كيفية ترتيب العناصر في الجدول الدوري. نشر الكيميائي الروسي «ديمتري مندليف» محاولته الأولى لتجميع العناصر الكيميائية وجدولتها حسب أوزانها الذرية في أواخر القرن التاسع عشر. لم يكن في تلك الفترة سوى ٦٠ عنصرًا كيميائيًا معروفًا، غير أن مندليف قد لاحظ اصطفاف بعض العناصر في ترتيب منتظم على هيئة دورات منتظمة ومتتالية، عندما نظم العناصر المعروفة وقتها وفق أوزانها الذرية.
ما هو الجدول الدوري وما هي أهميته؟
اليوم وبعد مرور ١٥٠ عامًا، يتعامل الكيميائيون بالفعل مع ١١٨ عنصرًا كيميائيًا معروفًا (بعد إضافة أربعة عناصر جديدة عام ٢٠١٦) وما زال استخدام ترتيب العناصر الذي استعمله مندليف في جدوله الكيميائي متبعًا، إذ يبدأ الجدول الدوري الحديث بالذرة الأبسط على الإطلاق: ذرة الهيدروجين، ثم تصطف بعدها بقية العناصر حسب أعدادها الذرية (والعدد الذري هو عدد ما تحويه الذرة من بروتونات موجبة). مع وجود استثناءات قليلة، فإن ترتيب العناصر متوافق تمامًا مع الكتلة المتزايدة لذرات العناصر الكيميائية المتتابعة.
يحتوي الجدول الدوري الحديث على ٧ صفوف (دورات) و١٨ عمودًا، كل صف من الصفوف السبع يمثل دورة. ويشير رقم كل دورة إلى عدد الإلكترونات الموجودة في مستويات طاقتها.
فإذا أخذنا عنصر الصوديوم كمثال، فسنرى أنه يقع في الدورة الثالثة، ما يعني بأن ذرة الصوديوم تحتوي على إلكترونات بمستويات الطاقة الثلاث الأولى فقط.
وإذا نزلت للأسفل قليلًا ستجد الدورات أطول، حيث أنها تحمل عددًا أكبر من الإلكترونات يشغل عددًا أكبر من مستويات الطاقة الأعلى والأكثر تعقيدًا.
أما الأعمدة في الجدول فتمثل المجموعات من العناصر.. أو العائلات إن جاز التعبير، إذ إن العناصر الموجودة في مجموعة واحدة تتصرف وتتفاعل بشكل مشابه، فهي تحتوي على ذات العدد من الإلكترونات في الغلاف النهائي للعناصر، ذلك المستوى الأخير والوجه الذي تظهره للعالم.
عناصر المجموعة ١٨ على سبيل المثال تحتوي جميعها على مستوى أخير ممتلئ ومشبع تمامًا بالإلكترونات، ولذلك فهي نادرًا ما تشارك في التفاعلات الكيميائية، إذ إنها ليست بحاجة لفقد إلكترون ولا لاكتساب آخر.
تُصنف العناصر الكيميائية في الجدول الدوري عادةً إما لعناصر معدنية أو غير معدنية، ولكن الخط الفاصل بينهما غامض ومعقد للغاية، فالمعادن عادةً ما تكون موصلات جيدة للحرارة والكهرباء، ولكن المجموعات الفرعية بين المعادن تحتوي أيضًا على خصائص مطابقة وخواص كيميائية مشابهة لتلك المجموعات.
لذا فإن وصف الجدول الدوري الحديث للعناصر يقسمه إلى مجموعات متناسقة مقبولة إلى حد كبير، وفقًا لمختبر لوس ألاموس الوطني.
أقسام الجدول الدوري الحديث
الفلزات القلوية
تكوّن الفلزات القلوية معظم المجموعة الأولى، أي تصطف لتشغل العمود الأول من الجدول. وهي لامعة وناعمة بما يكفي ليتم قطعها بالسكين بشكل سلس. تبدأ مجموعة الفلزات القلوية بعنصر الليثيوم ورمزه الكيميائي “Li” وتنتهي بعنصر الفرنسيوم “Fr”.
