تحقیق درباره تاریخچه کشف جدول تناوبی پیش از مندلیف

تاریخچه کشف جدول تناوبی پیش از مندلیف

در سال ۱۸۲۹ شیمیدان آلمانی یوهان ولفگانگ دوبراینر مشاهده کرد که عنصرها غالبا گروههایی از سه عنصر ، با خواص شیمیایی مشابه ، تشکیل می‌دهند . او تریادها ( به معنای سه‌تاییها ) را برای آنها پیشنهاد کرد و مانند (کلر ، برم و ید) ؛ ( کلسیم ، استرونسیم و باریم) و غیره .

در هر تریاد جرم اتمی عنصر میانی تقریبا میانگین عددی جرمهای دو عنصر دیگر است . ولی بعدها معلوم شد که همه’ این مطالب اهمیت چندانی ندارند.در سال ۱۸۶۵ شیمیدان انگلیسی ج‌. ا. ر. نیولندز اعلام داشت که عنصرها را می‌توان به ترتیب افزایش جرم اتمی به دنبال هم نوشت . هنگامی که اینکار انجام گرفت ، نظمی شگفت‌انگیز ایجاد شد : خواص شیمیایی و فیزیکی مشابه چند بار در فهرست ظاهر شد .

نیولندز عقیده داشت که ، در کل فهرست عنصرهایی با خواص مشابه به طور تناوبی ( یعنی در فاصله‌هایی منظم ) ظاهر می‌شوند. وی می‌گوید با شروع از یک عنصر معین ، هشتمین عنصر نوعی تکرار نخستین عنصر است ، همچون هشتمین نت در یک اکتاو موسیقی. البته نیولندز عناصر شناخته شده تا آن زمان را به ترتیب پشت‌سر هم در یک ستون چید ( و به صورت کنونی آنها را مرتب نکرد ) و متوجه شد که در بعضی جاهها یک نظم وجود دارد . وی هیچ توجیهی برای فلزاتی که الان فلزات واسطه می‌نامیم، نداشت. سرانجام کیمیادان آلمانی Lothar Meyer و کیمیادان روسی Dmitry Ivanovich Mendeleev تقریبا بطور همزمان اولین جدول تناوبی را، با مرتب نمودن عناصر بر حسب جرمشان، توسعه دادند( ولی مندلیف تعداد کمی از عناصر را خارج از ترتیب صریح جرمی، برای تطابق بهتر با خواص همسایگانشان رسم نمود- این کار بعدها با کشف ساختار الکترونی عناصر در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم توجیه گردید). به طور کلی، پیشرفت شیمی عمومی، از انتشار جدول طبقه بندی تناوبی عنصرها سرچشمه گرفت. با توجه به اینکه طبقه بندی در هر زمینه ای، مطالعه را آسان می کند، آنان که صاحب اندیشه ای در شیمی بودند، برای به نظم در آوردن و آسان کردن بررسی خواص عناصر، همواره فکر طبقه بندی آنها و احتمالاً کشف روابط و یا قوانین در این زمینه را در سر می پروراندند. بدون شک لاووازیه نخشتین کسی بود که در این راه گام برداشت. او عناصر را به دو دسته ی کلی فلز و نافلز تقسیم کرد. او فلز را عنصری می دانست که در ترکیب با اکسیژن باز تولید می کند و غیر فلز را عنصری می دانست که د ر ترکیب با اکسیژن، اسید تولید می‌کند. برسلیوس نیز مانند لاووازیه، عناصر را به دو دسته ی کلی فلز و نافلز تقسیم کرد. اما وی خواص الکتروشیمیایی عنصرها را در نظر گرفت. وی معتقد بود که فلز عنصری است که تمایل به از دست دادن الکترون و تشکیل یون مثبت دارد و غیر فلز عنصری است که تمایل به گرفتن الکترون و تشکیل آنیون دارد.

از سال ۱۸۷۱ به بعد، شیمیدانان برخلاف برسیلوس و لاووازیه که بر خواص شیمیایی عنصرها تاکید داشتند، در مسیر طبقه بندی بر اساس ارتباط بین جرم اتمی و خواص انها، کوششهایی به عمل آوردند و تلاش آنها در این راه کم و بیش با موفقیتهایی همراه بود. تا سال ۱۸۷۲ شصت‌و‌سه عنصر شناخته شده بود و شیمیدانها به جستجوی راههایی برای مرتب کردن عنصرها پرداختند . این جستجو تا حدی شبیه تحقیق اولیه’ کپلر برای یافتن قاعده‌هایی بود که حرکات سیاره‌های منظومه، شمسی را به هم مربوط می‌کند . علاوه بر جرمهای اتمی نسبی ، بسیاری از خواص دیگر عنصرها و مواد مرکب حاصل از آنها تا آن زمان معین شده بود . بعضی از این خواص عبارت بودند از : نقطه ذوب ، نقطه، جوش ، چگالی ، رسانایی الکتریکی ، رسانایی گرمایی ، سختی و ضریب شکست . نتیجه آنکه از سال ۱۸۷۰ به بعد، اطلاعات فراوانی درباره بسیاری از عنصرها و خواص آنها بدست آمده بود.

