عندما كان عدد العناصر الكيميائية المعروفة قليلًا كان لكل عنصر «ملف» خاص به: اسمه ورمزه وخصائصه. ثم تزايد عددها حتى قارب المئة، فصار الباحث لا يعرف كيف يعثر على عنصر بين هذه الملفات. وهنا ظهرت الحاجة إلى جدول ينظم العناصر كلها في صفحة واحدة. وهذا هو الجدول الدوري للعناصر (جدول مندلييف) الذي تدرسه في الوحدة الأولى من برنامج السنة الأولى ثانوي: بنية وهندسة أفراد بعض الأنواع الكيميائية. تعرض هذه الصفحة لمحة تاريخية، ثم تنظيم الجدول، ثم الدورات والمجموعات، ثم علاقة الموقع بالتوزيع الإلكتروني، ثم أمثلة، وتنتهي بأخطاء متكررة وتمارين محلولة.
لمحة تاريخية
- كان العلماء في البداية يرتبون العناصر بحسب الكتلة الذرية.
- في عام 1869م اقترح الكيميائي الروسي دميتري مندلييف جدولًا يرتب العناصر تصاعديًا بحسب كتلتها الذرية مع وضع العناصر المتشابهة في الخواص في العمود نفسه، وترك فراغات لعناصر لم تكتشف بعد، وتنبأ بخصائصها، ثم اكتشفت لاحقًا فأيدت تنبؤاته.
- ثم عدّل الجدول لاحقًا بحيث تُرتب العناصر بحسب العدد الذري
Z(عدد البروتونات) وهو الترتيب المعتمد اليوم.
تنظيم الجدول الدوري الحديث
- تُرتب العناصر تصاعديًا بحسب العدد الذري
Zمن اليسار إلى اليمين. - الصفوف الأفقية تسمى الدورات (Periods) وعددها
7. - الأعمدة الشاقولية تسمى المجموعات (Groups) وعددها
18. - كل خانة تحوي اسم العنصر ورمزه وعدده الذري
Zوكتلته الذرية.
والعناصر التي في المجموعة الواحدة تتشابه في خصائصها الكيميائية، ولذلك سمي بعضها عائلات.
العائلات الكيميائية
| العائلة | موقعها | أمثلة | خاصية |
|---|---|---|---|
| القلويات | المجموعة 1 |
الليثيوم Li والصوديوم Na والبوتاسيوم K |
فلزات نشيطة جدًا تتفاعل مع الماء |
| القلويات الترابية | المجموعة 2 |
المغنيزيوم Mg والكالسيوم Ca |
فلزات نشيطة |
| الهالوجينات | المجموعة 17 |
الفلور F والكلور Cl واليود I |
لافلزات نشيطة جدًا |
| الغازات النبيلة | المجموعة 18 |
الهيليوم He والنيون Ne والأرغون Ar |
غازات خاملة شبه معدومة التفاعل |
الفلزات واللافلزات
- الفلزات: يسار الجدول ووسطه، تلمع وتوصل الحرارة والكهرباء، وتفقد إلكترونات لتصبح شوارد موجبة.
- اللافلزات: يمين الجدول، لا توصل الكهرباء غالبًا، وتكتسب إلكترونات لتصبح شوارد سالبة.
علاقة الموقع بالتوزيع الإلكتروني
تتوزع إلكترونات الذرة على طبقات (قشور): K ثم L ثم M، وسعتها القصوى: 2 ثم 8 ثم 8 (للعناصر الأولى).
التوزيع الإلكتروني: نملأ الطبقات بالترتيب. مثال: الصوديوم Z = 11: K² L⁸ M¹.
وتحدد هذه القاعدة موقع العنصر في الجدول:
- رقم الدورة = عدد الطبقات المشغولة.
- رقم المجموعة (للعناصر الرئيسية) يرتبط بـعدد الإلكترونات في الطبقة الخارجية (طبقة التكافؤ).
| العنصر | Z |
التوزيع | الدورة | الإلكترونات الخارجية | المجموعة |
|---|---|---|---|---|---|
الليثيوم Li |
3 | K² L¹ |
2 | 1 | 1 |
الكربون C |
6 | K² L⁴ |
2 | 4 | 14 |
الصوديوم Na |
11 | K² L⁸ M¹ |
3 | 1 | 1 |
الكلور Cl |
17 | K² L⁸ M⁷ |
3 | 7 | 17 |
الأرغون Ar |
18 | K² L⁸ M⁸ |
3 | 8 | 18 |
الاستنتاج: الصوديوم والليثيوم في المجموعة نفسها لأن لكل منهما إلكترونًا واحدًا في الطبقة الخارجية، فهما متشابهان في الخواص. والغازات النبيلة طبقتها الخارجية مشبعة (8 أو 2 للهيليوم) ولذلك هي خاملة.
قاعدة الثمانية وتشكل الشوارد
العناصر تميل إلى الاستقرار بطبقة خارجية مشبعة (قاعدة الثمانية):
Na(إلكترون خارجي واحد) يفقده فيصبحNa⁺(توزيعهK² L⁸كالنيون).Cl(سبعة إلكترونات خارجية) يكتسب إلكترونًا فيصبحCl⁻(توزيعهK² L⁸ M⁸كالأرغون).
ولذلك يتفاعل الصوديوم مع الكلور ليعطي كلور الصوديوم NaCl (ملح الطعام).
أخطاء شائعة
- الخلط بين الدورة (الصف) والمجموعة (العمود).
- القول إن الجدول مرتب بحسب الكتلة الذرية. الأصح العدد الذري.
- القول إن عدد الإلكترونات الخارجية يساوي رقم الدورة.
- نسيان حد سعة الطبقات
2و8و8. - الخلط بين الهالوجينات والغازات النبيلة.
- القول إن الغازات النبيلة نشيطة.
تمارين للتدرب
- أوجد التوزيع الإلكتروني للأكسجين
Z = 8والمغنيزيومZ = 12. - حدد دورة ومجموعة الأكسجين.
- لماذا الكلور والفلور من العائلة نفسها؟
- ما الشاردة المستقرة للمغنيزيوم؟
الحلول:
- الأكسجين
K² L⁶، والمغنيزيومK² L⁸ M². - الدورة
2(طبقتان) والمجموعة16(ستة إلكترونات خارجية). - لأن لكل منهما سبعة إلكترونات في الطبقة الخارجية.
Mg²⁺لأنه يفقد إلكترونين خارجيين ويصبح توزيعهK² L⁸.
الشرح المصوّر
لمن يفضل المتابعة بالصوت والصورة، يقدم الأستاذ خالد سعيدي في فيديو «الحصة 09: الجدول الدوري للعناصر، شرح مبسط ومفهوم للسنة الأولى ثانوي» هذا الدرس في نحو ثلاث وعشرين دقيقة، ضمن سلسلة شروحات مفصلة لجميع دروس الوحدة الأولى، بنية وهندسة أفراد بعض الأنواع الكيميائية، وينطلق من لمحة تاريخية سريعة عن فكرة الجدول الدوري.
وللتوسع، اطلع على هذا الملف في الموقع: