جنرال لواء

كيف اجتمع الجدول الدوري معًا: خريطة تاريخ العلوم العظيمة


الجدول الدوري ، ببساطة ، هو طريقة لتنظيم جميع العناصر المعروفة حاليًا للعلم بناءً على أحجامها وتكوينات الإلكترون وخصائصها الكيميائية.

خلافًا للاعتقاد الشائع ، لم يكن ديمتري مندليف ، الذي يُشار إليه غالبًا باسم "أب" الجدول الدوري ، أول من وضع الجدول. شكله الحالي هو في الواقع تتويج لعمل العديد من العلماء على مر العصور.

في المقالة التالية ، سنقوم بجولة صافرة للأحداث الكبرى في التاريخ التي ساهمت في الجدول الدوري الحديث.

نظرًا لأن هذه المقالة تدور حول تاريخ الجدول أكثر من شرح علمه ، يمكنك مشاهدة هذا الفيديو للحصول على مقدمة عن دورية العناصر.

لن يكون هناك جدول دوري بدون عناصر

قبل إجراء أي محاولة فعلية لترتيب العناصر ، كان يتعين على "المنظمين" الناشئين معرفة ما كانوا ينظمونه وعددهم.

عُرفت المعادن مثل الذهب والقصدير والنحاس والرصاص والزئبق والفضة منذ العصور القديمة ، لكن الأمر سيستغرق عصر النهضة لتحقيق أول اكتشاف علمي حقيقي للمواد التي نطلق عليها الآن العناصر.

من المعترف به على نطاق واسع أن أول عنصر تم التعرف عليه علميًا ومعزول تقنيًا كان الفوسفور. تم هذا الاكتشاف خلالالقرن السابع عشربواسطة Henning Brand ، سيتبع ذلك الكثير قريبًا.

كان Henning تاجرًا ألمانيًا مفلسًا تمكن من عزل العنصر أثناء محاولته إنشاء حجر الفيلسوف الأسطوري. في هذا الوقت ، كان العديد من الأشخاص يختبرون Alchemy بهدف نهائي يتمثل في تحويل المعادن الأساسية إلى ذهب.

سيحتفظ باكتشافه لنفسه حتى 1680 حتى أعاد روبرت بويل اكتشاف العنصر وكشف عنه للعالم العلمي.

قدم بويل سابقًا تعريفاً لهذه "العناصر" الجديدة على النحو التالي: -

"تلك الهيئات البدائية والبسيطة التي يقال إن تلك المخلوطة تتكون منها ، والتي يتم حلها في النهاية."

على مدى مئات السنين التالية ، جمع الكيميائيون الأوائل قدرًا كبيرًا من المعرفة حول خصائص العناصر ومركباتها.

بحلول عام 1869، المجموع الكلي 63 عنصرًا وقد تم العثور على. بدأ العلماء في ملاحظة ظهور بعض الأنماط حول خصائص هذه العناصر.

وهكذا بدأت طرق تصنيف هذه العناصر بجدية.

وضعت الرسالة الأولية للكيمياء للافوازييه الأساس

في 1789كتب أنطوان لوران دي لافوازييه كتابه الرائد ونشرهسمة Élémentaire de Chimie (رسالة ابتدائية في الكيمياء). تمت ترجمة هذا لاحقًا إلى اللغة الإنجليزية بواسطة روبرت كير.

يعتبر كل من النص الأصلي والترجمة على نطاق واسع أول كتاب مدرسي حقيقي في الكيمياء. ضمن عمله الأساسي ، عرّف لافوازييه العنصر على أنه مادة لا يمكن تفكيكها إلى مادة أبسط عبر تفاعل كيميائي.

سيكون تعريفًا سيُستخدم لأكثر من قرن حتى اكتشاف الجسيمات دون الذرية.

احتوى كتاب لافوازييه على قائمة شاملة بهذه "المواد البسيطة" التي من شأنها أن تشكل الأساس لقائمتنا الحديثة من العناصر.