در سال ۱۸۲۹ شیمیدان آلمانی یوهان ولفگانگ دوبرینر مشاهده کرد که عنصرها غالبا گروههایی از سه عنصر ، با خواص شیمیایی مشابه ، تشکیل می‌دهند . او تریادها ( به معنای سه‌تاییها ) را برای آنها پیشنهاد کرد و مانند (کلر ، برم و ید) ؛ ( کلسیم ، استرونسیم و باریم) و غیره . در هر تریاد جرم اتمی عنصر میانی تقریبا میانگین عددی جرمهای دو عنصر دیگر است . ولی بعدها معلوم شد که همه، این مطالب اهمیت چندانی ندارند.دوشان کورتوآ دانشمند فرانسوی در سال ۱۸۶۲ طبقه بندی ویژه ای به نام پیچ تلوریک ارائه داد. او برای تنظیم جدول خود، استوانه ای در نظر گرفت و محیط آن را به ۱۶ قسمت برابر تقسیم کرد.

از هر کدام از انها خطی عمود بر قاعده ی استوانه عبور داد. سپس خطی با شیب ۴۵ درجه از محل تقاطع یال اول با قاعده رسم کرد تا یالها را یکی پس از دیگری قطع کند. آنگاه عنصرهای شناخته شده تا ان زمان را به ترتیب جرم اتمی در محل تقاطع یالها با این خط شیب دار، قرار داد و مشاهده کرد که عناصری مه بر روی یک یال قرار می گیرند، جرم آنها به اندازه ی ۱۶ واحد و یا مضربی از آن با یکدیگر تفاوت دارد ،خواص مشابهی خواند داشت. در این طبقه بندی تشابه خواص عنصرهای واقع بر یک یال، تا عنصر بیستم یعنی کلسیم رعایت می شد. مثلاً تیتان که در بالای اکسیژن و گوگرد قرار می گرفت، تشابعی با آنها نداشت.

ادلینگ دانشمند انگلیسی، در سال ۱۸۶۴ جدولی از عنصرها ، در ۵ ستون و ۱۵ سطر منظم کرد. او دریافته بود که با کنار گذاشتن هیدروزن، عناصر دیگر، به ترتیب صعودی جرم اتمی ، کنار یکدیگر قرار می گیرند. عناصر واقع در یک سطر، خواص مشابهی خواهند داشت. در سال ۱۸۶۵ شیمیدان انگلیسی ج‌. ا. ر. نیولندز اعلام داشت که عنصرها را می‌توان به ترتیب افزایش جرم اتمی به دنبال هم نوشت . هنگامی که اینکار انجام گرفت ، نظمی شگفت‌انگیز ایجاد شد : خواص شیمیایی و فیزیکی مشابه چند بار در فهرست ظاهر شد . نیولندز عقیده داشت که ، در کل فهرست عنصرهایی با خواص مشابه به طور تناوبی (یعنی در فاصله‌هایی منظم) ظاهر می‌شوند. وی می‌گوید ْْ با شروع از یک عنصر معین ، هشتمین عنصر نوعی تکرار نخستین عنصر است ، همجون هشتمین نت در یک اکتاو موسیقی. البته نیولندز عناصر شناخته شده تا آن زمان را به ترتیب پشت‌سر هم در یک ستون چید ( و به صورت کنونی آنها را مرتب نکرد) و متوجه شد که در بعضی جاهها یک نظم وجود دارد . وی هیچ توجیهی برای فلزاتی که الان فلزات واسطه می‌نامیم ، نداشت. اما بعد از تشخیص وجود خانواده‌هایی با عناصر مشابه توسط نیولندز ، شیمیدانها کنجکاو شدند که در جستجوی راهی اصولی برای تنظیم عنصرها برآیند ، به طوری که اعضای یک خانواده با هم گروه‌بندی شوند .

برای این منظور طرحهایی پیشنهاد شد که موفقترین و مؤثرترین آنها طرح شیمیدان روسی د. ی مندلیف و ژولیوس لوتار مایر بود. کیمیا دان آلمانی Lothar Meyer و کیمیادان روسی Dmitry Ivanovich Mendeleev تقریبا بطور همزمان اولین جدول تناوبی را، با مرتب نمودن عناصر بر حسب جرمشان، توسعه دادند( ولی مندلیف تعداد کمی از عناصر را خارج از ترتیب صریح جرمی، برای تطابق بهتر با خواص همسایگانشان رسم نمود – این کار بعدها با کشف ساختار الکترونی عناصر در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم توجیه گردید). مندلیف در سال ۱۸۷۱ به خصلت گسترده’ تناوبی در میان عنصرها پی برد.

او راهی تازه برای مرتب کردن عنصرها در جدول ( به صورتی که اکنون وجود دارد ) کشف کرد . گرچه خواص عنصرها با افزایش وزن اتمی به طور تناوبی تکرار می‌شود ، ولی نیولندز متوجه نشد که جدایی عنصرهای مشابه برای عنصرهای سنگینتر در فهرست بزرگتر می‌شود و درنتیجه آنها را در گروه خود در نظر نگرفت .

مندلیف نیز عنصرها را بر حسب افزایش وزن اتمی مرتب کرد به همین دلیل در جاهایی بی‌نظمی مشاهده می‌شد و مندلیف حدس می‌زد که شاید در تعیین وزن اتمی اشتباهی شده ، تا اینکه مدتی بعد دانشمند انگلیسی  هنری موزلیHenry G.J.Mosely  در سالهای ۱۹۱۳و ۱۹۱۴ مشکل فوق راحل کرد او توانست با بررسی طیف پرتو ایکس عناصر اهمیت عدد اتمی را نشان دهد وطیف پرتو ایکس سی و هشت عنصر را که اعداد اتمی آنها بین ۱۳تا۷۹” AU,Al” بود مورد بررسی قرار داد و دریافت که وقتی عناصر به ترتیب بر حسب آرایش عدد مرتب شده باشند ریشه دوم فرکانس خط طیفی از عنصری به عنصر دیگر همیشه به مقدار ثابتی افزایش می یابد.بنا براین موزلی موفق شد بر پایه طیف خطی پرتو ایکس هر عنصر  عدداتمی صحیح آن را تعیین کند وبه این ترتیب توانست مشکل طبقه بندی عناصری را حل کند که بر اساس جرم اتمی در جای درستی  قرار نمی گرفتند. او همچنین ابراز داشت که بین Ce   ۷۱ Lu ,  ۵۸ باید ۱۴ عنصر وجود داشته باشد وثابت کرد که این عناصر باید در جدول تناوبی به دنبال لانتان قرار گیرند.

در آن زمان هنوز خانه های ۴۳ و ۶۱و ۷۲و۷۵ و۸۵ و۸۷ خالی مانده بود و وجود عناصری را که هنوز کشف نشده بود نشان داد. در سال ۱۹۲۲هافنیومHafnium  کشف شد و خانه ۷۲را اشغال کرد و در سال ۱۹۲۵خانه ۷۵ توسط رنیم  Rhenium  پر گردید .

در باره ۴عنصر باقیمانده باید گفت که با اظهار نظر های چندی در باره کشف آنها هنوز دلیل قابل اطمینانی بر وجود این عناصر در طبیعت در دست نیست و هر چهار عنصر اخیرا بطور مصنوعی تهیه شده اند و این عناصر را فرانسیم Francium  و استاتین Astatine و Promerhiam وTechnetium نامیدند.سنجش رقمهای اتمی عناصر  به وسیله اشعه ایکس از لحاظ دیگری نیز بسیار اهمیت داشته است.

این کار تعیین عدد کلی خانه‌ها را در جدول بین هیدروژن با عدد اتمی یک و اورانیوم با عدد اتمی ۹۲ که در آن زمان آخرین عضو جدول تناوبی تصور می شد ممکن ساخت و به این ترتیب جدول تناوبی تکامل یافت وبا کشف عناصر جدید به صورت کنونی در آمده است.ما جدول تناوبی دایره‌ای بعد از جدول تناوبی مندلیف و توسط دانشمندان زیادی به صورت متنوع و مختلف، ابداع و ارائه گردیده است. از جمله اینها، دو جدول تناوبی حلقوی و حلزونی است که توسط منوچهر ضیایی، ابداع شده است.

این طرحهای آقای ضیاعی با الهام گرفتن از ساختمان کوچکترین واحد هر عنصر، یعنی اتم‌ها و همچنین کره زمین و سایر کرات، مانند منظومه شمسی به صورت مدور تهیه شده است و خانه‌های جدول نه به صورت مربع (که در جدول تناوبی مندلیف به چشم می‌خورد) بلکه به صورت دوایری است که آرایش الکترونی هر عنصر را – هم به صورت دوایر بسیار کوچک و هم به وسیله اعداد در هر لایه – به صورت مداری نمایش می‌دهد.

در داخل این خانه‌ها، عدد اتمی عناصر، نماد عنصر، حالت آنها در شرایط عادی (جامد، مایع و گاز) نشان داده شده است. عناصر رادیواکتیو نیز با علامت ویژه مشخص شده‌اند. در طرح حلقوی، هفت حلقه یا دوایر متحدالمرکزف دوره‌های تناوبی را تشکیل می‌دهند.یکی از وجوه تمایز این دو طرح با دیگر طرح‌ها و جدولها این است که عناصر اکتینیدها و لانتانیدها به جای اینکه در خارج جدول قرار گیرند، در متن جدول و به دنبال عناصر اصلی دوره‌های تناوبی ۶ و ۷ قرار می‌گیرند.