بخش ۲

خواص تناوبي عنصرها

مندليف پس از سالها مطالعه متوجه شده که اگر عنصرها را بر حسب افزايش تدريجي جرم آنها در رديفهاي کنار يکديگر بگذارد و آنهايي را که خواص فيزيکي و شيميايي نسبتاً مشابه دارند در يک گروه زير يکديگر قرار دهد، عنصرها به ترتيبي سازماندهي مي شوند که خواص آنها با نظم و ترتيب خاص تغيير مي کند. اما در جدول مندليف در چند مورد نيز بي نظمي هايي مشاهده مي شد، زيرا او مجبور بود در مواردي در يک ستون قرار دادن عنصرهايي با خواص مشابه . ترتيب قرار گرفتن عنصرها بر اساس افزايش جرم ناديده بگيرد.

جدول تناوبي امروزي عنصرها

هنري موزلي عنصرها را براساس افزايش عدد اتمي مرتب کرد، به اين جدول ، جدول تناوبي عنصرها مي گويند. اين جدول براساس قانون تناوبي عنصرها استوار است. بر طبق اين قانون هر گاه عنصرها را بر حسب افزايش عدد اتمي در کنار يکديگر قرار دهيم خواص شيميايي و فيزيکي آنها بصورت تناوبي تکرار مي شود. مهمترين نکته در جدول تناوبي تشابه آرايش الکتروني عنصرهاي يک خانواده در بسياري از گروههاي اين جدول است .

ويژگي هاي گروهي عنصرها

عنصرها به چهار دسته تقسيم مي شوند.

فلزها: مانند عنصرهاي قليايي ، قليايي خاکي ، واسطه و ... با خواص  رسانايي برق و الکتريسته و چکش خواري و شکل پذيري و دارا بودن سطح براق

نافلزها :

 بر خلاف فلزات رسانا نيستند و چکش خوار نيستند و شکننده اند مثل گوگرد.

برخي نافلزها مثل اکسيژن و نيتروژن در فشار atm ۱ و دماي اتاق به صورت گاز هستند.

شبه فلزها:

 اگر يک عنصر را نتوان جزو فلزها يا نافلزها طبقه بندي کرد ، آن را جزو شبه فلزها قرار مي دهيم مثل سيليسيم.

گروهاي عناصر

گروه اول – فلزهاي قليايي

اين عنصرها همگي فلزهايي نرم و واکنش پذير هستند. سطح آنها براق است و در مجاورت هوا به سرعت، با اکسيژن هوا ترکيب مي شوند. اين فلزها داراي خواص شيميايي و فيزيکي مشابه هستند. آرايش الکتروني آنها، بعد از گاز نجيب ماقبلشان به صورت ^۱ ns است و بشدت تمايل دارند که تنها الکترون لايه آخرشان را از دست بدهند تا به آرايش گاز نجيب ماقبلشان برسند

گروه دوم – فلزهاي قليايي خاکي

اين عنصرها نسبت به گروه فلزهاي قليايي سفت تر و چگالتر هستند و نقطه ذوب بالاتري دارند.

واکنش پذيري شيميايي آنها نسبت به فلزهاي قليايي کمتر است. آرايش الکتروني آنها بعد از گاز نجيب ماقبلشان به صورت^۲ ns است و تمايل دارند که دو الکترون لايه آخرشان را از دست بدهند تا به آرايش گاز نجيب ماقبلشان برسند.

گروههاي سوم تا دوازدهم – عنصرهاي واسطه

اين عنصرها همگي فلز هستند. بجز جيوه ، اين فلزها از فلزهاي قليايي و قليايي خاکي سخت تر ،چگال تر و دير ذوب تر هستند. اوربيتالهاي زير لايه ي d  آنها در حال پرشدن است.

دو دسته ديگر از عنصرها که عنصرهاي واسطه داخلي ناميده مي شوند لانتانيدها و آکتينيدها هستند.

