كيمياء الجدول الدوري

تاريخ الجدول الدوري
تعرف الناس على العناصر الكيميائية مثل الذهب والفضة والنحاس منذ القدم , حيث ان هذه العناصر توجد فى الطبيعة ويسهل الحصول عليها بالوسائل البدائية . وقد كان أرسطو الفيلسوف الاغريقي قد افترض نظرية تنص على أن كل شئ حولنا يتركب من خليط من واد أو أكثر من الأربعة عناصر الآتية : النار , الهواء , التراب والماء . وبعد إختلاط هذه العناصر ينتج منها أى شء نراه.
هينينج براند كان أول من إكتشف عنصر جديد . فقد كان براند تاجر ألماني على وشك الإفلاس وكان يبحث عن حجر الفلاسفة " المفترض أنه بإستخدام هذا الحجر يتم تحويل المعادن الرخيصة إلى ذهب ", وقد كان يجرى تجارب على البول الآدمى عام 1669 وإستطاع فصل مادة بيضاء لامعة قام بإطلاق إسم فوسفور عليها, وقد أبقى إكتشافه هذا سريا حتى عام 1680 , حينما إكتشفه روبرت بويل وعندها أصبح الفوسفور معروفا.
وبحلول عام 1809 , كان عدد العناصر التى تم إكتشافها 47 عنصر . وبزيادة عدد العناصر بدأ العلماء فى ملاحظة تكرارية فى كيفية حدوث التفاعلات الكيميائية وبدأوا فى التفكير فى طريقة لترتيب العناصر .
________________________________________

أنتوني لاورنت دى لافوازيير
لافوازيير كان أول من قام بعمل كتاب حديث فى الكيمياء "دراسات أولية فى الكيمياء" والذى ترجم إلى الإنجليزية عام 1789 عن طريق روبرت كير. ويحتوى على قائمة بالعناصر, أو المواد التى لم يمكن تفصيلها لمواد أصغر فى وقتها, وتحتوى على الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين والفوسفور والزنك والزئبق والكبريت. كما أنه قد كون التصور الأول لقائمة العناصر. كما أن الكتب يحتوى أيضا على الضوء والذى يعتير كمادة منفصلة للدراسة فيما بعد. وبينما رفض معظم الكيميائيون المعاصرين للعالم لافوازيير فكرة كتابه, إلا أنه كان يحتوى على معلومات علمية صحيحة بالكيفية التى جعلت الأجيال اللاحقة تستعين به.
وهذا التصور قسم العناصر إلى فلزات ولا فلزات ولهذا لم يتم قبوله.
قانون الثلاثيات
فى عام 1817 , لاحظ جون دوبرينير أن السترانشيوم له خواص تشابه كل من الكالسيوم والباريوم كما أن وزنه الذري يقع بينهما . وقد قام بعمل مجموعة تضم هذه العناصر الثلاثة وسماها ثلاثية .
وقد لاحظ دوبرينير من ذلك أن الطبيعة تتكون من ثلاثيات من العناصر . وإستدل أن فى أى ثلاثية للعناصر يكون العنصر المتوسط فى الثلاثية تكون كتلته الذرية هى متوسط كتلتي العنصريين الأخريين . ومن خلال هذا القانون , إكتشف دوبرينير ثلاثية الهالوجينات التى تتكون من الكلور , البروم , واليود , كما إكتشف أيضا ثلاثية الفلزات القلوية والتى تتكون من الليثيوم , الصوديوم , و البوتاسيوم .
وأصبحت نظرية الثلاثيات محل الدراسة . وتتبع أعمال دوبرينير عدد من العلماء وإكتشفوا أن العلاقة الكيميائية بين العناصر تتعدى الترتيب الثلاثي الذى إفترضه دوبرينير . وخلال هذا الوقت تم إكتشاف الفلور وإضافته لمجموعة الهالوجينات , وإكتشف أيضا الأكسجين , الكبريت , السيلينيوم , والتيليريوم وتم وضعهم فى مجموعة , وبذلك أصبحت رباعيتين " مع مجموعة الهالوجينات " . كما تم إكتشاف النيتروجين , الفوسفور , الأنتيمون , والبزموث وقد تم ترتيبهم فى خماسية .
ألكسندر إيميل بيجو دى شانوريه
ألكسندر إيميل بيجو دى شانوريه , كان جيولوجي فرنسي وأول من لاحظ وجود دورية للعناصر - العناصر المتشابهه تقع فى نفس الدورات لو تم ترتيبها حسب كتلتها الذرية . وقد قام بغقتراح أول شكل للجدول الدوري , والذى كان يسمى telluric helix . حيث يتم ترتيب العناصر فى شكل حلزوني بعد ترتيبها حسب كتلتها الذرية . وقد لاحظ دى شانوريه أن العناصر تترتب عموديا . وقد تم إقتراحه هذا عام 1862 , وتم إستخدامه جيولوجيا أكثر من إستخدامه كيميائيا , ولم يكن يحتوى على شكل منظم وبالتالى لم يتلقى الإهتمام الكافى حتى بدأ ت اعمال ديمتري مندليف
ثمانيات نيولاندز
كان جون نيولاندز كيميائي إنجليزي والذى قدم بحث عام 1863 وقام فيه بتقسيم العناصر التى تم إكتشافها إلى وقته والتى بلغت 56 عنصر إلى 11 مجموعة والتى كانت تعتمد على تشابهه الخواص الفيزيائية . وقد لاحظ أن عديد من أزواج العناصر المتشابهه تتواجد تكرارية من ثمانية عناصر مرتبة حسب وزنها الذري .
