• مشکی
  • سفید
  • سبز
  • آبی
  • قرمز
  • نارنجی
  • بنفش
  • طلایی
  • تعداد بازديد :
  • 11908
  • دوشنبه 1385/12/28 ساعت 19:13
  • تاريخ :

عدد اتمی و قانون تناوبی

عدد اتمی و قانون تناوبی

در اوایل قرن نوزدهم شباهت های فیزیکی و شیمیایی بین عناصر، توجه شیمیدانان را به خود جلب کرده بود. در سال های 1817 و 1829 یوهان دوبراینر( Johann W. Doebereiner )، مقاله هایی منتشر کرد که در آن ها خواص مجموعه هایی از عناصر را که او مجموعه های سه تایی می‌نامید مانند Ba - Sr - Ca , I - Br - Cl , K - Na - Li و S - Se - Te، مورد بررسی قرار داده بود. عناصر هر مجموعه دارای خواص مشابه هستند و وزن اتمی عنصر وسطی در هر مجموعه، تقریباً میانگین وزان اتمی دو عنصر دیگر است. در سال های بعد، بسیاری از شیمیدانان تلاش هایی برای طبقه بندی عناصر در گروه های دارای خواص مشابه به عمل آوردند. در سال های 1866 - 1863، جان نیولندز ( John A. R. Newlands )، " قانون هشت تایی " خود را تنظیم و ارائه کرد. به گفته ی وی هرگاه عناصر را بر حسب افزایش وزن اتمی به دنبال یکدیگر مرتب کنیم، هشتمین عنصر با عنصر اول و نهمین عنصر با عنصر دوم ( و به همین ترتیب ) مشابه است. او این رابطه را با اکتاو در نت های موسیقی، مشابه می‌دانست. البته روابط واقعی بین عناصر به سادگی پیشنهاد نیولندز در مورد نت های موسیقی نیست. در زمانی که او نظرش را ارائه داد، قیاس او دور از واقعیت به نظر می‌رسید و بسیاری از شیمیدان ها آن را جدی تلقی نکردند.  اما سال ها بعد نیولندز  به دلیل تلاش هایش در این زمینه، موفق به دریافت نشان دیوی از انجمن سلطنتی  گردید. طبقه بندی تناوبی نوین عناصر مرهون کار یولیوس لوتارمیر ( Julius Lothar Meyer )(1869) و به ویژه دمیتری مندلیف ( Dmitri Mandeleev ) (1869) می باشد. مندلیف قانون تناوبی خود را به این صورت بیان کرد که: وقتی عناصر به ترتیب افزایش وزن اتمی مورد مطالعه قرار گیرند، شباهت هایی در خواص آن ها به طور تناوبی ظاهر می‌شود. در جدول مندلیف عناصر به گونه ای نوشته شده اند که عناصر مشابه، در یک گره و زیر هم قرار می‌گیرند.

جدول مندلیف

برای آن که عناصر مشابه زیر یکدیگر قرار گیرند مندلیف ناچار شد که برای برخی عناصر کشف نشده در آن زمان، در جدول خود جای خالی قرار دهد. وی براساس نظام پیشنهادی خود، توانست خواص سه عنصر ناشناخته را پیش بینی کند. کشف عناصر اسکاندیم، گالیم و ژرمانیم (عناصری که در جاهای خالی قرار گرفتند) و پی بردن به آن که هر یک دارای خواصی مشابه با خواصی است که مندلیف قبلاً پیش بینی کرده بود، اعتبار نظام تناوبی را نشان داد. مندلیف وجود گازهای نجیب ( He, Ne, Ar, Kr, Xe و Ra ) را پیش بینی نکرد. اما در هر حال پس از کشف این عناصر در سال های 1898 - 1892، عناصر مزبور به سهولت در گروه خود در جدول قرار داده شدند. برقرار ماندن جدول تناوبی عناصر، ایجاب می‌کرد که سه عنصر I, Ni, K در محلی جز چیزی که ترتیب افزایش وزن اتمی حکم می‌کرد، قرار داده شوند. به عنوان مثال ید، براساس وزن اتمی باید عنصر خانه ی شماره ی 52 باشد، اما برای قرار گرفتن در گروه عناصر مشابه از نظر خواص شیمیایی، مشابه ( Br, Cl, F ) عنصر شماره ی 53 در نظر گرفته شد. مطالعه ی بعدی طبقه بندی تناوبی عناصر، بسیاری از شیمیدانان را متقاعد ساخت که خاصیت بنیادی دیگری جز وزن اتمی موجب پیدایش خاصیت مشهود تناوبی است. پیشنهاد شد که این خاصیت بنیادی به نحوی با عدد اتمی، که در آن زمان تنها یک شماره ی ترتیب در جدول تناوبی بود، مرتبط است.

