دانلود مقاله شیمی (جدول تناوبی عنصرها)

word قابل ویرایش
16 صفحه
8700 تومان
87,000 ریال – خرید و دانلود

شیمی (جدول تناوبی عنصرها)

– ۱ پیشگفتار و مقدمه تاریخی
تا کنون با انواع گوناگونی از عنصرها و ترکیبهای شیمیایی آنها که هر یک ویژگی های خاص خود را دارد آشنا شده اید . برای مثال با عنصر هایی همچون سدیم یا کلر برخورد کردیم که یکی خواص فلزی و دیگری خواص نافلزی دارد . همچنین با ترکیبهای جامدی آشنا شدیم

که ساختار آنها در شرایط معمولی متفاوت و به صورت جامد مولکولی (مانند ید ) جامد کووالانسی (مانند سیلیس ) و جامد یونی (مانند کلرید سدیم ) هستند هرگاه در صدد باشیم که عنصرها و ترکیبهای آنها را که گوناگونی فراوان دارند یک به یک بررسی کنیم در مدت کوتاهی در برابر انبوهی از اطلاعات پراکنده سرگردان خواهیم ماند به این دلیل نیاز به سازماندهی اطلاعات به دست آمده از مدتها پیش توسط شیمیدانان احساس می شد .

بیشتر آنان نیز بای کشف روابط میان خواص گوناگون فیزیکی و شیمیایی عنصرها و تنظیم جدولی که آنها را به صورت دسته ها یا گروههایی با ویژگی هایی مشابه طبقه بندی کند تلاش های فراوانی کردند گرچه برخی از این کوشش ها موفقیت آمیز بود اما هرگز پاسخگوی بسیاری از نیازها و معماها نبود .

جدول تناوبی امروزی ما بیشتر مستند و بر تلاش ها دیمیتری مندلیف است که در سال ۱۸۶۹ نخستین طرح جدول تناوبی خود را ارائه داد . این دانشمند در سال ۱۸۶۷ به منظور تدوین یک کتاب شیمی عمومی به بررسی دقیق تر خواص عنصرها و ترکیباهای آنها اقدام کرد . در آن زمان هنوز ذره ها تشکیل دهنده اتم و ساختار آن

( به ویژه الکترونها و پروتونها ) کشف نشده بودند و مندلیف از نقش آنها در پیدایش خواص شیمیایی آگاهی نداشت اما در مورد جرم اتمی عنصرها خواص فیزیکی و شیمیایی و ترکیبهای آنها آگاهی های زیادی گردآوری کرده بود . او یافته های خود را برای هر عنصر را در کارتهایی ثبت مرد و با مقایسه و طبقه بندی آنها متوجه بر قراری یک نظام و الگوی مشخص در تکرار تناوبی خواص شد .

این نظام مبنای اصلی تدوین جدول او بود . که در آن زمان به قانون تناوبی مندلیف برای عنصرها معروف شد . متن قانون تناوبی مندلیف کم و بیش به قرار زیر بود .
هر گاه عنصرها بر اساس افزایش جرم اتمی تنظیم شوند خواص فیزیکی و شیمیایی آنها به طور تناوبی تکرار می شوند.

ابتکار مهم مندلیف در تنظیم جدول خود توجه کامل به دو اصل قرار دادی زیر بود :
۱ – عنصرها بر حسب افزیش تدریجی جرم اتمی آنها در ردیفهایی کنار یکدیگر قرار می گیرند .
۲ – عنصرهایی که در یک گروه زیر یکدیگر قرار می گیرند باید خواص نسبتاً مشابه داشته باشند .
برای رعایت این دو اصل مندلیف ناگزیر شد که برخی خانه های جدول خود را خالی نگه دارد .

