مندلیف و لوتار میردر موردخواص عنصرهاو ارتباط انها بررسی های دقیق تری انجام دادندودر سال ۱۸۶۹م به این نتیجه رسیدند که خواص عنصرها تابعی تناوبی از جرم انهاست. به این معنا که اگر عنصرها را به ترتیب افزایش جرم اتمی مرتب شوند نوعی تناوب در انها اشکار میگرددوپس ازتعداد معینی از عنصرها عنصرهایی با خواص مشابه خواص پیشین تکرار می شوند.

مندلیف در سال ۱۸۶۹ بر پایه ی قانون تناوب جدولی از ۶۳عنصر شناخته شده ی زمان خود منتشر کرد .در فاصله ی بین سالهای ۱۸۶۹ تا ۱۸۷۱م مندلیف هم مانند لوتار میر با بررسی خواص عنصرها و ترکیب های انها متوجه شد که تغییرهای خواص شیمیایی عنصرها مانند خواص فیزیکی انها نسبت به جرم اتمی روند تناوبی دارد.از این رو جدول جدیدی در ۸ ستون و۱۲سطر تنظیم کرد.او با توجه به نارسایی های جدول نیو لندز ولوتار میر و حتی جدول قبلی خود جدولی تقریبابدون نقص ارایه دادکه فراگیر وماندنی شد.

شاهکارهای مندلیف در ساخت شهرک عناصر :

روابط همسایگی:

دانشمندان پیش از مندلیف در طبقه بندی عناصر هر یک را جداگانه و بدون وابستگی به سایر عناصر در نظر می گرفتند.اما مندلیف خاصیتی را کشف کرد که روابط بین عنصرها را به درستی نشان میدادو ان را پایه تنظیم عناصر قرار داد.

وسواس وی:

او برخی از عناصر را دوباره بررسی کرد تا هر نوع ایرادی را که به نادرست بودن جرم اتمی از بین ببرد.در برخی موارد به حکم ضرورت اصل تشابه خواص در گروهها را بر قاعده افزایش جرم اتمی مقدم شمرد.

واحدهای خالی:

در برخی موارد در جدول جای خالی منظور کردیعنی هر جا که بر حسب افزایش جرم اتمی عناصر باید در زیر عنصر دیگری جای می گرفت که در خواص به ان شباهتی نداشت ان مکان را خالی می گذاشتو ان عنصر را در جایی که تشابه خواص رعایت میشد جای داد.این خود به پیش بینی تعدادی ا زعنصرهای ناشناخته منتهی شد.

استقبال از ساکنان بعدی:

مندلیف با توجه به موقعیت عنصرهای کشف نشده و با بهره گیری از طبقه بندی دوبرایزتوانستخواص انها را پیش بینی کند.برای نمونه مندلیف در جدولی که در سال ۱۸۶۹ تنظیم کرده بودمس و نقره وطلا را مانند فلزی قلیایی در ستون نخست جا داده بود اما کمی بعد عناصر این ستون را به دو گروه اصلی و فرعی تقسیم کرد.سپس دوره های نخست و دوم و سوم هر یک شامل یک سطر و هر یک از دوره های چهارم به بعد شامل دو سطر شده وبه ترتیب از دوره های چهارم به بعد دو خانه اول وشش خانه اخر از سطر دوم مربوط به عناصر اصلی ان دوره و هشت خانه باقی مانده ی سطر اول و دو خانه اول سطر دوم مربوط به عناصر فرعی بود

ساخت واحد مسکونی هشتم:

مندلیف با توجه به این که عناصراهن وکبالت ونیکل وروتینیم ورودیم وپالادیم واسمیم وایریدیم وپلاتینخواص نسبتا با یکدیگر دارند این عناصر را در سه ردیف سه تایی و در ستون جداگانه ای جای دادو به جدول پیشین خود گروه هشتم ا هم افزود. در ان زمان گازهای نجیب شناخته نشده بوداز این رودر متن جدول اصلی مندلیف جایی برای این عناصر پیش بینی نشد. پس از ان رامسی و رایله در سال ۱۸۹۴ گاز ارگون را کشف کردند و تا سا ل ۱۹۰۸ م گازهای نجیب دیگرکشف شد و ظرفیت شیمیایی انها ۰ در نظر گرفته شدو به گازهای بی اثر شهرت یافتند.