عدد اتمی و قانون تناوبی

قانون تناوبی موزلی

عدد اتمی و قانون تناوبی

کار هنری موزلی ( Henry G. J. Mosley ) در سال های 1913 و 1914، این مسأله را حل کرد. وقتی پرتو پر انرژی کاتدی روی یک هدف متمرکز شود، پرتو ایکس تولید می‌شود. طول موج های تشکیل دهنده ی تابش ایکس را می‌توان از هم جدا کرد و طیف خطی حاصل را روی یک صفحه ی عکاسی ثبت نمود. وقتی عناصر مختلف به عنوان هدف به کار برده شوند، طیف های پرتو ایکس متفاوتی به دست می‌آید که هر طیف فقط از تعدادی خط تشکیل شده است. موزلی، طیف پرتو ایکس سی و هشت عنصر را که اعداد اتمی آن ها بین 13 ( آلومینیم ) و 79 ( طلا ) بود، مورد بررسی قرار داد. او با مطالعه ی خطوط مشابه در طیف های این عناصر دریافت که بین جذر فرکانس خط طیفی و عدد اتمی عنصر مربوط، یک رابطه خطی وجود دارد ( شکل پایین ). به عبارت دیگر وقتی عناصر به ترتیب افزایش عدد اتمی مرتب شده باشند، ریشه دوم فرکانس خط طیفی از عنصری به عنصر دیگر همیشه به مقدار ثابتی افزایش می‌یابد.

عدد اتمی و قانون تناوبی

بنابراین موزلی موفق شد که با استفاده از طیف خطی پرتو ایکس هر عنصر، عدد اتمی صحیح آن را تعیین کند. او به این ترتیب توانست مشکل طبقه بندی عناصری که براساس افزایش وزن اتمی در جای درست خود قرار نمی گرفتند ( I, Ni, K ) را حل کند. او هم چنین ابراز داشت که بین 58Ce تا 71Lu ( جدول تناوبی ) باید چهارده عنصر وجود داشته باشند و ثابت کرد که این عناصر باید در جدول تناوبی به دنبال لانتان قرار گیرند. در آن زمان، نمودار موزلی نشان داد که باید چهار عنصر کشف نشده ( دارای اعداد اتمی 43، 61، 72 و 75 ) پیش از 79Au وجود داشته باشند. بر اساس کار موزلی، قانون تناوبی بار دیگر به این ترتیب تعریف شد: خواص شیمیایی و فیزیکی عناصر، تابعی تناوبی از افزایش عدد اتمی آن ها است. اعداد اتمی موزلی با بار هسته ای که رادرفورد براساس آزمایش های پراش ذرات محاسبه کرده بود، کم و بیش همسانی داشت. بنابراین، موزلی پیشنهاد کرد که عدد اتمی ( Z ) تعداد واحد بار مثبت هسته ی اتم است. به گفته ی او: "در اتم، کمیتی بنیادی وجود دارد که از یک عنصر به عنصر بعدی به میزان منظمی افزایش می‌یابد، این کمیت تنها می‌تواند بار الکتریکی مثبت هسته ی اتم باشد ". پرتو ایکس، تابش های الکترومغناطیسی هستند که طول موج هایی به مراتب کوتاه تر ( و در نتیجه فرکانس و انرژی های به مراتب بیش تر ) از نور مرئی دارند. اعتقاد بر این است که طیف پرتو ایکس یک عنصر، ناشی از نوعی انتقال الکترون درون اتم های عنصر هدف است. در لامپ پرتو ایکس، اشعه ی کاتدی وقتی به عنصر هدف برخورد می کند الکترون های لایه های داخلی اتم  را از مکان خود خارج می‌کند. وقتی الکترون های لایه های بیرونی، به جاهای خالی که به این ترتیب ایجاد شده است، سقوط می‌کنند، پرتویی تابش می شود که به آن پرتو ایکس می گوییم. از آن جا که انتقال الکترون از تراز بالاتر به تراز پایین تر یک اتم باعث آزاد شدن مقدار زیادی انرژی می شود، فرکانس انرژی آزاد شده، بالا و به تناسب طول موج آن کوتاه و ویژه ی پرتو ایکس است. فرکانس تابشی  ناشی از یک انتقال الکترون به بار مثبت هسته ی اتم نیز بستگی دارد. مقدار انرژی آزاد شده مستقیماً با مجذور بار هسته ای،2 Z، متناسب است. هر چه بار هسته ای بیش تر باشد انرژی آزاد شده بیش تر و طول موج تابش شده کوتاه تر خواهد بود. مشاهدات موزلی بازتاب این رابطه است.

صفحه اصلی  جدول تناوبی پیوندها نرم افزارها

 

UserName