در توجیه این کار او چنین فرض کرد که این خانه ها جای عنصرهای نا شناخته ای هستند که دیر یا زود کشف خواهند شد (در آن زمان تنها ۶۳ عنصر شناخته شده بود . )
برای نمونه مندلیف خانه زیر عناصر سیلیسیم را در جدول خود خالی نگه داشت و آن را مربوط به عنصر ناشناخته ای دانست که موقتاً نام اکاسیلیسیم را برای آن در نظر گرفت (برای مربوط به عنصری در گروه چهارم و ردیف چهارم جدول است )

نکته جالب توجه این بود که وی بر اساس تغییر تدریجی برخی خواص عنصرهای مجاور که هم گروه یا هم ردیف این عنصر و ترکیبهای آن را پیش بینی شده در یک معدن نقره کشف کرد و آن را به افتخار کشور خود ژرمانیم نام نهاد به همین ترتیب مندلیف وجود ۱۰ عنصر ناشناخته را برای جدول خود پیش بینی کرد که در زمان حیات او و پس از آن کشف شدند مندلیف در برخی موارد برای جلوگیری از فروپاشی جدول خود اصل تنظیم عنصرهای را بر حسب افزایش تدریجی جرم اتمی نادیده گرفت و اصل تشابه خواص در یک گروه را بر آن برتری داد .

برای نمونه مندلیف جای دو عنصر تلور (Te ) و ید (I) را که متعلق به گروههای ششم و هفتم جدول بود پس و پیش کرد (خانه های شماره ۵۲ و ۵۳ جدول تناوبی امروزی جدول ۱ – ۲ را نگاه کنید ) به طوری که عنصر سنگین تر ، تلور (۶/ ۱۲۷ = Te) را پیش از عنصر سبکتر ، ید (۹/۱۲۶ = I ) قرار داد تا هر یک از این دو عنصر در گروه ویژۀ خود قرار بگیرند ،

Te در بسیاری خواص با عنصرهای گروه ششم همچون گوگرد و ید با عنصرهای گروه هفتم همچون برم شباهت دارد . در آن زمان این دانشمند نمی توانست هیچگونه توجیه علمی برای این گونه دستکاریها ارائه دهد . زیرا پاسخگویی به این معما ها نیاز انجام پژوهش های بیشتری بود .

گرچه جدول تناوبی مندلیف در زمان خود یک شاهکار علمی به شمار می رفت و در طبقه بندی توجیه خواص و پیشگویی آنها کمک شایان کرد . اما چنانچه گفته شد این جدول محدودیتها و کمبود های زیادی داشت بعد ها با پیشرفت علمی شیمی شواهد فراوانی به دست آمد که نشان داد جرم اتمی ملاک مناسبی برای طبقه بندی عنصرها نیست و بایستی از ملاک معتبرتری استفاده کرد . در سال ۱۹۱۳ با کشف عدد اتمی توسط موزلی دانشمندان متوجه شدند

که بیشتر خواص عنصرها به عدد اتمی (تعداد پروتونها در هسته ) آنها وابسته است نه جرم اتمی آنها عدد اتمی هر عنصر مقدار معین و ثابتی است و بر خلاف جرم اتمی عددی صحیح است

به این ترتیب قانون تناوبی مندلیف اصلاح شد و به صورت زیر در آمد :
هر گاه عنصرها بر اساس افزایش عدد اتمی تنظیم شوند خواص فیزیکی و شیمیایی آنها به طور تناوبی تکرار می شود .

با تنظیم عنصرها بر مبنای افزایش عدد اتمی ایرادهای فراوانی که بر جدول مندلیف وارد بود بر طرف شد برای مثال علت جلو افتادن تلور از ید چنین توجیه می شود که عدد اتمی تلور کمتر از ید است هر چند جرم اتمی آن بیشتر است .

به هر حال با کشف ساختار اتم توجیه بسیاری از معماهای جدول تناوبی آسانتر و توانایی در پیش گویی خواص فیزیکی و شیمایی عنصرها بیشتر شد .