صنفت قائمته العناصر إلى معادن وغير معدنية. قاوم أقرانه نظامه ولكن سرعان ما تبناه الجيل القادم من العلماء. سيثبت نظام لافوازييه ، بمرور الوقت ، أنه غير ملائم ، لأنه استخدم هذين التصنيفين فقط.

يقترب قانون الثلاثيات خطوة واحدة

عندما بدأ الكيميائيون الأوائل في إجراء التجارب وتدوين ملاحظات حول خصائص العناصر ، سيتم قريبًا إجراء بعض الملاحظات المثيرة للاهتمام.

لاحظ ويليام بروت ، الطبيب والكيميائي الإنجليزي ، ملاحظة مهمة مفادها أن الأوزان الذرية تبدو مضاعفة لأوزان الهيدروجين في 1815. سيُعرف هذا لاحقًا باسم فرضية بروت وسيمهد الطريق لإجراء تحقيقات لاحقة في الوزن الذري والنظرية الذرية.

بعد بضع سنوات حدث تقدم رئيسي واحد نحو الجدول الدوري.

يوهان دوبرينير ، إن 1817، سرعان ما لاحظ أن الوزن الذري للسترونتيوم كان في مكان ما بين وزن الكالسيوم والباريوم.

كما اتضح أن هذه العناصر لها بعض الخصائص الكيميائية المتشابهة.

بعد ذلك بقليل ، في 1829سيبتكر "قانون الثلاثيات". ولاحظ أن مجموعات من العناصر مثل الكلور والبروم واليود (ما يسمى ثالوث هالوجين "تشكيل الملح") والليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم (ما يسمى بالثالوث القلوي [تشكيل] المعادن) تشترك في خصائص كيميائية متشابهة.

أشار يوهان إلى أن العنصر الأوسط في هذه الثلاثيات له خصائص كانت في المتوسط ​​للعنصرين الآخرين عند ترتيبها حسب الوزن الذري. كان يعتقد أن هذا قد يكون مجرد قانون عالمي للطبيعة.

وقد عرّفهم على أنهم "عناصر متشابهة كيميائيًا مرتبة بترتيب تصاعدي لأوزانها الذرية شكلت مجموعات محددة جيدًا من ثلاثة تسمى الثلاثيات حيث وُجد أن الوزن الذري للعنصر الأوسط هو بشكل عام المتوسط ​​الحسابي للوزن الذري للاثنين الآخرين عناصر في الثالوث ".

أصبح هذا القانون شائعًا جدًا بين أقرانه في ذلك الوقت. ما بين 1829 و 1858 سرعان ما اكتشف العديد من العلماء البارزين أن العلاقات الكيميائية لهذه الثلاثيات امتدت بالفعل إلى ما هو أبعد منها.

خلال هذه الفترة:-

- تمت إضافة الفلور لمجموعة الهالوجين ،

تم تجميع الأوكسجين والكبريت والسيلينيوم والتيلوريوم معًا ،

- تم تجميع النيتروجين والفوسفور والزرنيخ والأنتيمون والبزموت معًا.

تم اتخاذ خطوات كبيرة على ما يبدو ولكن كانت هناك مشكلة. تم إعاقة البحث في هذا المجال بشكل خطير بسبب القيم الدقيقة وبعضها لم يكن متاحًا في كثير من الأحيان.

محاولة Chancourtois الأولى في الجدول الدوري

يُعرف الجيولوجي الفرنسي ، ألكسندر إميل بيغير دي تشانكورتوا ، على نطاق واسع بأنه أول شخص يلاحظ حقًا تواتر العناصر. لهذا السبب ، من المحتمل أن يتم التعرف على جدوله المجمع المبني حول هذه الملاحظة كأول جدول دوري للعناصر.

وأشار إلى أن العناصر أظهرت خصائص متشابهة عند ترتيبها حسب الأوزان الذرية. له فيس Tellunque (Telluric Helix) تم نشره في 1862. يأتي الاسم من عنصر Tellurium الذي وقع بالقرب من مركز مخططه.

قام "جدوله" بترتيب العناصر في شكل حلزوني داخل أسطوانة بالترتيب حسب الوزن الذري. تم إنشاء هذه الأسطوانة بحيث يمكن كتابة 16 وحدة كتلة عليها في كل دورة. بهذه الطريقة العناصر وثيقة الصلة تصطف عموديا.

قاده هذا إلى اقتراح أن "خصائص العناصر هي خصائص الأعداد". سيكون أول شخص يدرك أن الخصائص العنصرية يبدو أنها تتكرر كل سبعة عناصر.

باستخدام مخططه ، تنبأ حتى بالقياس المتكافئ لعدة أكاسيد معدنية. لسوء حظ Chancourtois ، قام بتضمين الأيونات والمركبات في مخططه بالإضافة إلى بعض المصطلحات الجيولوجية ، وليس الكيميائية.

لهذا السبب ، لم تنطلق فكرته حقًا في ذلك الوقت. لم يتحقق عمله أيضًا إلا بعد أن أعلن مندليف عن طاولته بعد بضع سنوات.

من الثلاثيات إلى الأوكتافات مع جون نيولاندز

جاء التطور الكبير التالي نحو الجدول الدوري الحديث 1863 مع جون نيولاندزقانون أوكتافيس.

نشر جون ، الكيميائي الإنجليزي ، ورقته البحثية التي صنف فيها 62 عنصرًا ثابتًا في 11 مجموعة. استند هذا التجمع ، مثل أسلافه ، إلى امتلاكهم لخصائص فيزيائية متشابهة. وأشار أيضًا إلى أن العديد من أزواج الأوزان الذرية لعناصر متشابهة بدت وكأنها تتغير بمضاعفات 8.

في 1864-5 لقد أخذ هذا أبعد من ذلك ونشر نسخته الخاصة من الجدول الدوري بينما اقترح في نفس الوقت قانون أوكتافيس الخاص به. نص قانون جون على أن أي عنصر يُظهر سلوكيات مماثلة للعناصر الثمانية التي تليها في الجدول.

وهكذا نظم جدوله العناصر الموجودة في 8 مجموعات. كان جدول جون أيضًا أول من عرض العدد الذري لكل عنصر.

قوبل قانون أوكتافيس في نيولاند ببعض السخرية من قبل أقرانه ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى مرجع النطاق الموسيقي للقانون. لم يساعد وضعه عندما فشلت جمعية الكيمياء أيضًا في طباعة محاضرته من 1 مارس 1866 حول هذا الموضوع.

للأسف ، تم تقدير رؤيته في وقت لاحق فقط بعد خمس سنوات من طباعة طاولة منديليف من قبل نفس جمعية الكيمياء. سيستغرق الأمر أيضًا آخر 50 سنة أو نحو ذلك لأهمية دورية ثمانية أعيد اكتشافها عند نظرية فالينس بوند(1916) والنظرية الثمانية للترابط الكيميائي(1919) ابتكرت.

تم تكريمه لاحقًا بلوحة زرقاء في 2008 في محل إقامته القديم من قبل جمعية الكيمياء الملكية. ربما يكون عزاءًا بسيطًا أنه ، في حياته ، أدخل رسميًا مصطلح "دوري" في قاموس الكيمياء.

فقط من كان "أب" الجدول الدوري؟

وبقدر ما وصل الجدول الدوري ، لم يكن حتى الكيميائي الروسي ديمتري مينديليف هو الذي نعرفه اليوم. أو هكذا تقول القصة الشائعة.

في الواقع ، هناك بعض الخلاف حول من يستحق بالفعل اللقب الشرفي "أبو الجدول الدوري". بالنسبة للبعض ، كان من الواضح أنه كان منديليف ، لكن هناك من يجادل بأن الاعتراف المتساوي على الأقل يجب أن يذهب إلى الألماني لوثار ماير. أنشأ كلا الرجلين طاولات متشابهة جدًا في نفس الوقت تقريبًا.

