قانون د. إ. مندلييف الدوري

المقدمات وجوهر القانون

بحلول منتصف القرن التاسع عشر، كان العلماء على علم بوجود 62 عنصراً كيميائياً. حاول الكيميائيون تجميعها بناءً على بيانات تجريبية، ولكن لم تكن هناك تصنيف موحد. لم يكن أحد يعلم عدد العناصر التي تنتظر الاكتشاف. كان دميتري إيفانوفيتش مندلييف الشخص الوحيد الذي أظهر إيماناً راسخاً بوجود قانون واحد يربط بين جميع العناصر بلا استثناء.

في عام 1869، رتب مندلييف العناصر في صف وفقاً لـ زيادة كتلها الذرية (كان مصطلح «الوزن الذري» مستخدماً آنذاك). واكتشف نمطاً أساسياً: ظهور مواد ذات خواص كيميائية متشابهة يحدث بصورة دورية. في البداية، لوحظ التكرار كل 7 و17 عنصراً، ولكن لاحقاً مع اكتشاف الغازات النبيلة، زادت هذه الصفوف لتصبح 8 و18.

أثبت ذلك أن العناصر ليست مجرد مجموعة عشوائية من المواد، بل هي نظام متماسك ومبني من نفس الجسيمات الأولية.

هيكلية الجدول الدوري

أصبح الجدول التعبير التصويري للقانون، حيث ينقسم صف العناصر المستمر الناتج إلى أجزاء تُعرف بـ الدورات، والتي تقع واحدة تحت الأخرى.

• الدورات القصيرة (1–3): تحتوي على ما يصل إلى 8 عناصر. تبدأ بفلز قلوي نشط (مثل الليثيوم) وتنتتهي بغاز نبيل خامل. تظهر فيها عملية تغير الخواص من فلزية إلى لا فلزية بوضوح وبسرعة كبيرة.
• الدورات الطويلة (4–5): تضم كل منها 18 خانة. وتتمثل صفتها المميزة في وجود 10 فلزات انتقالية إضافية (إدراج من السكانديوم إلى الخارصين، ومن الإيتريوم إلى الكادميوم)، والتي تتداخل بين العناصر النموذجية.
• الدورات الطويلة جداً (6–7): تحتوي على 32 عنصراً لكل منها. بالإضافة إلى الفلزات الانتقالية، تظهر فيها مجموعات تضم 14 عنصراً متظاهراً تُعرف بـ اللانثانيدات والأكتينيدات. خواصها الكيميائية متقاربة لدرجة تجعل إدراجها في كتلة منفصلة أمراً معتاداً في الجدول.

تُسمى الأعمدة الرأسية بـ المجموعات. ترتبط أرقامها ارتباطاً وثيقاً بصيغة الأكسيد الأعلى للعنصر (بدءاً من $R^2O$ في المجموعة الأولى وحتى $RO^4$ في المجموعة الثامنة). تضم المجموعات الرئيسية (A) عناصر الدورات القصيرة وما يشابهها. بينما تتكون المجموعات الفرعية (B) حصرياً من الفلزات الانتقالية.

تصحيح الأخطاء والانتصار العلمي

في القرن التاسع عشر، لم تكن هناك طرق غازية للقياس الدقيق لكتل الفلزات. كان الوزن يُحسب عبر المكافئ الكيميائي (التفاعل مع 8 أجزاء من الأكسجين) والتكافؤ المفترض. أي خطأ في التكافؤ كان يؤدي إلى تشويه مضاعف في الكتلة.

أثناء إعداده للجدول، لاحظ مندلييف أن بعض العناصر شاذة عن منطق القانون. وبدلاً من تغيير القانون، افترض أن الكتل الذرية لهذه المواد قد قِيست بشكل خاطئ.

1. اليورانيوم (U): كان يُعتقد أنه ثلاثي التكافؤ بكتلة قدرها 120. أثبت مندلييف أن اليورانيوم سداسي التكافؤ، ووضعه في المجموعة السادسة بجوار الكروم والتنغستن، وضاعف كتلته لتصبح 240. وبذلك أصبح اليورانيوم أثقل عنصر معروف في ذلك الوقت.
2. البيريليوم (Be): بسبب تشابهه مع الألومنيوم، كان يُعتقد أنه ثلاثي التكافؤ (كتلته 13.5). نقل العالم العنصر إلى المجموعة الثانية، مصححاً بذلك تكافؤه ووزنه.

تمثل الانتصار الأكبر في الوظيفة التنبؤية. في الدورات الأربع الأولى، ترك مندلييف خانات فارغة، ووضع شرطات بجانبها علامة استفهام. لقد تنبأ بدقة بالخواص الخاصة بفلزات غير مرئية بعد: الإيكابور، والإيكالومنيوم، والإيكاسيليكون.

في عام 1875، اكتشف الكيميائي الفرنسي بول إيمي لوكوك ديبواسبودران العنصر رقم 31، الذي تطابقت خواصه تماماً مع الإيكالومنيوم. سُمي الفلز الجديد بالغاليوم (نسبة إلى اللاتينية Gallia أي فرنسا). خلال السنوات الـ 15 التالية، تم اكتشاف السكانديوم والجرمانيوم اللذين تنبأ بهما، مما أدى إلى الاعتراف المطلق بالقانون الدوري.

أسئلة من المحاضرات والامتحانات

مواضيع أخرى للمراجعة في نفس السياق

• تكوين الأكاسيد العليا وصيغها حسب المجموعات (من $R^2O$ إلى $RO^4$)
• مفهوم المكافئ الكيميائي وصعوبات حساب كتل الذرات في القرن التاسع عشر
• فصل ثلاثيات الفلزات (مثل Fe-Co-Ni) في المجموعة الثامنة المستقلة
• أنماط التغير في النشاط الكيميائي للهالوجينات والفلزات القلوية
• بنية وخواص عناصر عائلة اللانثانيدات والأكتينيدات
• العناصر ما بعد اليورانيوم وحدود استقرار الأنوية الذرية

مواضيع أخرى من قسم "الفصل 5. تركيب المادة"

تم إعداد المادة بواسطة أعضاء هيئة التدريس في WhiteCoat Pro وفقاً للمنهج الدراسي لكليات الطب. وهي ذات طابع تعليمي.