جمع بندی و نتیجه گیری :
از این مرور تاریخی پی می بریم که دانشمندان همواره با انجام دادن مشاهده ها و جمع آوری داده های فراوان به طبقه بندی یافته های خود می پردازند و با جستجوی روابط علت و معلولی به کشف نظامها و فرضیه هایی نایل می آیند که از آنها برای توجیه خواص و یا پیش بینی پدیده های جدید استفاده می کنند در عین حال آنان همواره با محدودبت هایی برخورد می کنند

که بدون تعصیب و اصرار بر نظرهای شخصی وجود آنها را می پذیرند آنگاه برای تویجه این محدودیتها به کاوشگری طراحی و اجرای پژوهش ها جدید اقدام می کنند در این راه نظامهای قبلی را اصلاح و تکمیل می کنند و با اینکه به نظامهای جدیدتر و مطمئن تری دست می یابند و بدنسان کاروان علم پیش می رود و در خدمت انسان در می آید . در آرزوی روزی که این خدمت فقط در راه رشد و رفای بشریت و حفاظت منابع خدادادی برای همۀ دورانها باشد .

۱ – ۲ آرایش الکترونی عنصرها و مفهوم تناوب در خواص
در برنامه شیمی (۲) با یک جدول کوچک و مقدماتی طبقه بندی عنصرها آشنا شدید که مستند بر رابطۀ میان خواص فیزیکی – شیمیایی عنصرها و آرایش الکترونی آنها بود .

جدول سادشده شامل ۲۰ عنصر است که به ۸ گروه از عنصرها تقسیم می شود . از آنجا که این جدول تا حدود زیادی ما را با ویژگی های کلی جدول تناوبی امروزی عنصرها آشنا می کند و از طرفی رابطۀ میان ساختار الکترونی اتم هر یک از عنصرها را با موقعیت عنصر در جدول تناوبی آشکار می سازد . از این رو نخست گروههای اصلی جدول را مطابق جدول ۱ – ۱ بررسی می کنیم آنگاه به معرفی جدول کامل امروزی می پردازیم

۱ – هر خانۀ این جدول شامل نشانه شیمایی عدد جرمی در بالا و عدد اتمی در پاین است . آرایش الکترونی عنصرها نیز به منظور سهولت بررسی جدول و شناخت ویژگی های آنها در زیر نشانه ها نوشته شده است .

۲ – در گروه اول این عنصرها فلزهای فعالی همچون لیتیم ، سدیم و پتاسیم قرار دارند که در لایۀ ظرفیت خود یک الکترون در ترازو انرژی ns دارند n شماره آخرین سطح انرژی اصلی اتم است برای مثال در لیتیم ( ) n و در سدیم( ) ؛ n برابر ۳ است .

پرسش ۱ – ۱ پیش از این با برخی خواص این فلز ها آشنا شده اید دو مثال از تشابه خواص این عنصرها را یاد آور شود
۳ – گروه دوم این عنصرها شامل فلزهای Ca , Mg , Be است که در لایه ظریف خود تنها ۲ الکترون در تراز انرژی ns دارند .

پرسش ۱ – ۲ آرایش الکترونی را رسم کنید و یک مثال آشنا برای تشابه خواص این دو فلز بیان کنید .
۴ – گروههای ۶ گانه سوم ت هشت جدول اغلب شامل عنصرهای نافلزی هستند که افزون بر ۲ الکترون موجود در تراز فرعی ns تعدادی الکترون نیز در تراز فرعی np دارند برای مثال اکسیژن ( ) در سطح انرژی اصلی ۲ n = روی هم ۶ الکترون در تراز های فرعیs 2 وp2 دارد.

پرسش ۱ – ۳ آرایش الکترونی فسفر را رسم کنید و تعداد الکترون های موجود در ترازهای فرعی لایۀ ظریف همچنین شماره گروه این عنصر را مشخص کنید .

۵ – بررسی آرایش الکترونی لایۀ ظریف عنصر گروههایی که تاکنون مطالعه شدند می رساند که (در هر گروه تعداد الکترون های لایه ظریف عنصرها یکسان و برابر شمارۀ گروه است )
از آنجا که بسیاری از خواص شیمیایی عنصر به تعداد الکترونه های آخرین لایه اتم (الکترون های ظرفیتی ) آن بستگی دارد می توان تشابه خواص عنصرها را در هر گروه توجیه کرد .