اسانسور مندلیفبه سوی اسمان شیمی:

جدول مندلیف در تنظیم و پایدار کردن جرم اتمی بسیاری از موارد مندلیفنادرست بودن جرم اتمی برخی از عناصر را ثابت و برخی دیگر را درست کرد .جدول تناوبی نه تنها به کشف عنصرهای ناشناخته کمک کرد بلکه در گسترش و کامل کردن نظریه ی اتمی نقش بزرگی بر عهده داشت و سبب اسان شدن بررسی عناصر و ترکیب های انها شد.

مجتمع نیمه تمام:

جدول تناوبی با نارسایی هایی همراه بود که عبارتند از :

۱) جای هیدروژن در جدول بطور دقیق مشخص نبود .گاهی ان را بالا ی گروه فلزهای قلیایی و گاهی بالای گروه های گروه هالوژن ها جا میداد.

۲) در نیکل و کبالت که جرم اتمی نزدیک به هم دارند خواص شیمیایی متفاوت است و با پایه قانون تناوبی ناسازگاری دارد.

۳) کبالت را پیش از نیکل و همچنین تلور را پیش از ید جای داد که با ترتیب صعودی جرم اتمی هم خوانی نداشت .با پیش رفت پژوهش ها و با کشف پرتوایکس و عنصرهاو بررسی دقیق طیف انها عدد اتمی کشف و اشکار شد و عناصر بر حسب افزایش عدد اتمی مرتب و نار سایی های جزیی موجود در جدول مندلیف از بین رفت .زیرا تغییرات خواص عناصر نسبت به عدد اتمی از نظم بیشتری برخوردارست تا جرم اتمی انها .

۴) سال پس از نشر جدول مندلیف بوابو در ات به روش طیف نگاری اکا الومینیوم را کشف کرد و گالیم نامید و ۴ سال بعد نیلسون اکا بور را کشف کرد و اسکاندیم نامید و هفت سال بعد ونیکلر هم اکا سیلسیم را از راه تجربه طیفی کشف کرد و ان را ژرمانیم نامید.

تغییرات خواص عناصر در دوره ها و گروههای جدول:

تغییرات شعاع اتمی :

در هر گروه با افزایش عدد اتمی شعاع اتمی افزایش می یابد ودر هر دوره با افزایش عدد اتمی شعاع اتمی به تدریج کوچکتر می گردد.

تغییرات شعاع یونی :

شعاع یون کاتیون هر فلز از شعاع اتمی ان کوچکتر و شعاع هر نا فلز از شعاع اتمی ان بزرگتر است.به طور کلی تغییرهای شعاع یونی همان روند تغییرات شعاع اتمی است.

تغییرات انرژی یونش:

در هر دوره با افزایش عدد اتمی انرژی یونش افزایش

می یابد و در هر گروه با افزایش لایه های الکترونی انرژی یونش کاهش می یابد.

تغییرات الکترون خواهی :

در هر دوره با افزایش عدد اتمی انرژی الکترونخواهی افزایش می یابدودر هر گروه با افزایش عدد اتمی اصولا انرژی الکترون خواهی از بالا به پایین کم می شود .

تغییرات الکترونگاتیوی:

در هر دوره به علت افزایش نسبتا زیا د شعاع اتمی الکترونگاتیوی عناصر کم میشود و در هر دوره به علت کاهش شعاع اتمی الکترونگاتیوی عناصر افزایش می یابد .

تغییرتعدادالکترونهای لایه ظرفیتوعدد اکسایش:

در هر دوره از عنصری به عنصر دیگریک واحد به تعداد الکترون ها ی ظرفیت افزوده میشود و تعداد این الکترونها و عدد اکسایش در عنصرهای هر گروه با هم برابرند.

تغییرات پتانسیل الکترودی :

در ازای هردوره با افزایش عدد اتمی توانایی کاهندگی عنصرها کاهش می یابد و توانایی اکسیدکنندگی انها افزایش می یابد .از این روفلزهایی که در سمت چپ دوره ها جای دارندخاصیت کاهندگی ونا فلزهایی که در سمت راست دوره ها جای دارندتوانایی اکسید کنندگی دارند.در موردعناصر یک گروه توانایی اکسید –کنندگی با افزایش عدد اتمی وپتانسیل کاهش می یابد.

تغییرات توانایی بازی هیدروکسید:

توانایی بازی هیدروکسیدعناصر در گروهها ازبالا به پایین افزایش می یابد اما در دوره از سمت چپ به راست رو به کاهش است.