قام نيولاند بإقتباس أفكار دوبرينير وطورها . كما قام أيضا بترتيب العناصر بالكتلة والخواص . وكانت اعمال دوبرينير على المجموعات الصغيرة بينما نيولاندز كان يفكر فى عمل علاقة بين جمبع العناصر .
كما قام نيولاندز بترتيب العناصر المعروفة فى جدول حسب الوزن الذري . وبعمل ذلك لاحظ وجود إتجاه معين يتكرر , وهذا الإتجاه يقوم بتقسيم العناصر إلى مجموعات من سبعة عناصر . كما لاحظ أن العنصر الأول فى كل مجموعة يتشابه مع العنصر الاول فى المجموعات التى تليه , ونفس الشئ فى العنصر الثانى وهكذا . وبالتشابه مع السلم الموسيقى الذى يتكون من ثمانيات , أطلق على إكتشافه إسم قانون الثمانيات .
كما لاحظ نيولاندز أيضا أن السيليكون والقصدير جزء من ثلاثية لا يعرف العنصر الناقص فيها ,ولكنه توقع ووجد عنصر له الوزن الذري 73 , وقد سبق توقعات مندليف للجيرمانيوم بستة أعوام , ولكنه لم يترك مكان فارغ للعناصر التى لم تكتشف بعد فى جدوله .
وقد لاقت أفكار نيولاندز السخرية والإستهزاء من معاصريه , ولكن تم تكريمه أخيرا بمعرفة المجمع الملكي بميدالية دايفى عام 1887 .
الجدول الدوري الأول
كان الكيميائي الروسي الصربي المولد ديمتري مندليف أول العلماء فى عمل جدول دوري مشابه للذى نستخمه الآن . قام مندليف بترتيب العناصر طبقا كتلتها الذرية . فى 6 مارس 1869 , قام بعرض بحث تجريبى أمام المجمع الكيميائي الروسي بعنوان أعتماد خواص العناصر على الكتلة الذرية وتم نشر جدول مندليف فى جريدة روسية غير معروفة , ولكن تم إعادة نشره فى المجلة الالمانية Zeitschrift für Chemie فى عام 1869 .
وقد تم نشر جدول مندليف قبل شهور قليلة من نشر الأبحاث المستقلة لكيميائي الألماني يوليوس لوثر ماير والذى قام بنشر جدول معدل لجدول كان قد عمله فى عام 1864 . كما كان الكيميائي الإنجليزي ويليام أولدينج بعمل جدول مشابه لجدول مندليف عام 1864 . وقد توقع مندليف إكتشاف أخرى وأشار إليها وأشار إلى كتلها الذرية , كما ترك أماكن فارغة للعناصر التى كان يتوقع انها ستكتشف . لم يحتوى جدول مندليف الغازات النبيلة نظرا لأنها لم تكن قد أكتشفت بعد .
هنري موزلي
فى عام 1913 وجد هنري موزلي وجود علاقة بين الطول الموجي بأشعة إكس للعناصر مع رقمها الذري . وقد كانت الأرقم الذرية قبل ذلك مجرد أرقام عشوائية مبنية على كتل العناصر الذرية . وقد أظهر إكتشاف موزلي أن الرقم الذري ليست مبهمة ولكن لها أساس علمي لمعرفتها .
أظهرت أبحاث موزلي أيضا أن هناك فجوة بين الأرقام الذرية 43 و 43 والتى تعرف الأن بالمواد المشعة وهذه العناصر لا تتواجد فى الطبيعة بمفردها . وبإتباع خطوات مندليف قام موزلي أيضا بتوقع إكتشاف عناصر جديدة .
_________________________________________












الكيمياء الحديثة و المادة


الذرة
الذرة هى مجموعة من الأجسام المتناهية الدقة. هذه الأجسام تتكون من نواة موجبة الشحنة وغالبا ما تحتوى على البروتونات والنيترونات, كما يوجد أيضا عدد من الإلكترونات التى تعادل الشحنة الموجبة فى النواة. وتدور الالكترونات في مستويات مختلفة تعرف بمستويات الطاقة، حيث يحمل المستوى الأول الكترونين فقط ويحمل المستوى الثاني ثماني الكترونات. أما المستوى الثالث فهو يحمل 18 إلكترونا. ولكل مستوى طاقة مستويات فرعية يرمز لها بالرموز s ,p, d, f . وغالباُ ما تكون الذرات متعادلة كهربياً لأن عدد الإلكترونات السالبة يساوي عدد البروتونات الموجبة، ويمكن للذرة أن تتحول إلى أيون موجب عندما تفقد إلكترونا أو أكثر عن التفاعل الكيميائي كما يمكن أن تتحول إلى أيون سالب عندما تكتسب إلكترونا أو أكثر وذلك بحسب قيمة الشحنة التى تفقدها أو تكتسبها.