پرسش ۱ – ۵ آرایش الکترونی یک عنصر ( ) است این عنصر در کدام گروه جدول قرار دارد ؟ دو مورد از تشابه خواص این عنصر و عنصری که آرایش الکترونی لایه ظرفیت آن شبیه این عنصر است را بیان کنید .

۶ – همان طور که دیده می شود عنصرها در هر یک از ردیف های افقی معروف به تناوب بر حسب افزایش پیاپی عدد اتمی کنار یکدیگر قرار گرفته اند تناوب اول این جدول که وابسته به نخستین لایه الکترونی اتم (۱n= ) و به عبارتی لایه اصلی k است شامل اوربیتال s 1 بوده که در H به وسیلۀ یک الکترون و در He و به وسیله ۲ الکترون اشغال می شود

لایه ظرفیت هر یک از عنصرها در تناوبهای دوم و سوم به ترتیب سطوح انرژی ۲ = n و ۳ = n (لایه های الکترونی اصلی L و M ) هستند که یک اوربیتال S و سه اوربیتال P را در بر دارند .

پرسش ۱ – ۶ حداکثر چند عنصر می تواند در تناوبهای دوم و سوم جدول جای بگیرد ؟ چرا ؟
در گروه یک به جز هیدروژن که در شرایط معمولی گاز است و از مولکول های دو اتمی تشکیل شده است ( این عنصر در جدول موقعیت و شرایط استثنایی دارد ) دیگر عنصر های گروه K , Na , Li , IA که در زیر یکدیگر قرار دارند خواص فیزیکی و شیمایی نسبتاً مشابه از خود نشان می دهند به همین ترتیب در دیگر گروههای جدول نیز تشابه آرایش الکترونی و تشابه بسیاری از خواص را می بینیم .

پرسش ۱ – ۷ یک وجه تشابه برای دو عنصر کلر و فلوئور بیان کنید (پیش از این آموخته اید که این دو عنصر عضو خانواده ای از عنصر ها معروف به هالوژونها هستند )
پرسش ۱ – ۸ فرمول ترکیب دو عنصر C و Si را که در گروه ۴ قرار دارند با هیدروژن بنویسید .

پرسش ۱ –۹ با استفاده از اطلاعات قبلی بگویید که عنصر های Ar , Ne , He چه خواصی دارند ؟ آرایش لایۀ ظرفیت این عنصر ها چگونه است ؟
با توجه به بررسیهای قبلی به نتیجه گیری مهم نیز می رسیم .
هرگاه عنصر های جدول را بر حسب افزایش تدریجی عدد اتمی آنها کنار یکدیگر قرار دهیم دید که خواص فیزیکی و شیمیایی عنصرها به تناوب تکرار می شود .

که هر تناوب در گروه اول با یک فلز قوی قلیایی آغاز می شود و در گروه هفتم به یک نافلز قوی می رسد آنگاه در گروه هشتم به یک گاز نجیب پایان می یابد . این ویژگی ها دوباره در تناوب های بعدی تکرار می شود این نتیجه گیری را قانون تناوبی عنصرها می نامند که اساس و مبنای ساختار جدول تناوبی است و به کمک آن می توان اغلب خواص عنصرها و ترکیب های آنها در توجیه کرد یا پیش بینی نمود

پرسش ۱ – ۱۰ از واکنش نیتروژن با هیدروژن ترکبی به فرمول ۳ NH پدید می آیند انتظار دارید که واکنش فسفر با هیدروژن چه ترکیبی به دست آید ؟
پرسش ۱ – ۱۱ با ساختار مولکول O 2 H آشنا هستید ساختار مولکول ترکیب حاصل از واکنش گوگرد با هیدروژن را پیش بینی کنید.

