جمع‌بندی و نکات تستی مبحث طبقه بندی عناصر شیمی دهم
طبقه بندی عناصر شیمی دهم یکی از مهم‌ترین مباحث در دروس شیمی کنکور است. ایده‌ی تناوب در شیمی به این معنا است که روندها و الگوهایی تکرارشونده وجود دارد که می‌توانیم در جدول تناوبی پیدا کنیم. در این مطلب خواهید دید که حتی برای ساده‌ترین روندها، با حرکت در دو جهت در جدول تناوبی، مشخصه خاصی افزایش یا کاهش می‌یابد. همان‌طور که می‌دانید طبقه بندی عناصر شیمی دهم بر اساس عدد اتمی صورت گرفته است. جالب توجه است که با دانستن این نکته می‌توانید ویژگی‌های عناصر جدول تناوبی از شعاع اتمی تا الکترومغناطیسی یا واکنش‌پذیری آن را حدس بزنید. در این مطلب به تاریخچه‌ی تکامل جدول تناوبی و بررسی روندهای آن، به‌خصوص شعاع اتمی می‌پردازیم.
تاریخچه‌ی تکامل طبقه بندی عناصر شیمی دهم امروزی
بسیاری از دانشمندان سعی کرده‌اند عناصر شناخته‌شده را سازماندهی کنند تا خواص و روابط بین آن‌ها را بفهمند. در سال 1789، دانشمند فرانسوی Antoine Lavoisier اولین فهرست مدرن عناصر را منتشر کرد. لاوازیه 33 عنصر را به گازها، فلزات، نافلزات و خاک دسته‌بندی کرد. در سال 1817، فیزیکدان آلمانی، یوهان ولفگانگ دوبراینر، عناصری با ویژگی‌های مشابه را در کنار هم قرار داد. او این گروه‌بندی‌ها را که اغلب شامل سه عنصر بودند، سه‌گانه نامید. امروزه در طبقه بندی عناصر شیمی دهم می‌توانید سه دسته‌ی فلز، نافلز و شبه‌فلز را در جدول تناوبی ببینید.
سال1864:
در سال 1864، جان نیولندز شیمیدان انگلیسی، 62 عنصر شناخته‌شده را با افزایش وزن اتمی سازماندهی کرد. نیولندز متوجه شد که وقتی عناصر به‌ترتیب وزن اتمی فهرست شدند، هر عنصر هشتم رفتار مشابهی داشت. بنابراین، او عناصر را در ردیف‌ها و ستون‌ها قرار داد تا عناصر همچنان به‌ترتیب وزن اتمی باشند و عناصر با ویژگی‌های مشابه با هم گروه‌بندی شوند. پنج سال بعد، یک جدول تناوبی جدید پیشنهاد شد که چارچوبی را برای آن‌چه در نهایت تبدیل به نسخه مدرن جدول تناوبی خواهد شد، ایجاد کرد.
سال1869:
در سال 1869 شیمیدان روسی دیمیتری مندلیف اولین جدول تناوبی خود را منتشر کرد. مانند نیولندز، مندلیف عناصر را در ردیف‌ها و ستون‌ها سازماندهی کرد. وزن اتمی عناصر در یک ستون افزایش می‌یافت و عناصری که خصوصیات مشابهی داشتند در یک ردیف گروه‌بندی شدند. هنگام ساخت این جدول تناوبی، مندلیف خاطرنشان کرد که تلوریم خواصی مشابه عناصر اکسیژن، گوگرد و سلنیوم دارد. وی همچنین اشاره کرد که ید دارای خواصی مشابه عناصر برم، کلر و فلوئور است. او نتیجه گرفت که تلوریم و ید نباید به‌ترتیب افزایش وزن اتمی فهرست شوند تا تلوریم و ید در ردیف عناصر با خواص مشابه باشند. ثابت شد که تلوریم یک معضل دائمی برای مندلیف است؛ زیرا وزن اتمی چندین بار در حین ساخت جدول تناوبی خود تغییر می‌کرد. مندلیف همچنین هنگام سفارش دادن عناصر متوجه شد که به نظر می‌رسد برخی از عناصر گم شده‌اند. وقتی عنصری با ویژگی‌هایی که او انتظار داشت وجود نداشت، برای این عناصر هنوز کشف‌نشده فاصله‌ای گذاشت. اولین جدول
تناوبی مندلیف بی‌نقص نبود، و به‌ویژه با سنگین شدن عناصر، هنوز مقداری عدم قطعیت وجود داشت. البته توجه داشته باشید در طبقه بندی عناصر شیمی دهم و امروزه عناصر بر اساس وزن اتمی چیده نشده‌اند.
سال1871:
در سال 1871 مندلیف جدول تناوبی خود را اصلاح کرد. جدول اصلاح‌شده او 12 سطر و 8 ستون داشت. او هریک از ردیف‌های افقی را یک نقطه و هریک از ستون‌های عمودی را یک گروه نامید. جداول تناوبی مدرن هنوز از این تمایز استفاده می‌کنند. عناصر همچنان به‌ترتیب افزایش وزن اتمی، این بار از چپ به راست در یک دوره فهرست شده بودند و عناصری که خصوصیات مشابهی داشتند در یک گروه سازماندهی شدند. این جدول تناوبیِ بازنگری‌شده برای عناصری که هنوز کشف نشده بودند، شکاف‌هایی داشت.
سال1911:
در سال 1911، به‌دنبال نتایج آزمایش ورق طلا، ارنست رادرفورد مدل جدیدی از اتم را ارائه کرد. در این مدل، الکترون‌های با بار منفی به دور یک هسته مرکزی می‌چرخند. هسته دارای بار مثبت بود و بیشتر جرم اتم را در خود داشت. اندکی پس از نظر ارنست رادرفورد، فیزیکدان هلندی آنتونیوس ون دن بروک اعلام کرد که بار هسته دقیقاً برابر با عدد اتمی یک عنصر است. عدد اتمی، عدد موقعیت عنصر در جدول تناوبی بود که در آن عنصر اول فهرست‌شده دارای عدد اتمی یک، عنصر دوم دارای عدد اتمی دو و… بود.
سازماندهی عناصر بر اساس عدد اتمی، اشکالات جدول تناوبی مندلیف را حل کرد. در این طبقه‌بندی، عناصر گاز خنثی در نظر گرفته می‌شد. عناصر همچنین بر اساس نحوه پرکردن الکترون‌های سطوح مختلف انرژی و سطوح فرعی سازماندهی می‌شدند. عناصر موجود در یک گروه دارای خواص مشابهی بودند. این به این دلیل است که الکترون‌های موجود در اتم‌های عناصر یک گروه آرایش الکترونی مشابهی دارند. علاوه بر این، اتم‌های عناصر یافت‌شده در همان دوره دارای تعداد لایه‌های الکترونی یا سطوح انرژی یکسانی بودند. جدول تناوبی مدرن یا طبق طبقه بندی عناصر شیمی دهم، با افزایش عدد اتمی که همان تعداد پروتون‌ها در همه اتم‌های یک عنصر است، و نحوه پر کردن سطوح مختلف انرژی و سطوح فرعی در یک اتم توسط الکترون‌ها سازماندهی می‌شود.
گروه‌ها و دوره‌ها در جدول تناوبی
همان‌طور که در طبقه‌بندی شیمی دهم خوانده‌اید جدول تناوبی از ۱۸ گروه و ۷ دوره تشکیل شده است. در این قسمت به بررسی ویژگی‌های دوره‌ها و گروه‌ها مطابق با طبقه بندی عناصر شیمی دهم می‌پردازیم.
گروه:
جدول تناوبی مدرن به‌ترتیب افزایش عدد اتمی (عدد پروتون) مرتب شده است و هر بار که الکترون‌ها پوسته جدیدی را اشغال می‌کنند، یک دوره (ردیف) جدید شروع می‌شود. نتیجه این امر این است که عناصر در هر گروه (ستون) دارای تعداد یکسان الکترون پوسته بیرونی و بنابراین خواص فیزیکی و شیمیایی مشابهی هستند.
دوره: در عنصرهای یک دوره، هر عنصر از عنصر قبلی خود یک پروتون و یک الکترون بیشتر دارد و خاصیت فلزی کمتر و الکترونگاتیوی بیشتری دارد.
روند دوره‌ای چیست؟
روند دوره‌ای یک الگوی خاص تکرارشونده در خواص فیزیکی یا شیمیایی عناصر در طبقه‌بندی جدول عناصر است. در طبقه بندی عناصر شیمی دهم تسلط به این الگوها از ملزومات است. روندهای دوره‌ای ممکن است در
یک دوره، بالا یا پایین یک گروه، یا از گوشه‌ای از جدول تناوبی به گوشه‌ای دیگر رخ دهد. در این توضیح، روندهای تناوبی را که به شعاع اتمی مربوط می‌شود بررسی خواهیم کرد.
روند شعاع اتمی در جدول تناوبی:
با حرکت از سمت راست جدول تناوبی به سمت چپ جدول تناوبی، شعاع اتمی افزایش می‌یابد. با حرکت به سمت پایین هر ستون یا گروه جدول تناوبی، شعاع اتمی نیز افزایش می‌یابد. روند مقادیر شعاع اتمی را می‌توان با در نظر گرفتن تعداد متفاوت پروتون‌ها و الکترون‌ها در اتم‌های عناصر شیمیایی درک کرد. شعاع اتمی نشان‌دهنده فاصله هسته تا الکترون‌های بیرونی یک اتم است. اگر عدد اتمی زیاد باشد، الکترون‌های لایه بیرونی تحت بار هسته‌ای بیشتری قرار می‌گیرند. الکترون‌ها به سمت هسته نزدیک‌تر می‌شوند و اندازه اتم کاهش می‌یابد. این موضوع به شما نشان می‌دهد که چرا با حرکت در یک ردیف یا دوره از جدول تناوبی، شعاع اتمی کاهش می‌یابد و نیز بار هسته‌ای افزایش می‌یابد و الکترون‌ها به هسته اتم نزدیک‌تر می‌شوند. درست است که تعداد الکترون‌ها نیز افزایش می‌یابد، اما آن‌ها همان پوسته خارجی را پر می‌کنند، و در نتیجه، بار در حال افزایش هسته‌ای را جبران نمی‌کنند. شعاع اتمی با حرکت به سمت پایین هر گروه از جدول تناوبی افزایش می‌یابد؛ زیرا اگر عناصر به انتهای جدول تناوبی نزدیک‌تر باشند، لایه‌های الکترونی بیشتری دارند. با حرکت به سمت پایین هر ستون جدول تناوبی، پوسته بیرونی الکترون‌ها از هسته اتم دورتر می‌شوند. با پایین آمدن گروه‌ها، بار هسته‌ای نیز افزایش می‌یابد و جاذبه بیشتری به مرکز اتم وارد می‌کند. با این حال، افزایش تعداد الکترون و محافظت از پوسته‌های بیرونی الکترون‌ها بیشتر از افزایش بار هسته‌ای است.
سوال روند شعاع اتمی در طبقه بندی عناصر شیمی دهم:
کدام‌یک از عناصر زیر بیشترین شعاع اتمی را در جدول تناوبی دارد؟
مس
سزیم
لیتیوم
نئون
منیزیم
پاسخ:
روند تناوبی شعاع اتمی در دو جهت وجود دارد: در سراسر جدول تناوبی و پایین جدول تناوبی. با پایین آمدن گروه‌های جدول تناوبی، شعاع اتمی به دلیل افزایش الکترون‌ها در لایه‌های بیرونی افزایش می‌یابد. با گذشتن از دوره‌های جدول تناوبی، شعاع اتمی به دلیل افزایش بار هسته‌ای که از طریق افزودن پروتون‌های اضافی در هسته اتم‌ها ایجاد می‌شود، کاهش می‌یابد، زیرا عدد اتمی از چپ به راست افزایش می‌یابد. اگر این دو مفهوم را با هم ترکیب کنیم، متوجه می‌شویم که می‌توانیم عنصری با بزرگ‌ترین اتم‌ها در انتهای یک گروه و در دورترین گروه سمت چپ جدول تناوبی پیدا کنیم. دورترین گروه سمت چپ جدول تناوبی، فلزات قلیایی هستند که ما دو انتخاب داریم: سزیم و لیتیوم. سزیم در انتهای گروه قرار دارد. سزیم در گروه پایین‌تر از لیتیوم است و بنابراین بیشترین شعاع اتمی را در جدول تناوبی خواهد داشت و به این ترتیب، پاسخ سزیم است.
سخن آخر
یادگیری و تسلط به جدول تناوبی و ویژگی‌های آن اولین قدم دانش‌آموزان پشت کنکوری برای آمادگی کنکور است. در کنکور سراسری باید به تمام روندها و ویژگی‌های ۳۶ عنصر اول طبق طبقه بندی عناصر شیمی دهم در کتاب درسی مسلط باشید. حفظ کردن روند دوره‌ای برای آمادگی تست کنکور به شما کمکی نخواهد کرد؛ زیرا در وهله اول شما باید بدانید تمام این روندها و خواص شیمیایی مشابه چرا یکسان هستند و چرا افزایش یا کاهش می‌یابند. امیدواریم این مطلب برای شما مفید بوده باشد.
نویسنده: کلاسینومگ