كما أنها عناصر شديدة النشاط الكيميائي وقابلة للاشتعال والانفجار عند ملامسة المياه، لذا يخزّنها الكيميائيون في غازات خاملة أو تحت الزيوت. يقع الهيدروجين (الذرة ذات الإلكترون الوحيد) في المجموعة الأولى كذلك، لكنه غاز ولا يُعتبر معدنًا.
الفلزات القلوية الترابية
بطبيعة الحال تكوّن الفلزات القلوية الترابية المجموعة الثانية من الجدول الدوري، تبدأ بعنصر البريليوم ورمزه الكيميائي “Be”، وتنتهي بعنصر الراديوم “Ra”.
يحتوى كل عنصر من عناصر هذه المجموعة على إلكترونين في مستوى طاقته الخارجي الأخير، ما يجعل منها شديدة التفاعل ونشطة كيميائيًا لكي لا تتواجد بشكل منفرد في الطبيعة، لكنها ليست بذات القوة والنشاط اللذين تتصف بهما مجموعة الفلزات القلوية.
فتفاعلات الفلزات القلوية الترابية تكون أبطأ ونتاج تفاعلاتها الحرارية أقل مقارنة بالفلزات القلوية بالمجموعة الأولى.
اللانثانيدات
وتشكل المجموعة الثالثة من الجدول الدوري الحديث، ولكنها طويلة جدًا لتتسع في عمود واحد، فتم اقتصاصها ووضعها بشكل أفقي لتشكل الصف العلوي من تلك الجزيرة الطافية بأسفل الجدول الدوري (والتي تتشكل من اللانثانيدات والأكتينيدات التي سنتناولها بعد قليل).
تتكون اللانثيانيدات من العناصر ٥٧ إلى ٧١. تبدأ بعنصر اللانثانيوم “La” وتنتهي بعنصر اللوتيتوم “L”. تتميز عناصر هذه المجموعة بلونها الأبيض الفضي، ويتشوه هذا اللون في حال تعرضه للهواء.
الأكتينيدات
بطبيعة الحال تشكل الأكتينيديات الصف السفلي من الجزيرة التي تحدثنا عنها أسفل الجدول. وتحتوي على العناصر بداية من العنصر ٨٩ وهو عنصر الأكتينيوم “Ac”، وانتهاءً بعنصر اللورينزيوم “L” وهو العنصر رقم ١٠٣، يتواجد عنصرا الثوريوم “Th” واليورانيوم “Ur” في هذه المجموعة، وهما متواجدان في القشرة الأرضية بكميات كبيرة وكلاهما مشع.
تلك الجزيرة المتكونة من اللانثانيدات والأكتينيدات تشكلان سويةً مجموعةً يطلق عليها اسم المعادن الانتقالية الداخلية.
الفلزات الانتقالية
بترك تلك الجزيرة بالأسفل والعودة إلى البناء الرئيسي للجدول الدوري للعناصر، فإن المجموعات بدايةً من العمود ٣ إلى ١٢ تشكل سويةً مجموعة الفلزات الانتقالية.
تتسم تلك الفلزات بالصلابة ولكنها أيضًا عناصر مرنة، تلمع وتعد موصلات جيدة للكهرباء والحرارة. في الحقيقة إن هذه العناصر هي ما تفكر به عندما تسمع كلمة «معادن»، فهي تحتوي على الذهب والفضة والحديد والبلاتين بين عناصرها.
الفلزات بعد الانتقالية
قبل أن ننتقل إلى الجانب غير المعدني أو غير الفلزي، فإن خصائص العناصر لا تنقسم وتختلف بشكل مباشر على أعمدة المجموعات ولا تتشارك الخصائص كذلك بشكل دقيق.
