از اینکه مندلیف جدول تناوبی خود را از همه‌‌ی عناصر کشف شده منتشر کرد (و بعضی از عناصر جدید را برای تکمیل جدول پیش بینی کرد، بعلاوه وزن اتمی بعضی از عناصر را نیز تصحیح کرد)، مایر جدول واقعا مشابه خودش را منتشر کرد. زمانی‌ که عده‌ی کمی از مردم مایر و مندلیف را به عنوان خالقان مشترک جدول تناوبی تصور می‌کردند، اکثرا بر این عقیده بودند که مندلیف خودش این جدول را منتشر کرده و پیش بینی دقیق خواص عناصر کشف نشده توسط مندلیف باعث شد تا سهم بیشتری از این اعتبار به او برسد. در هر زمینه‌ای، در طول زمان پیش بینی‌های مندلیف بسیار افراد معاصرش را تحت تاثیر قرار می‌داد و همگی نیز سرانجام درست بودند. یک شیمیدان انگلیسی به نام ویلیام اودلینگ (William Odling)، همچنین یک جدول در سال 1864 تهیه کرد که به صورت قابل توجهی شبیه جدول مندلیف بود.

اصلاحات جدول تناوبی

هنری موزلی

در سال 1914 هنری موزلی رابطه‌ای بین طول موج پرتو X عنصر و عدد اتمی آن (Z) پیدا کرد، بر این اساس جدول را دوباره و این بار بیشتر بر پایه‌ی بار اتمی مرتب کرد. قبل از این کشف، اعداد اتمی فقط اعدادی پی در پی بر اساس وزن اتمی بودند. کشف موزلی نشان داد که اعداد اتمی یک پایه‌ی اندازه‌گیری تجربی دارند.

به این شیوه موزلی با این وجود که آرگون وزن اتمی بیشتری (39.9) نسبت به پتاسیم (39.1) دارد، آرگون (Z=18) را بر اساس طول موج‌های پرتو X قبل از پتاسیم (Z=19) قرار داد. چیدمان جدید با خواص شیمیایی عناصر تطابق داشت، زیرا آرگون یک گاز نجیب و پتاسیم یک فلز قلیایی است. به طور مشابه، موزلی کبالت را قبل از نیکل قرار داد، و همچنین می‌توانست توضیح دهد که تلوریم قبل از ید قرار می‌گیرد بدون بازبینی در وزن اتمی تجربی تلوریم (127.6) که توسط مندلیف پیشنهاد شده بود.

تحقیق موزلی همچنین نشان داد که فضاهای خالی در جدول در اعداد اتمی 43 و61 وجود دارد که اکنون به عنوان عناصر تکنسیم و پرومتیم شناخته می‌شوند، البته باید به این نکته توجه کنیم که هر دو این عناصر پرتوزا بوده و به صورت طبیعی وجود ندارند. هنری موزلی با پیروی از دیمیتری مندلیف همچنین عناصر جدیدی را پیش بینی کرد.

گلن سیبورگ

در طول پروژه‌ی تحقیقاتی منهتن در سال 1943 گلن سیبورگ (Glenn T.Seaborg) با یک مشکل پیش بینی نشده در جدا سازی امریسیم (95) و کوریم (96) مواجه شد. او شروع کرد به تفکر در این مورد که این عناصر بیشتر به نظر می‌رسد که به سری‌های متفاوت تعلق دارند که این مساله تفاوت خواص شیمیایی پیش بینی شده‌ی عناصر جدید را توجیه می‌کند. در سال 1945، او برخلاف نصیحت همکارانش عمل کرد و پیشنهاد یک تغییر مهم در جدول تناوبی را داد: سری اکتنید.

نظریه اکتیند سیبورگ درباره‌ی ساختار الکترونی عنصر سنگین که پیش بینی می‌کرد که اکتنیدها یک سری گذار مشابه با سری نادر عناصر لانتانید تشکیل می‌دهند، اکنون در جوامع علمی کاملا مورد قبول واقع شده و در تمام فرم‌های استاندارد جدول تناوبی وجود دارد. سری اکتنید ردیف دوم بلاک f (سری 5f) است و شامل عناصر از اکتنیم تا لورنسیم می‌شود. بسط‌های متعاقب نظریه اکتنید سیبورگ یک فرضیه بوجود آورد که یک سری از عناصر فوق سنگین در سری زیر سری اکتنید وجود دارد که شامل عناصر 104 تا 121 می‌شود و یک سری سوپر اکتنید نیز وجود دارد که شامل عناصر از 122 تا 153 می‌شود. (البته در صورت کشف این عناصر این سری پیش بینی شده است)

دوره‌های اصلی اکتشاف

تاریخچه‌ی جدول تناوبی همچنین تاریخچه‌ی اکتشاف عناصر شیمیایی نیز هست. IUPAC پنج دوره‌ی اصلی اکتشاف را پیشنهاد کرده است، و دوره‌ی ششم در اینجا برای عناصر سنتزی اخیر آمده است. (کشف شده از سال 2000 به بعد)

(جدول زیر با کیفیت بهتر برای علاقه مندان ضمیمه‌ی این مطلب شده است. لینک جدول در قسمت پایین مطلب)

جدول تناوبی به عنوان یک نماد فرهنگی

در طول قرن بیستم، جدول تناوبی به صورت همه گیر رشد کرد. در یک فیلم حضور این جدول روی دیوار یک کلاس نشان دهنده‌ی این است که این کلاس، یک کلاس علوم است. جدول تناوبی عناصر به راحتی برای دانش آموزان به عنوان وسیله‌ای برای کمک به حل مسایل شیمیایی فراهم شده است.

در سال 1998، یک جدول تناوبی با ابعاد 65×35 فوت در موزه‌ی علوم ویرجینیا ساخته شد و از رکوردهای گینش محسوب می‌شود.






طبقه بندی: تاریخچه های متفرقه، 

  • دانلود فیلم
  • خرید vpn