تغییرات دما وذوب یا جو ش:

در هر دوره دمای ذوب و جوش تا اندازه ای به طورتناوبی تغییر می کند ولی این روندمنظم نیست و در موردعناصرگروهها نیز روندواحدی وجود ندارد

در جدول تناوبی جدید که بر اساس آرایش الکترونی عنصرها مرتب شده است، عنصرها به چهار دسته تقسیم می شوند.

۱) عنصرهای اصلی دسته S :

همگی فلز هستند ( به جز H و He ) و تنها یک یا دو الکترون در اوربیتال S لایه ظرفیت آنها وجود دارد.

گروه ۱ ( IA ) با آرایش nS۱ به خانواده فلزهای قلیائی مشهورند و خاصیت فلزی دارند.

گروه ۲ ( IIA ) با آرایش nS۲ به خانواده فلزهای قلیائی خاکی مشهورند و خاصیت فلزی دارند.

۲) عنصرهای اصلی دسته P :

در این سری از عنصرها که اوربیتال P آنها در حال پر شدن می باشد جزو عنصرهای اصلی بوده و شامل برخی از فلزها و تمامی نافلزها و گازهای نجیب می باشند.

ـ گروه ۱۳ ( IIIA ) با آرایش nS۲, nP۱ اغلب خاصیت آمفوتری دارند.

ـ گروه ۱۴ ( IVA ) با آرایش nS۲, nP۲

ـ گروه ۱۵ ( VA ) با آرایش nS۲, nP۳ خاصیت نافلزی دارند.

ـ گروه ۱۶ ( VIA ) با آرایش nS۲, nP۴ خاصیت نافلزی دارند.

ـ گروه ۱۷ ( VIIA ) با آرایش nS۲, nP۵ به خانواده هالوژنها مشهورند و خاصیت نافلزی دارند.

ـ گروه ۱۸ ( VIII ) با آرایش nS۲, nP۶ به خانواده گازهای نجیب مشهورند و فعالیت شیمیائی ندارند.

۳) عنصرهای دسته d ( عنصرهای واسطه ) :

عنصرهای که اوربیتال nS لایه ظرفیت آنها یک یا دو الکترون و اوربیتال (n ۱) d آنها در حال پر شدن است، به نام عنصرهای واسطه مشهورند. همگی فلز می باشند و در ده ستون میان گروههای ۲ ( IIA ) و ۱۳ ( IIIA ) قرار دارند.

۴) عنصرهای دسته f ( عنصرهای واسطه داخلی ) :

عنصرهای که اوربیتال nS لایه ظرفیت آنها یک یا دو الکترون و اوربیتال ( n ۲ )f آنها در حال پر شدن است، به نام عنصرهای واسطه داخلی مشهورند و به دو سری تقسیم می شوند.

ـ سری لانتانیدها :

عنصرهای که اوربیتال ۴f آنها در حال پر شدن است. این عنصرها به نام لانتانیدها و یا خاکهای کمیاب مشهورند و شامل ۱۴ عنصر از سریم ( Ce۵۸) تا لوتسیم ( Lu۷۱) می باشند. مکان اصلی این عنصرها در خانه شماره ۵۷ کنار عنصر لانتان می باشد که آنها را به پایین جدول انتقال داده اند.

ـ سری آکتینیدها :

عنصرهای که اوربیتال ۵f آنها در حال پر شدن است. این عنصرها به نام آکتینیدها مشهورند و شامل ۱۴ عنصر از توریم ( Th۹۰) تا لورانسیم ( Lr۱۰۳) می باشند. همگی جزو عنصرهای سنگین و رادیو اکتیو هستند و اغلب به طور مصنوعی تهیه می شوند. مکان اصلی این عنصرها نیز در خانه شماره ۸۹ کنار عنصر آکتینیم می باشد.

مشابهت جدول تناوبی با آرایش الکترونی اتمها را می توان به این صورت به خاطر سپرد.

۱s ۲s, ۲p ۳s, ۳p ۴s, ۳d, ۴p ۵s, ۴d, ۵p ۶s, ۴f, ۵d, ۶p ۷s, ۵f, ۶d, ۷p

در هر دوره اگر شماره دوره را n در نظر بگیریم وضعیت شماره لایه برای هر اوربیتال به این صورت است. nS , nP nS , (n ۱)d nS , (n ۲)f

ـ عنصرهای دسته S ( فلزهای قلیائی و قلیائی خاکی ) از دوره اول شروع می شوند.

