ستون‌های جدول، خانواده‌های عنصرها
در یک کتاب‌فروشی، کتاب‌های داستان یک قفسه دارند، کتاب‌های آشپزی قفسه‌ای دیگر و فرهنگ‌های لغت قفسه‌ای دیگر. اگر کتاب‌ها بی‌نظم روی هم ریخته بودند، پیدا کردنِ یک کتاب ساعت‌ها طول می‌کشید. شیمی‌دان‌ها هم بیش از صد عنصر را می‌شناسند. آن‌ها عنصرها را بر چه اساسی دسته‌بندی می‌کنند؟
دسته‌بندی با مدارِ آخر
پارسال دیدیم که در مدلِ بور، الکترون‌ها در مدارهایی دورِ هسته می‌چرخند: مدارِ اول حداکثر ۲ الکترون جا دارد و مدارِ دوم و سوم (برای عنصرهای سبک) حداکثر ۸ الکترون. الکترون‌های مدارِ آخر، یعنی بیرونی‌ترین مدار، همان‌هایی‌اند که در واکنش‌ها با اتم‌های دیگر سروکار دارند.
اگر ۱۸ عنصرِ اول را به ترتیبِ عددِ اتمی بچینیم و هر عنصری را که در مدارِ آخرش تعدادِ الکترونِ یکسانی دارد زیرِ هم بگذاریم، جدولی با ۸ ستون و ۳ ردیف به دست می‌آید. این، بخشِ کوچکی از جدولِ تناوبی است.
- هر ردیف با پر شدنِ یک مدارِ تازه شروع می‌شود: ردیفِ اول فقط مدارِ اول را دارد، ردیفِ دوم دو مدار و ردیفِ سوم سه مدار.
- در هر ستون، تعدادِ الکترون‌های مدارِ آخر برابر است: لیتیم، سدیم و پتاسیم یک الکترون؛ فلوئور و کلر هفت الکترون.
عنصرهای یک ستون، رفتارِ شبیه
چرا این دسته‌بندی سودمند است؟ چون عنصرهای یک ستون رفتارِ شیمیاییِ شبیهی دارند:
- لیتیم و سدیم هر دو فلزهایی نرم‌اند که با چاقو بریده می‌شوند، با آب به‌شدت واکنش می‌دهند و گازِ هیدروژن آزاد می‌کنند. برای همین آن‌ها را زیرِ نفت نگه می‌دارند.
- فلوئور و کلر هر دو گازهایی سمی و بسیار واکنش‌پذیرند و با فلزها نمک می‌سازند.
- هلیم، نئون و آرگون در ستونِ آخرند. مدارِ آخرشان پر است و تقریباً با هیچ ماده‌ای واکنش نمی‌دهند. به آن‌ها گازهای نجیب می‌گویند. آرگون را درونِ لامپ‌های رشته‌ای می‌ریزند تا رشته‌ی داغ نسوزد.
پس اگر بدانیم عنصری در کدام ستون است، می‌توانیم رفتارش را حدس بزنیم، حتی اگر هرگز آن را ندیده باشیم. منیزیم با ۱۲ الکترون آرایشِ ۲، ۸، ۲ دارد؛ پس در ستونِ دوم، زیرِ بریلیم، می‌نشیند.
عنصرها در زمین و در بدن
همه‌ی عنصرها به یک اندازه فراوان نیستند. در پوسته‌ی زمین، اکسیژن و سیلیسیم بیشترین سهم را دارند، چون بیشترِ سنگ‌ها ترکیب‌هایی از این دو هستند. در بدنِ ما، اکسیژن، کربن، هیدروژن و نیتروژن بیشترند. عنصرهایی که مقدارشان در بدن کم است هم کارهای مهمی دارند: آهن در خون، کلسیم در استخوان‌ها، ید در غده‌ی تیروئید و سدیم و پتاسیم در کارِ قلب و عصب‌ها.
در خانه امتحان کنید
- مدلِ بورِ کربن (۶ الکترون)، نیتروژن (۷ الکترون) و سیلیسیم (۱۴ الکترون) را بکشید. کدام دو تا در یک ستون‌اند؟
- مدلِ بورِ آرگون (۱۸ الکترون) را بکشید. چرا آرگون واکنش نمی‌دهد؟
واژه‌های این درس
- مدارِ آخر - بیرونی‌ترین مدارِ الکترون‌ها در اتم.
- جدولِ تناوبی - جدولی که عنصرها را به ترتیبِ عددِ اتمی و در ستون‌هایی با رفتارِ مشابه می‌چیند.
- گازهای نجیب - عنصرهای ستونِ آخر، که مدارِ آخرِ پری دارند و تقریباً واکنش نمی‌دهند.
ایده‌ی اصلی
عنصرهایی که در مدارِ آخرِ اتمشان تعدادِ الکترونِ برابری دارند، در یک ستونِ جدولِ تناوبی می‌نشینند و رفتارِ شیمیاییِ شبیهی دارند؛ پس از ستونِ یک عنصر می‌شود رفتارش را حدس زد.