نشر ماير ملف 1864 كتاب مدرسي نظريات الكيمياء الحديثةمع نسخة مختصرة من الجدول الدوري بداخله. كان يتألف فقط من حوالي نصف العناصر المعروفة آنذاك والتي تم سردها بترتيب تكافؤهم.

كما أنه ، بموجب هذا الترتيب ، أظهر تغيرًا دوريًا في التكافؤ مع زيادة الوزن. لم يكن قادرًا على التنبؤ بالعناصر الجديدة باستخدام طاولته ، وكان منديليف بشكل حاسم.

توسع في هذا في 1868 الذي قدمه لزميل للمراجعة قبل النشر. للأسف بالنسبة لماير ، نشر مندليف جدوله الأكثر شمولاً في 1869 عام كامل قبل أن يظهر أخيرًا في المطبوعات 1870.

ستفوز طاولة مندليف في النهاية على طاولة ماير. ولكن الأهم من ذلك ، أن نظام مندليف كان قادرًا على التنبؤ بشكل مرضٍ بصفات العناصر غير المعروفة. لهذا السبب وحده ، يُمنح على نطاق واسع المزيد من الفضل على أنه "أب" الجدول الدوري عند مقارنته بماير.

منديليف: "الأب" بلا منازع للجدول الدوري

كان الكيميائي الروسي دميتري مندليف أول من وضع جدولًا دوريًا مشابهًا للجدول الذي يعرفه معظمنا اليوم. مثل الآخرين من قبله ، قام بترتيب العناصر حسب الكتلة الذرية.

يقال إنه ابتكر طاولته من خلال لعب شكل من أشكال "السوليتير الكيميائي" أثناء رحلات القطار الطويلة. كانت كل بطاقة عنصرًا واحدًا يحتوي على حقائق وأرقام مختلفة مثل الرمز الكيميائي والوزن الذري والخصائص الكيميائية والفيزيائية الأخرى المجمعة عليها.

عندما رتب مندلييف البطاقات على طاولة ، بترتيب الوزن الذري التصاعدي ، أصبح التجميع الواضح للعناصر ذات الخصائص المتشابهة واضحًا بشكل كبير. وهكذا ولدت مائدته الشهيرة الآن.

باستخدام هذا كمصدر إلهام له ، نشر مندليف أعماله الأساسية في علاقة خصائص العناصر بأوزانها الذرية في 1869.

وقد أبدى في هذا المنشور الملاحظات التالية: -

- تظهر العناصر دورية للخصائص عند ترتيبها حسب الكتلة الذرية ،

- العناصر ذات الخواص الكيميائية المتشابهة لها أوزان ذرية ذات قيمة مماثلة أو تزيد بانتظام ،

- الترتيب حسب الوزن يتوافق أيضًا مع ما يسمى التكافؤ ،

- العناصر المنتشرة على نطاق واسع تميل إلى أن تكون ذرات أصغر ،

- يحدد حجم الوزن الذري صفة العنصر ، تمامًا كما يحدد حجم الجزيء صفة الجسم المركب ،

-هناك بعض العناصر غير المكتشفة حتى الآن ،

- يبدو أن الوزن الذري لبعض العناصر خاطئ ويجب تعديله على سبيل المثال يجب أن يكون Tellerium فعليًا بين 123 و 126 (وليس 128 كما كان في ذلك الوقت) ،

- من كتلتها الذرية ، يمكنك عمل بعض التنبؤات حول الخصائص الكيميائية للعناصر.

كانت الميزة الكبرى لجدوله على سابقاتها هي حقيقة أنها كشفت عن أنماط في عناصر في وحدات صغيرة ، مثل الثلاثيات ، ولكن أيضًا في العلاقات العمودية والأفقية والقطرية الأكبر بينها. للأسف ، خسر بفارق صوت واحد للفوز بجائزة نوبل لمساهمته في الكيمياء.

لكن طاولته لم تكن خالية من المشاكل. على الرغم من أنه ترك فجوات حتى الآن للعثور على العناصر ، إلا أنه فشل تمامًا في التنبؤ بوجود الغازات النبيلة. كان لدى ويليام رامزي مشكلة صغيرة في تركيبها لاحقًا ، مع ذلك ، تجدر الإشارة.