ـ عنصرهای دسته P ( نافلزها ) از دوره دوم شروع می شوند.

ـ عنصرهای دسته d ( فلزهای واسطه ) از دوره چهارم شروع می شوند.

ـ عنصرهای دسته f ( عنصرهای واسطه داخلی ) از دوره ششم شروع می شوند. لانتانیدها ۴f دوره ششم و آکتینیدها ۵f در دوره هفتم قرار دارند.

منبع:

bmirzaie.blogfa.com

jumptochem.com

در این مقاله انواع ذرات زیراتمی (Subatomic Particles) را به طور مختصر معرفی می کنیم.

هادرون – باریون – بوزون – فرمیون – لپتون – بوزون های شاخص – گلوئن – نوترینوها – موئون – مزون – کوارک – پیون و .... ها درون ها (Hadrons): ذرات زیراتمی ای هستند که از فرمیون هایی چون کوارک و آنتی کوارک و بوزون هایی چون گلوئن تشکیل شده اند.

این ذرات نیروی قوی هسته ای اعمال می کنند. هادرون ها مانند دیگر ذرات دارای عدد کوانتومی هستند. این ذرات ممکن است در دما یا فشار بسیار پایین خودبه خود از بین بروند.

باریون (Baryon):

ذراتی هستند که از کوارک تشکیل شده اند. برای مثال پروتون از دو کوارک بالا (u) و یک کوارک پایین (d) تشکیل شده و یا نوترون از دو کوارک پایین و یک کوارک بالا تشکیل شده.

انواع باریون طبق مدل استاندارد (SM) به صورت زیر است:

بوزون (Boson):

ذراتی هستند که داری اسپین صحیح هستند. اکثر بوزون ها می توانند ترکیبی باشند اما گروه بوزون های شاخص (Gauge Bosons) از نوع ترکیبی نیستند. در مدل استاندارد بوزون ها ذراتی برای انتقال نیرو هستند که شامل فوتون ها (انتقال دهنده ی الکترومغناطیس) و گراویتون (انتقال دهنده ی گرانش) نیز می شوند. اتم ها نیز می توانند بوزون باشند. برای مثال هلیم – ۴ یک بوزون با اسپین گویا است. در کل تفاوت زیادی بین استاتیک فرمیونی (اسپین نیمه صحیح) و بوزونی وجود ندارد مگر در مورد اجرام با چگالی بالا که این مورد نیز پیرو استاتیک ماکسول – بولتزمن می باشد. بر همین مبنا هم بوزون ها و هم فرمیون ها ذراتی کلاسیک شناخته می شوند.

بوزون های شاخص (Gauge Bosons):

ذرات بوزونی می باشند که حامل نیروهای بنیادین طبیعت می باشند.

بوزون های شاخص خود ۳ دسته اند:

فوتون ها – بوزون W&Z (بوزون هایی که بدون بار الکتریکی هستند را با Z نشان می دهیم و آن دسته ای را نیروهای ضعیف هسته ای دارند با W نشان می دهیم) و گلوئن ها.

گلوئن (Gluon):

ذراتی بدون جرم و خنثی از خانواده ی بوزون های شاخص هستند و دارای اسپین ۱ هستند. این ذرات زیراتمی باعث پایدار بودن کوارک ها در هسته ی اتم (پروتون ها و نوترون ها) در کنار همدیگر می شوند. البته جرم این ذرات از آنجاییکه بسیار کم است (MeV) از آن صرف نظر می شود.

بوزون های W&Z:

جرم بوزون های Z در حدود ۹۱.۱۸۷۶ (GeV/C۲) و نوع W آن ۸۰.۴۰۳ (GeV/C۲) می باشد. هردوی آنها دارای اسپین ۱ هستند و واکنش آنها از نوع ضعیف می باشد. این بوزون ها از خانواده ی بوزون های شاخص هستند.

نوترینو (Neutrino):

این ذرات از خانواده ی فرمیون ها و گروه لپتون ها هستند و اسپین ۰.۵ دارند. نوترینوها اغلب تنها توسط نیروهای ضعیف و گرانش واکنش انجام می دهند. مدل استاندارد پیش بینی کرده که نوترینوها بدون جرم باشند اما در آزمایشات جرم نوترینو را گرچه بسیار کوچک اما اندازه گیری کرده اند. نوترینوها اغلب به صورت ذرات منفرد دیده نمی شوند و در قالب الکترون نوترینو (۲.۲ eV) یا موئون نوترینو (۱۷۰ KeV) و تاو نوترینو (۱۵.۵ MeV) دیده می شوند. هرچند دانشمندان هنوز یکی بودن پاد نوترینو و نوترینو را تایید نکرده اند اما آزمایشات به روشنی این مطلب را اثبات می کنند. به همین دلیل در مدل استاندارد پاد این ذرات نیز تعریف شده است. (برای مثال الکترون آنتی نوترینو).