الفلزات بعد الانتقالية هي الألمنيوم “Al” – الغاليوم “Ga” – الإنديوم “In” – الثاليوم “Tl” – القصدير “Sn” – الرصاص “Pb” – والبزموت “Bi”.
وتمتد من المجموعة ١٣ إلى المجموعة ١٧ في الجدول الدوري.
تحتوي المجموعة على بعض الصفات الكلاسيكية للفلزات الانتقالية، ولكنها تميل لأن تكون أكثر ليونة وأقل ناقلية مقارنة بالفلزات الانتقالية.
تظهر العديد من الجداول الدورية خطًا داكنًا أشبه بالسلم المدرج المائل الذي يصل البورون بالأستاتين. أسفل يسار هذا السلم تقع مجموعة الفلزات بعد الانتقالية.
أشباه الفلزات
وهي بالترتيب البورون “B” – السيليكون “Si” – الجرمانيون “Ge” – الزرنيخ “As” – الأنتيمون “Sb” – التيلوريوم “Te” – والبولونيوم “Po”.
وهي ما تشكل ذلك التدرج بين المعادن الفلزية واللافلزية، تتصرف بعض تلك العناصر كأشباه الموصلات، كالبورون والسيليكون والجرمانيوم بدلًا من تصرفها كموصلات. وتسمى أيضًا أشباه المعادن وأشباه الموصلات، وأحيانًا تسمى بالمعادن الفقيرة.
اللافلزات
كل ما هو في أعلى يمين ذلك السلم المدرج الذي تحدثنا عنه، مع الهيدروجين الذي نال نصيبه من المجموعة الأولى، هي مواد لا فلزية.
ومن تلك العناصر: الكربون “C” – النيتروجين “N” – الفوسفور “P” – الأكسجين “O” – الكبريت “S” – والسيلينيوم “SE”.
الهالوجينات
هي العناصر الأربعة الأولى في المجموعة ١٧، بداية من الفلور “F” وحتى الأستاتين “At”، وهي إحدى مجموعتين فرعيتين من اللافلزات.
تتفاعل الهالوجينات كيميائيًا وتميل للارتباط مع الفلزات القلوية التي تحدثنا عنها في البداية لإنتاج أنواع مختلفة من الأملاح، على سبيل المثال: ملح الطعام في منازلنا ما هو إلا نتاج تفاعل الصوديوم وهو أحد القلويات، مع الكلور وهو أحد الهالوجينات.
الغازات الخاملة (النبيلة)
هي غازات عديمة اللون والرائحة، وخاملة كيميائيًا بشكل كامل تقريبًا، فلا تشارك في التفاعلات. تسمى كذلك بالغازات النبيلة، وتقع في المجموعة ال١٨ في أقصى الجدول الدوري.
يتوقع العديد من الكيميائيين أن أحد العناصر الأربعة المكتشفة حديثًا سوف يحمل ذات الخصائص وهو عنصر “Oganesson”. ولكن، حتى اليوم لم يستطع الكيميائيون اختباره بشكل مباشر، إذ إن فترة نصف عمره تقاس بالميللي ثانية. أتم عنصر “Oganesson” الدورة السابعة للجدول الدوري.
لذلك إذا تمكن شخص من اكتشاف أو تخليق العنصر ال ١١٩ (والسباق يجري حاليًا الآن بهذا الشأن) فستبدأ الدورة الثامنة في العمود الأول لفلزات القلويات.
وبسبب تلك الطبيعة الدورية التي تعطي الجدول الدوري اسمه، فبعض الكيميائيين يفضلون تصور جدول مندليف على هيئة جدول دائري على محيط اسطوانة، حيث بدايته تلتقي بنهايته.
اقرأ أيضًا:
ذكاء اصطناعي يعيد اختراع الجدول الدوريّ بنفسه
أثقل عناصر الجدول الدوري يغير نظرية ميكانيكا الكم
ترجمة: محمد وسيم
تدقيق: محمد وائل القسنطيني
مراجعة: رزان حميدة