أثبت الهيدروجين أيضًا أنه يمثل مشكلة. يمكن وضعها إما في مجموعات Alkali Metals أو Halogens أو بشكل منفصل تمامًا في الجزء العلوي من الجدول.

كان من الصعب جدًا وضع مجموعات أخرى مثل Lanthanides في تنسيق الجدول الحالي. البولونيوم والراديوم ، وجدت ماري كوري في 1898، كان من الصعب أيضًا وضعها في الجدول.

حتى أن جدول مندليف تنبأ بعناصر جديدة

الاكتشاف الرائع الآخر الذي قام به مندلييف هو ملاحظته أن الأوزان الذرية المحددة مسبقًا لم تكن دقيقة دائمًا. احتاج جدوله ، في بعض الأحيان ، إلى إعادة ترتيب العناصر التي يبدو أنها تنتهك فرضية الزيادة اللاحقة في الأوزان الذرية.

وخير مثال على ذلك كان البريليوم. تم قبول وزنه الذري ليكون 14 في ذلك الوقت ولكن شيئًا ما لم يكن صحيحًا ، خواصه الكيميائية لم تتناسب مع النمط العام.

لقد قرر أنه يجب أن يكون له وزن ذري أقرب إلى 9. كما وضعه في المجموعة 2 فوق المغنيسيوم الذي كانت خصائصه الكيميائية أكثر تشابهًا من موقعه السابق فوق النيتروجين.

بهذه الطريقة ، سيجد أن 17 عنصرًا بحاجة إلى نقلها إلى مواضع جديدة من العناصر الأصلية عندما يتم ترتيبها ببساطة حسب الوزن الذري. حتى بعد أن تبين أنه كان على صواب بشأن العديد من هذه العناصر ، بمجرد إعادة تقييم وزنها ، يجب وضع بعضها خارج ترتيب الوزن على الطاولة ، مثل أرجون على سبيل المثال.

بمجرد تجميع جميع العناصر المعروفة بهذه الطريقة ، ظهرت بعض الفجوات الواضحة. أدرك منديليف أن هذه كانت أماكن لعناصر لم يتم اكتشافها بعد.

عدد قليل من هؤلاء ، الذي أطلق عليه اسم eka-Aluminium و eka-Boron و eka-Silicon لاحقًا أطلق عليه Gallium و Scandium و Germanium. لقد تناسبوا توقعاته بشكل مريح للغاية.

حتى اليوم ، يتم العثور على عناصر جديدة وإضافتها إلى الجدول الدوري.

في المجموع ، كان Mendeleev قادرًا على التنبؤ بالاكتشاف المستقبلي لعشرة عناصر جديدة. تم العثور على سبعة منها في النهاية ولكن ثلاثة أوزان ذرية ، 45 و 146 و 175 إما غير موجودة أو لم يتم اكتشافها بعد.

ومن المثير للاهتمام أن رجل آخر ، ويليام أودلينج ، رسم طاولة مماثلة في 1864 إلى منديليف. لقد تمكن من التغلب على مشكلة التيلوريوم واليود ونجح في وضع الثاليوم والرصاص والزئبق والبلاتين في المجموعات الصحيحة - وهو شيء فشل منديليف في القيام به في محاولته الأولى.

لم يتلق Odling أي تقدير لعمله لأنه كان أمينًا للجمعية الكيميائية في لندن مما أدى إلى اتهامات بالسرقة الأدبية. بالإضافة إلى ذلك ، كان له دور فعال في تشويه سمعة الجدول الدوري السابق لنيولاندز.

تثير الغازات النبيلة المزعجة الأمور وترتيب Moseley حسب العدد الذري

اللورد رايلي ، في 1895، اكتشف وذكر أنه وجد عنصرًا غازيًا جديدًا بدا أنه خامل كيميائيًا. كان يطلق عليه Argon ولم يتناسب منطقيًا مع جدول Mendeleev الحالي.