موئون (Muon):

این ذرات نیز از خانواده ی فرمیون ها و گروه لپتون ها هستند و دارای اسپین ۰.۵ می باشند. باز این ذرات همانند الکترون است و جرمشان ۱۰۵.۶۵۸۳ (MeV/C۲) می باشد. اعمال واکنش در این ذرات به صورت نیروهای گرانشی و الکترومغناطیسی و همچنین نیروهیا ضعیف هسته ای است. این ذرات دارای پاد نیز می باشند. عمر این ذرات اغلب بیش از ۲.۲ میکروثانیه نیست که همین گونه نیز از دیگر لپتون ها و مزون ها عمر بیشتری دارند. موئون با جذب الکترون می تواند اتم موئونیم (Muonium) را بسازد که شعاع آن تقریبا برابر با هیدروژن است. به همین دلیل تا به حال این ذرات در اتم دیده نشده اند.

مزون (Meson):

مزون نوعی هادرون با اسپین صحیح می باشد. مزون ها اصولا ترکیبی هستند به صورتیکه در آنها کوارک و آنتی کوارک هم دیده می شود! مزون ها شامل ۳ دسته ی اصلی منفی – مثبت و صفر می باشند: مزون صفر سنگین (B۰) – مزون مثبت یا پیون (۹۲۸;+) مزون منفی یا کائون (K ) – مزون صفر سبک یا اتا (C۹۵۱;) و مزون های مثبت سنگین یا رو (+۹۶۱;).

پیون (Pion):

نوعی از مزون ها هستند که دارای بار واحد (هم مثبت و هم منفی) می باشند. پیون ها زا آن جهت مهم هستند که دارای اسپین صفر می باشند و سبک ترین مزون ها هستند. جرم آنها ۹۲۸;۰ = ۱۳۴.۹۷۶ (MeV/C۲) و ۹۲۸;± = ۱۳۹.۵۷۰ (MeV/C۲) می باشد.

۱) کوارک ها (Quarks): این ذرات شامل ۶ نوع می شوند:

۲) کوارک های بالا (بار ۳/۲ و جرم ۰.۰۰۳) – Up (u)

۳) کوارک های پایین (بار ۳/۱ و جرم ۰.۰۰۶) – Down (d)

۴) کوارک های ربایشی (بار ۳/۲ و جرم ۱.۳) – Charm (c)

۵) کوارک های غیر ربایشی (بار ۳/۱ و جرم ۰.۱) – Strange (s)

۶) کوارک های زیر (بار ۳/۲ و جرم ۱۷۵) – Bottom (b)

کوارک های فوق ( باز ۳/۱ و جرم ۴.۳) – Top (t) دایون (Dyon):

ذراتی فرضی که هم بار الکتریکی دارند و هم بار مغناطیسی و اگر در شرایطی بار الکتریکی انها سفر باشد تک قطبی خواهند بود.

به این شرایط خاص شرایط کوانتیده شدن دیراک – اشوانزیگر – اشوینگر می گویند. (توجه کنید که این شرایط به تک قطبی هوفت – پولیاکوف بر نمی گردد بلکه مخصوص تک قطبی دیراک است و لازمه ی آن تعریف هوموتوپی برای توپولوژی فضا و زمان ناپیوسته است). اکثر تئوری های وحدت (GUT) وجود چنین ذره ای را پیش بینی کرده اند.

گراویتون (Graviton): ذراتی فرضی هستند که دارای جرم و بار صفر و اسپین ۲ می باشند. این ذرات بیشتر در تئوری های کوانتومی به عنوان نتیجه ای از نسبیت مطرح می شود. به طوریکه QCD نیز از آنها نام می برد. چنین ذراتی (بدون جرم) تا به حالا دیده نشده اند. بنابراین حرف زدن در مورد ویژگی های آنها بسیار سخت است. (مگر از طریق ریاضی که این مقاله جایگاه آن نیست).

http://iranelmi.blogfa.com

توسط مهدی سلطانی