سولفات سدیم جامدی یونی سفید رنگ و محلول در آب است آیا می توان این گونه ویژگیها را برای سولفات پتاسیم نیز پیش بینی کرد چرا؟
جدول تناوبی امروزی
جدول ۱ – ۲ شمای کلی جدول تناوبی عنصرها را آن طور که هم اکنون متداول است نشان می دهد این جدول ۷ ردیف افقی(تناوب ) و ۱۸ گروه (۱۸ ستون ) دارد گروههای جدول به دو دسته عنصرهای اصلی (۵۸ گروه اصلی A ) و عنصرهای واسطه (۱۰ گروه فرعی B ) تقسیم می شود.

همان طور که در جدول ۱ – ۲ دیده می شود عنصرهای فلزی با رنگ آبی و نافلزها با رنگ زرد نشان داده شده اند تعدادی عنصر نیز به رنگ سبز مشخص شده اند که شبه فلز نامیده می شوند این عنصرها به طور محسوس هم شامل برخی خواص فلزی و هم بعضی خواص نافلزی اند.

الف – مروری بر گروهخهای جدول: ۸ گروه اصلی این جدول صورت تکمیل شده همان گروههای ۸ گانه جدول قبلی ۱ – ۱ هستند که گروههای اول و دوم آنها معروف به فلزهای قلیایی (گروه IA) و فلزهای خاکی (گروه IIA) بوده و در سمت چپ جدول قرار دارند درلایه ظرفیت این دو گروه از عنصرها اوربیتال ns در حال پر شدن است

گروههای شش گانه IIIA تا VIIIA که اغلب نافلز هستند در سمت راست جدول قرار دارند و در آنها اوربیتالهای np لایه ظرفیت در حال پر شدن است برای مثال آرایش الکترونی لایه ظرفیت اتمهای O و F که از گروههای VIA و VIIA هستند به ترتیب ۲P S 2 و است با این شرح متوجه می شویم که همه ویژگیهای گفته شده در مورد جدول ۱ – ۲ در این مورد نیز صادق است.

۱۰ ستون کوتاه موجود در وسط جدول ۱۰ گروه دیگر از فلزها را نشان می دهد که چون در بین فلزهای دو گروه اصلی IIA و IIIA قرار دارد فلزهای وسطه نام گرفته اند با دقت در نوع عنصرهای واسطه می بینید که بسیاری از آنها فلزهای صنعتی و ساختمانی معروفی همچون Fe ،‌Cr ،‌Zn ، Cu هستند.

پرسش ۱ – ۱۳ چهار فلز دیگر از عنصرهای واسطه را نام ببرید که در زندگی روزانه کم و بیش با آنها سر و کار دارید.
در عنصرهای واسطه اوربیتالهای d در حال پر شدن است می دانید که نوبت پر شدن اوربیتالهای نخستین تراز فرعی d پس از پر شدن اوبیتال s4 فرا می رسد بنابراین نخستین ردیف از عنصرهای واسطه در تناوب چهارم ظاهر می شود که طی آن ۵ اوربیتال d3 به وسیله ۱۰ الکترون اشغال می شود و ۱۰ عنصر پی در پی را در ۱۰ ستون به وجود می آورد.

ب – مروری بر تناوبهای جدول : همان طور که دیده می شود جدول روی هم ۷ تناوب دارد. در هر تناوب تعداد ترازهای اصلی انرژی اتم عنصرهای موجود یکسان است تعداد این ترازها از بالا به پایین از ۱ تا ۷ افزایش می یابد.
پرسش ۱ – ۱۴ ستونهای جدول ۱ – ۳ برخی ویژگیهای عنصرهای وابسته به تناوبهای اول تا پنجم جدول تناوبی را نشان می دهد با استفاده از جدول تناوبی ۱ – ۲ خانه های خالی جدول را پر کنید.