بعد ثلاث سنوات ، اقترح ويليام رامزي أنه ربما يجب وضع الأرجون بين الكلور والبوتاسيوم في عائلة بها الهيليوم. هذا على الرغم من وجود وزن ذري للأرجون أكبر من البوتاسيوم.

أطلق رامزي على المجموعة اسم مجموعة "صفر" لأن لديهم تكافؤ صفري ، ومن ثم خمولهم. كما تنبأ بدقة بالاكتشاف المستقبلي لعنصر نسميه الآن نيون.

اليوم نسميها الغازات النبيلة. تم دعم عمل رامسي بشكل أكبر من خلال العمل الرائد لهنري موسلي.

سيؤدي عمله باستخدام الأشعة السينية لدراسة التركيب الذري إلى تحديد مواقع أكثر دقة للعناصر في الجدول. لسوء الحظ ، قُتل هنري لاحقًا وهو يقاتل على الشواطئ البعيدة لشبه جزيرة جاليبولي (Gelibolu باللغة التركية) في 1915.

حتى يومنا هذا ، يتم الآن ترتيب العناصر حسب العدد الذري (عدد البروتونات في النواة) بدلاً من الوزن الذري بفضل عمل موسلي. وقد أدى هذا أيضًا إلى إزالة الكثير من "المشكلات" المتصورة مع العناصر المرتبة حسب الوزن الذري ، مما أفاد الكيميائيين كثيرًا.

تضاف الأكتينيدات واللانثانيدات إلى الجدول الدوري

تم إجراء التغييرات المهمة الأخيرة على الجدول الدوري للعناصر بواسطة Glenn T. Seaborg. حدث هذا خلال بحثه في مشروع مانهاتن في 1943.

واجه بعض الصعوبة في عزل عنصري الأميريسيوم والكوريوم وتساءل عما إذا كانوا ينتمون إلى سلسلة مختلفة عن تلك الموضوعة حاليًا. قرر ، خلافًا لنصيحة زملائه ، اقتراح تغيير على طاولة مندليف بإضافة سلسلة الأكتينيد.

اكتشف أيضًا ، من خلال بحثه ، جميع عناصر عبر اليورانيوم من 94 إلى 102.

كانت هذه العناصر الجديدة بحاجة إلى أن يتم تركيبها في الجدول الحالي ولذا أعاد تكوينها بوضع سلسلة الأكتينيد أسفل سلسلة عناصر لانثانيد. ممارسة مقبولة على نطاق واسع اليوم وممثلة في الجداول الدورية الحديثة.

تمكن هو (وزملاؤه) أيضًا من تحديد أكثر من 100 نظير لعناصر أخرى على الطاولة. كانوا أيضًا قادرين على تنظير سلسلة من العناصر فائقة الثقل من 104 إلى 121 (تم تحديدها الآن إلى حد كبير) وسلسلة من العناصر فائقة الثقل من 122 إلى 153.

لهذا ، حصل على جائزة نوبل في الفيزياء. العنصر 106 ، Seaborgium (Sg) تم تسميته أيضًا على شرفه.

كما نرى في الجدول الدوري ، على الرغم من أنه يُنسب عادةً إلى Dmitri Mendeleev هو في الواقع تتويج لقرون من التجارب والاكتشافات الإضافية. على الرغم من ذلك ، سيكون من غير اللائق تجريده من شرف "والد" المائدة.

على الرغم من أنه لم يكن الأول من الناحية الفنية ، إلا أن طاولة مندليف كانت أول أفضل محاولة لتنظيم العناصر المعروفة. كما تمكنت أيضًا من إجراء بعض التنبؤات التي من شأنها أن تثبت صحتها في الوقت المناسب.

وهكذا ، فإن الجدول الدوري الحديث هو إذن المعرفة المشتركة للعقول العلمية العظيمة التي يعود أصلها إلى قدم الكيمياء نفسها.


شاهد الفيديو: العلوم. العناصر و المركبات (كانون الثاني 2022).