لانتانيدها فلزهايي براق با واکنش پذيري بالا هستند. اکتينيدها هسته ي ناپايدار دارند و به اين علت از جمله عنصرهاي پرتوزا بشمار مي روند. مشهورترين اکتنيدها اورانيم است.

گروههاي سيزدهم تا هجدهم

اين عنصرها برخي فلزها، نافلزها، شبه فلزها و گازهاي نجيب را شامل مي شود. اوربيتال P در حال پرشدن است. از ميان آنها گروه هفدهم و هجدهم نامهاي اختصاصي هالوژنها و گازهاي نجيب را دارند.

هالوژن ها واکنش پذيرترين نافلزها هستند. آرايش الکتروني آنها به صورت ^۵ np  است و به شدت تمايل دارند که يک الکترون گرفته و به آرايش گاز نجيب بعد از خودشان برسند. هالوژن در زبان لاتين به معناي نمک ساز است.

گازهاي نجيب يا گازهاي بي اثر معمولاً در واکنشهاي شيميايي شرکت نمي کنند. همه اوربيتالهاي  S و P  آنها در لايه ظرفيت پرهستند.

به اين ترتيب مشاهده مي شود که در هر تناوب از چپ به راست خواص فلزي کاهش يافته و خواص نافلزي افزايش مي يابد. در انتهاي هر تناوب نيز يک گاز نجيب وجود دارد.

روند تغيير شعاع اتمي در جدول تناوبي عنصرها

با حرکت از بالا به پائين در يک گروه جدول به ازاي هر تناوب يک لايه الکتروني جديد به تعداد لايه هاي الکتروني عنصرها افزوده مي شود. بنابر اين شعاع اتمي در يک گروه از بالا به پائين افزايش مي يابد.

در هر تناوب از چپ به راست شعاع اتمي کاهش پيدا مي کند چون نيروي جاذبه ي هسته ( بار موثر هسته) بر الکترونهاي لايه آخر افزايش مي يابد. در حاليکه به دليل ثابت بودن تعداد لايه هاي الکتروني اثر پوششي الکترون هاي دروني تقريباً ثابت است.

روند تناوبي تغيير انرژي يونش عنصرها

در يک گروه از بالا به پائين با افزايش اندازه اتم انرژي يونش کم مي شود. در هر تناوب از چپ به راست انرژي يونش افزايش مي يابد زيرا در اين جهت بار موثر هسته رو به افزايش است.

روند تناوبي تغيير الکترو نگاتيوي عنصرها

الکترونگاتيوي يک اتم ميزان تمايل نسبي آن اتم براي کشيدن الکترونهاي يک پيوند کووالانسي به سمت هسته ي خود است. مقادير الکترو نگاتيوي در يک گروه از بالا به پائين کاهش و در يک دوره از چپ به راست افزايش مي يابد. بنابر اين فلوئور بيشترين الکترونگاتيوي و سزيم کمترين الکترونگاتيوي را داراست. (در اين بررسي گازهاي نجيب را در نظر نمي گيريم زيرا اين عنصرها به تعداد کافي ترکيبهاي شيميايي تشکيل نمي دهند)

سؤالات

1- در هر يک از موارد زير کدام ذره شعاع بيشتري دارد؟

Cl- , Cl  ---> س Cl-

Na , Na+   --->ل Na

 F-   و   Cl -    ---> ق Cl-

ca2+ و  Ga3+  --->ن ca2+

  2- به ترتيب افزايش شعاع مرتب کنيد.

(Na  Mg   P)                (Br-  Ca2+  K+)

(Na>Mg>P)                    Br - >K+>Ca  

3- چرا در دوره دوم جدول تناوبي مندليف فقط ۸ عنصر وجود دارد؟

زيرا در اين عنصرها جمعاً ۸ الکترون وارد زير لايه ها مي شود،2 الکترون در 2s و ۶ الکترون در2p

4- عنصرهاي مقابل را بر حسب کاهش انرژي يونش _۱ E مرتب کنيد.