تناوب ششم : شامل ۳۲ عنصر است از این میان ۸ عنصر در گروههای اصلی تا ۱۰ عنصر در گروه عنصرهای واسطه (گروههای ) قرار دارند ۱۴ عنصر دیگر نیز که لانتانیدها نامیده شده اند در یک ردیف زیر جدول جای دارند باید همگی پشت سر هم در خانه ۵۷ جدول جای داده شوند و چون چنین امری ناممکن است آنها را در پایین جدول قرار می دهند لانتانیدها فلزهای کمیابی هستند که به ندرت در خاک دیده می شوند به همین دلیل نیز گاهی آنها را (خاکهای کمیاب ) می نامند.

تناوب هفتم : این تناوب تنها تناوب جدول است که ناقص است در صورتی که عنصرهای تازه ای به طور مصنوهی و از طریق واکنشهای هسته ای ساخته شوند در این تناوب قرار می گیرند.
جدول ۱ – ۲ نشان می دهد

که تناوب هفتم در زمان تنظیم آن ۱۹ عنصر داشته است عنصرهای تناوب هفتم همگی پرتوزا (رادیو اکتیو) هستند این تناوب با فلز قلیایی فرانسیم ( ) آغاز می شود و عنصر دوم آن نیز فلز قلیایی خاکی رادیم است عنصر سوم این تناوب که در خانه ۸۹ و درست زیر لانتان قرار دارد آکتینیم است ۱۴ عنصر بعدی که در ردیف دوم زیر لانتایدها قرار دارند

به علت تشابه کم و بیش خواص آنها با آکتینیم آکتیندها نامیده شده اند و جای واقعی آنها همان خانه ۸۹ جدول است درپایان یادآور می شویم که عنصرهای پرتوزا و کوته عمر تازه ای که گهگاه با دشواری زیاد و به کمک امکانات عظیم آزمایشگاهی از واکنشهای هسته ای ساخته می شوند به تدریج خانه های ۱۰۴ به بعد را در تناوب هفتم جدول اشغال می کنند.

تعداد عنصرهای هر تناوب نوع اوربیتاهای در حال پر شدن لایه ظرفیت عنصر پایانی هر تناوب عنصر آغازگر هر تناوب شماره تناوب
۱
۲
۳
۱۸ P4،d3،s4 گاز کریپتون (Kr ) فلز پتاسیم(K) 4
5

بررسی گروهی عنصرها
۳ – ۱ گروه اصلی IA (فلزهای قلیایی)
۳ – ۱ – ۱ بررسی کلی و جدول ویژگیهای فیزیکی:‌
فلزهای قلیایی نخستین گروه از عنصرهای اصلی جدول تناوبی هستند که شامل لیتیم،سدیم،پتاسیم،روبیدیم، سزیم، و فرانسیم است.

این فلزها در لایه ظرفیت خود یک الکترون در اوربیتال S دارند و واکنش پذیری آنها از همه فلزها بیشتر است اتمهای این عنصرها به آسانی الکترون ظرفیت خود را از دست می دهند و در نتیج یونهای یک بار مثبت مانند را پدید می آورند به همین دلیل گاهی این عنصرها را فلزهای الکتروپوزیتیو قوی می گویند هیچ یک از این فلزها در طبیعت به حالت آزاد

وجود ندارند (چرا) ولی ترکیبهای آنها به فراوانی یافت می شوند از این میان سدیم هفتمین و پتاسیم هشتیمین عنصر فراوان در پوسته زمین است در حالی که بقیه فلزهای این گروه کمیابند فرانسیم که در پایین این گروه و در آغاز تناوب هفتم جدول قرار دارد عنصری است

پرتوزا که از برخی واکنشهای هسته ای طبیعی پدید می آید کوته عمر و بسیار کمیاب است به همین دلیل شیمی آن در این برنامه مورد توجه قرار نمی گیرد فلزهای قلیایی نرم هستند و همه آنها به جز لیتیم به آسانی بریده می شوند و سطح تازه بریده شده فلز جلای فلزی دارد ولی در معرض هوا خیلی زود تیره و کدر می شود.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 16 صفحه
87,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد