تقسيم العناصر في الجدول الدوري

تقسيم العناصر في الجدول الدوري الحديث


1– تصنيف مندليف : توصل العالم الروسي ديمتري مندليف في عام 1869 والعالم الألمانـــــي لوثــــر مــايــر كــل على انفراد إلى أن الخواص الطبيعية للعناصر وكذلك الخواص الكيميائية هي تابع دوري لأوزانها الذرية وعليه تمكن كل منهما من ترتيب العناصر المعروفة آنذاك بخطوط أفقية ورأسية تبعاًَ لازدياد أوزانها الذرية ووضع مندليف فراغات للعناصر التي لم تكشف بعد وتنبأ بخواصها وببعض خواص مركباتها الكيميائية (Sc , Ga)
ا الجدول الدوري الحديث
بعد اكتشاف العناصر الخاملة ( (Inert Gases على يد العالمين رامزي (Ramzy) ورايلي (Rayliegh) خلال الفترة (1900-1890) وهي العناصر التي لم يكن مندليف (Mendeleyev) قد ترك لها فراغاً في جدوله الدوري كان لابد من تحديد مكان مناسب لها في الجدول الدوري.وبعد اكتشاف الأشعة السينية (1912) على يد العالم موزليMoseley)) ودراسته لأطياف الأشعة السينية للعناصر أصبح من الضروري إجراء تعديل على جدول مندليف من أن:
((خواص العناصر الكيميائية والطبيعية تابع دوري لأوزانها الذرية لتكون تابعاً دوريا لأعدادها الذرية)) وبالتالي أصبح الجدول الدوري يتكون من خطوط رأسية تسمى بالمجموعات Groups وأخرى أفقية تعرف بالدورات Periods و هناك تقسيم ثالث إلى قطاعات Blocks .
(أ) المجموعات (Groups) :
يقسم الجدول الدوري الحديث إلى مجموعتين هما (A , B) وتضم كل مجموعة عدد من العناصر التي تتشابه في خواصها الكيميائية و الطبيعية و يكون تقسيمها على النحو التالي :
المجموعة (Group A) (A) : وتشمل في داخلها ثمان مجموعات:
وهذه تشمل الصفوف الثلاثة للعناصر الانتقالية و مجموعة عناصر اللانثانيدات و الأكتنيدات .
- المجموعة الأولى IA Group :
تضم هذه المجموعة عناصر (Li, Na, K, Cs, Fr) وتسمى بالمعادن القلوية Alkali Metals وتمتاز هذه العناصر بحالة الأكسدة الأحادية .
2- المجموعة الثانية Group IIA :
تضم هذه المجموعة العناصر (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) وتعرف بالمعادن القلوية الأرضية Metals Alkali Earth وحالة الأكسدة المميزة لها هي الثنائية .
3- المجموعات الثالثة Group III A :
تضم هذه المجموعة (B, Al, Ga, In, Tl) وتمتاز بالحالة التأكسدية الثلاثية
4- المجموعة الرابعة Group IV A :
تضم المجموعة عناصر : (C, Si, Ge, Sn, Pb) وإحدى حالات الأكسدة المميزة لهذه العناصر الحالة الرباعية .
5- المجموعة الخامسة Group V A :
تشمل هذه المجموعة عناصر : (N. P, As, Sb, Bi) ومن حالات الأكسدة المميزة هي الحالة الثلاثية و الخماسية .
6- المجموعة السادسة Group VI A :
تضم عناصر (O, S, Se, Te, Po ) وتتميز بالحالة الثنائية السالبة و السداسية .
7- المجموعة السابعة Group VII A :
تعرف عناصر هذه المجموعة بالهالوجينات (Halogens) : F, Cl, Br, I, At) ) .
8- المجموعة الثامنة Group VIII A :
تعرف عناصر هذه المجموعة بالغازات الخاملة (Inert Gases) وهي
(He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) ولامتلاء أغلفتها الإلكترونية بالإلكترونات فإن الحالة التأكسدية المميزة لها هي الصفر .
المجموعة (B) :
تنقسم عناصر المجموعة (B) أيضاً إلى عدد من المجموعات ( I - VIII) تضم كــل مجموعة منها عناصر تتشابه في خواصها الطبيعية و الكيميائية و تضم المجموعة الفرعية (B) كــل العناصر الواقعة في وسط الجدول الدوري
(ب) الدورات (Periods) :
يقسم الجدول الدوري حسب عدد العناصر التي يضمها كل خط أفقي إلى نوعين من الدورات قصيرة و طويلة و يلاحظ على هذا التقسيم أن بداية كل دورة يمثل غلاف إلكتروني جديد.
(i ) الدورات القصيرة :
يظهر في الجدول ثلاث دورات قصيرة على النحو التالي:
الدورة القصيرة الأولى : تضم هذه الدورة عناصر الهيدروجين و الهليوم فقط ويمتلأ الغلاف الإلكتروني الأول (n =1) .
الدورة القصيرة الثانية : تشمل هذه الدورة ثمانية عناصر هي :
(Li , Be, B, C, N, O, F, Ne.) وهي الدورة التي يمتلأ فيها الغلاف الإلكتروني الثاني (n=2)
الدورة القصيرة الثالثة : هنا يمتلأ الغلاف الإلكتروني الثالث بالإلكترونات وتضم ثمانية عناصر هي (Na, Mg, Al, S , P, S Cl, Ar) .
(ii) الدورات الطويلة : توجد أربع دورات طويلة على النحو التالي :
* الدورة الطويلة الأولى :
تضم هذه الدورة (18) عنصر تبدأ بالبوتاسيوم (K) وتنتهي بالكربتون(Kr) وتشمل عناصر الصف الأول للعناصر الانتقالية
(Sc - Zn) .
* الدورة الطويلة الثانية :
تضم هذه الدورة أيضاً (18) عنصرا تبد اً من الروبيديوم (Rb) إلى الزينون (Xe) وتشمل الصف الثاني للعناصر الانتقالية (Y - Cd) .
* الدورة الطويلة الثالثة :
تضم هذة الدورة (32) عنصر اً منها مجموعة عناصر الصف الثالث الانتقالية (Hf - Hg)بالإضافة إلى مجموعة عناصر اللانثانيدات (La - Lu) والتي يفرد لها مكاناً خاصاً في أسفل الجدول الدوري .
• الدورة الطويلة الرابعة :
تضم هذه الدورة (26) عنصر اً أهمها مجموعة عناصر الأكتينيدات (Ac - Lw) التي تقع أسفل مجموعة عناصر اللانثانيدات مباشرة وتسع هذه الدورة ل 32 عنصرا في حالة اكتمالها.
(ج) القطاعات BLOCKS :

هناك تقسيم ثالث لعناصر الجدول الدوري هــو تقسيمها إلى قطاعات كما في الشكل حسب ملء تحت الأغلفة (Subshells) هي (s, p, d, f) فعناصر المجموعة الرئيسية (A) تقع في القطاعين (s, p) بينما تقع عناصر المجموعة الفرعية (B) في القطاعين (d,f) .




d -Block



قطاعات الجدول الدوري:
يمكن تحديد موضع العنصر بكتابة ترتيبه الإلكتروني فمثلاً العنصر الذي عدده الذري (19)
ترتيبه الإلكتروني ,4s1 1s2 , 2s2 , 2p6 , 3s2 , 3p6
هذا العنصر أحادي التكافؤ حيث يوجد إلكترون واحد في الغلاف الأخير4s1)) لــذا يمكن القول أن العنصر يقع في الدورة الرابعة لأن أعلى رقم غلاف إلكتروني للعنصر هو الرابع كما أنه يقع في المجموعة الأولى (A) لوجود إلكترون واحد في (4s) أما القطاع فهو (S) حيث يوجد إلكترون تكافؤ العنصر في (4s) .


رقم المجموعة 19 ] : Ar , 4s1 [
18

القطاع : رقم الدورة



أمثلة متنوعة لتحديد الدورة والمجموعة والقطاع لعنصر ما :

تحديد الدورة والمجموعة والقطاع للعنصر الذي عدده الذري : 9

التركيب الإلكتروني :

1s2 , 2s2 ,2p5

هذا العنصر يقع في الدورة الثانية لأن أعلى رقم غلاف إلكتروني للعنصر هو الثاني
كما يقع في المجموعة السابعة A ( VII A) لوجود سبعة إلكترونات في غلاف التكافؤ
كما يقع في القطاع P حيث توجد إلكترونات تكافؤ العنصر.


تحديد الدورة والمجموعة والقطاع للعنصر الذي عدده الذري :11

التركيب الإلكتروني :
1s2 , 2s2, 2p6 ,3s1

هذا العنصر يقع في الدورة الثالثة لأن أعلى رقم غلاف إلكتروني للعنصر هو الثالث
كما يقع في المجموعة الأولى A : ( IA) لوجود إلكترون واحد في 3s
أما القطاع فهو S حيث يوجد إلكترون التكافؤ للعنصر في 3s .


تحديد الدورة والمجموعة والقطاع للعنصر الذي عدده الذري 21 :

التركيب الإلكتروني :
1s2 , 2s2 , 2p6 , 3s2 , 3p6 , 4s2 , 3d1
هذا العنصر يقع في الدورة الرابعة لأن أعلى رقم غلاف إلكتروني للعنصر هو الرابع وهو ثلاثي التكافؤ حيث يوجد عدد ثلاثة إلكترونات في الغلاف الأخيروهو يوجد في المجموعة الثالثة B (IIIB) لوجود بعض إلكترونات التكافؤ في الغلاف ( d (4s,3d أي ينتمي إلى العناصر الانتقالية


الخواص العامة والدورية للعناصر الرئيسية

(أ) الحجم الذري : يلاحظ علي الحجم الذري ما يلي:
1- يزداد في المجموعة الواحدة من اعلي لأسفل حيث تبدأ كل دوره بمستوي طاقي جديد( (n ويكون الإلكترون أو الإلكترونات في مدار بعيد اقل ارتباطاً بالنواة مما يزيد الحجم الذرى.
2- يقل في الدورة الواحدة من اليسار إلى اليمين لزيادة قوى التجاذب بين النواة والإلكترونات ويجب الإشارة إلى أن الحجم الذرى غير مرتبط بالعدد الذري فمثلاً العدد الذرى لعنصر الصوديوم Na هو (11) وحجمه ( 23.7A) بينما حجم عنصر الكلور الذي عدده الذرى (17) تساوى(18.7A)
(ب) طاقة التأين :

وهي ادني قدر من الطاقة يلزم لإزالة إلكترون من ذرة مستقرة.
ويلاحظ على قيم طاقة التأين ما يلي

(i) للعناصر القلوية (alkali Metals) ادني قيمة طاقة التأين حيث يوجد إلكترون واحد فقط في مدارها الأخير بالإضافة الى كبر حجمها.
(ii) للغازات النبيلة (inert gases ( اعلي قيم لطاقة التأين حيث يوجد امتلاء تام لأغلفتها بالإلكترونات ولصغر حجمها .
(iii) تزداد قيم طاقة التأين في الدورة الواحدة من اليسار إلى اليمين والسبب صعوبة نزع الإلكترون لزيادة قوى التجاذب بين الإلكترونات والنواة
(iv) تقل قيم طاقات التأين في المجموعة الواحدة من الأعلى إلى الأسفل لسهولة نزع إلكترون المدار الأخير لبعده عن النواة.

(ج) الألفة الالكترونية Electron Affinity

وتعرف بأنها التغير في الطاقة نتيجة اكتساب الذرة (في الحالة الغازية ) لإلكترون مكونة الأيون السالب وهذه الطاقة تساوي طاقة تأين الأيون السالب الناتج
M(g) + e M-(g) + energy

(i) تزداد قيمتها في الدورة الواحدة من اليسار إلى اليمين والسبب لسهولة جذب الإلكترونات نحو النواة وذلك لميل الذرات لملئ مداراتها بالإلكترونات .

( ii) تقل قيم الألفة الإلكترونية في كل مجموعة من الأعلى إلى الأسفل لان إلكترونات المدارات الخارجية اقل ارتباطاً بالنواة.

(iii) للهالوجينات أعلي قيم للألفة الإلكترونية والسبب أنة ينقصها إلكترون واحد كلى تصل لوضع العناصر الخاملة.

د) الكهروسالبية :

هي قدرة الذرة في الجزيئة لجذب الإلكترونات التي تربطها بالذرة الأخرى ويلاحظ :

( i) تقل قيم الكهروسالبية في المجموعة الواحدة من الأعلى للأسفل وهناك عدم انتظام لقيم الكهروسالبية للعناصر الانتقالية.

(ii) تزداد الكهروسالبية في الدورة الواحدة من اليسار إلى اليمين.

(iii) تكون أعلى قيم كهروسالبية لعناصر الأكسجين والنيتروجين والكبريت والهالوجينات.

(iv) تكون آدني قيمه كهروسالبية للعناصر القلوية والعناصر القلوية الأرضية .

(هـ) الخواص العامة للعناصر الفلزية واللافلزية:

1- العناصر الفلزية :

هي العناصر الواقعة على يسار الخط المتعرج jagged line الذي يفصلها عن العناصر اللافلزية وتضم مجموعة العناصر الفلزية.
عناصر المجموعتين الأولى والثانية من النوع(A) وجميع عناصر المجاميع (B) التي يمتلا فيها تحت الغلاف (d) أو (f ) بالإلكترونات بالإضافة لبعض عناصر المجاميع الثالثة والرابعة والخامسة من النوع (A).

وتشترك هذه العناصر بمجموعة من الخواص وهي :
1/ أنها صلبة عند درجات الحرارة للغرفة (عدا عنصر الزئبق ) ويعزى ذلك إلى قوة الارتباط بين الأيونات الموجبة والإلكترونات المحيطة بها .
2/ درجة انصهارها وغليانها عالية لازدياد عدد إلكترونات التكافؤ التي تستخدم في تكوين الرابطة المعدنية .
3/ جيدة التوصيل الكهربائي والحرارة لسهولة حركة الإلكترونات التكافؤ ضمن البلورة.
4/ ذات بريق ولمعان .
5/ كثافتها عالية حيث تراوح (0.53 gm/ml) لعنصر الليثيوم
إلى ( 22.6 g/ml) لعنصر الاوزميوم .
6/ قابلة للطرق والسحب .
7/ أعداد تأكسدها موجبة في المركبات .

2- العناصر اللافلزية :

هي العناصر الواقعة على يمين الخط المتعرج jagged line وتضم مجموعة من العناصر الغازية F2/N2/O2/H2) و الغازات النبيلة ) ويوجد عنصر واحد من الصنف السائل وهو عنصر البروم أما بقية عناصر المجموعة ( الكربون – الفوسفور – الكبريت – السيلينيوم )) فهي صلبة عند درجة حرارة الغرفة ويجمع هذه العناصر الصفات التالية :-

1/ ضعيفة التوصيل الكهربي الحراري
2/ العناصر الصلبة منها هشة .
3/ لها أعداد تأكسد موجبة وسالبة في مركباتها .
4/ ليست ذات بريق معدني أو لمعان
(هـ_) الخواص العامة لأشباه اللافلزات :

هي العناصر التي تقع علي جانبي الخط المتعرج وتشمل عناصر
( البورون/ السليكون/ الجرمانيوم/ الزرنيخ/ والانتيمون / التيلوريوم/ البلونيوم/ . وتجمع بين خواص مجموعة العناصر المعدنية واللامعدنية وتمتاز بأنها أشباه موصلات مما يجعلها ذات أهمية في صناعة الأجهزة الإلكترونية .