Ne>F>O>C>Be                          Ne ،F ،Be، C، O

5- محل دقيق هر يک از اتمهايي را که آرايش الکتروني آنها در زير آمده است مشخص کنيد.

  6- نماد عنصري با ۹ پروتون ، 10 الکترون و 10 نوترون چيست؟

1s² /2s² , 2p⁵ ---> ¹⁹₉F

7- از بين K   ،Na ,،Mg  کداميک زودتر الکترون از دست مي دهند؟ چرا؟

K زودتر الکترون از دست مي دهد زيرا الکترو نگاتيو کمتري دارد

8- قانون تناوبي را تعريف کنيد.

سوالات چهار گزينه اي

1- چه گروهي از عناصر در جدول تناوبي داراي آرايش الکتروني d5 (n-1) و^۲ ns است؟

الف ) گروه هفتم  

ب ) گروه پنجم   

ج ) گروه هفدهم

د ) گروه دوم  

2- عنصرهاي کدام گروههاي جدول تناوبي مي توانند^۲- X و يون ^۲+ M تشکيل دهند؟

الف ) هجدهم و شانزدهم

ب ) شانزدهم و دوم     

ج ) دوم و هجدهم         

د ) دوم و شانزدهم  

3- جدول تناوبي امروزي بر چه اساسي درست شده است؟

الف ) عدد اتمي  

ب ) جرم اتمي   

ج ) الکترونگاتيوي

د ) شعاع اتمي  

4- در جدول تناوبي در هر گروه از بالا به پائين شعاع اتمي .... و الکترونگاتيوي .... مي يابد.

الف ) کاهش – کاهش 

ب ) افزايش – افزايش   

ج ) افزايش – کاهش   

د ) کاهش – افزايش      

5- در گروه هالوژنها از بالا به پائين ، کدام خاصيت کاسته مي شود؟

الف ) الکترونگاتيوي      

ب ) شعاع آنيوني                

ج ) نقطه ذوب          

د ) شعاع اتمي        

6- تعداد عنصرهاي موجود در کدام دوره ، درست بيان نشده است؟

الف) دوره اول  - 2 عنصر 

ب ) دوره دوم – 8 عنصر

ج ) دوره سوم –   18 عنصر

د ) دوره چهارم – 18 عنصر

7- عنصري با جذب ۴ الکترون به آرايش گاز بي اثر بعد از خود مي رسد، اين عنصر مربوط به کدام گروه جدول تناوبي است ؟

الف ) ۱۳   

ب )    ۱۴ 

ج )    15

د )    16

8- کدام فلز زير در نفت نگهداري مي شود؟

الف ) مس  

ب ) منيزيم 

ج ) آهن    

د ) سديم 

9- تفاوت خواص بين عنصرهاي جدول تناوبي در يک گروه بيشتر است يا دوره ؟ چرا؟

الف ) گروه ، زيرا آرايش الکترون اتمها متفاوت است.   

ب ) گروه ، زيرا تعداد پروتون ها متفاوت است.         

ج ) دوره، زيرا تعداد پروتونها متفاوت است.             

د ) دوره ، زيرا تعداد الکترونهاي لايه ظرفيت متفاوت است.

10- در يک دوره از چپ به راست الکترونگاتيوي افزايش مي يابد، علت چيست؟

الف ) زياد شدن الکترونهاي لايه ظرفيت و اثر پوششي الکترونها  

ب ) زياد شدن ترازهاي فرعي اشغال شده و تعداد الکترونها    

ج ) ثابت ماندن تعداد ترازهاي اصلي اشغال شده و افزايش بار موثر هسته 

د ) ثابت ماندن تعداد ترازهاي فرعي اشغال شده و افزاش شعاع اتمي