العنصر هو فئة من الذرات التى لها نفس عدد البروتونات فى النواة. ويسمى هذا العدد بالعدد الذرى للعنصر. فمثلا, كل الذرات التى لها 6 بروتونات فى النواة هى ذرات لعنصر كيميائي يسمى الكربون, كما أن كل الذرات التى لها 92 بروتون فى النواة هى ذرات عنصر اليورانيوم.
أفضل توزيع وشكل للعناصر بصفة عامة فى الجدول الدوري, والذى يتم وضه العناصر ذات الصفات الكيميائية المتشابهة فى نفس المجموعة. كما يتم وصف العنصر بإسمه, ورمزه, وعدده الذري.
ونظرا لأن عدد البروتونات فى النواة يحدد عدد الإلكترونات المحيطة بالنواة وكذلك خواصها, ونظرا لأن الإلكترونات هى التى تكون ظاهرة من العنصر للعالم الخارجى حيث أنها تقع خارج النواة فإنها تتحكم فى التفاعلات, والتحولات الكيميائية التى يمكن حدوثها للعنصر. كما أن عدد النيوترونات الموجودة فى النواة قد تغير من حالة العنصر كما لو أنه عنصر أخر.
المركبات الكيميائية
المركب الكيميائي هو مادة تتكون من نسبة معينة من العناصر والتى تحدد تركيب والمجموعة التى يقع فيها هذا المركب والتى تحدد بالتالى خواص هذا المركب. فمثلا, الماء هو مركب يحتوى على الهيدروجين والأكسجين بنسبة 2 إلى 1. تتكون المركبات وتتحول عن طريق التفاعلات الكيميائية.
الجزيئات
الجزيء هو أصغر جزء نقي من المركب والذى له خواص كيميائية محدده. ويتكون الجزيء من ذرات أو أكثر متحدة مع بعض.
الشوارد (الأيونات)
الشاردة هو مركب مشحون, أو هو ذرة أو جزيئ إكتسب أو فقد إكترون أو أكثر. الأيونات الموجبة الشحنة تسمى شردة (كاتيونات) مثل كاتيون الصوديوم NaNa+ والأيونات السالبة الشحنة تسمى شردة (أنيون) مثل شردة (أنيون) الكلور Cl-, واللذان عن إتحادهما يكونا الملح المتعادل كلوريد الصوديوم(NaCl). ومثل للأيونات ذات الذرات العديدة التى لا تتفكك خلال تفاعلات الحمض - القاعدة هو مجموعة الهيدروكسيد (OH-), أو الفوسفات (PO43-).
الروابط الكيميائية
الرابطة الكيميائية هى القوة التى تربط الذرات فى الجزيء أو فى البلورة. فى مركبات بسيطة عديدة, نظرية التكافؤ ومبدأ عدد التأكسد يمكن إستخدامهما للتنبؤ بالتركيب الجزيئي. وبالمثل, فإن النظريات الفيزياء الكلاسيكية يمكن إستخدامها للتنبؤ بتركيب مركبات أيونية عديدة . أما المركبات ذات التركيب المعقد , مثل السبائك المعدنية , فإن نظرية التكافؤ لا تستطيع تفسير تركيبها, وهنا تظهر أهمية إستخدام نظريات الميكانيكا الكمية مثل نظرية المدار الجزيئي.
بعض أنواع الروابط الكيميائية:
1. رابطة أيونية
2. رابطة تساهمية
3. رابطة فلزية
ورابطة تناسقية والرابطة التناسقية تنساق تحت الرابطة التساهمية تقريبا
حالات المادة
الحالة هو مجموعة من الأنظمة الكيميائية التى لها تركيب عام متماثل, عند التعرض لمدى معين من تغير الظروف مثل الضغط أو الحرارة. الخواص الفيزيائية مثل الكثافة و معامل الأنكسار تميل أن تكون فى المدى المميز لهذه الحالة. الحالة تعرف على أنها النظام الذى إن تم أخذ أو إعطاء طاقة له فإن هذه الطاقة المفقودة أو المكتسبة تستخدم فى إعادة ترتيب النظام. بدلا من تغيير شكل الحالة.
وفى بعض الأحيان يعتبر التفريق بين الحالات صعب لوجود أكثر من حالة فى نفس الوقت , وفى هذه الحالة تعتبر المادة فى حالة حرجة. عند تواجد ثلاث حالات للمادة فى نفس الوقت تحت ظروف معينة فإن هذا يسمى النقطة الثلاثية ونظرا لأن هذه النقطة ثابتة , يعتبر ذلك جيد لتحديد الظروف الملائمة لهذه النقطة .
وأكثر الأمثلة شيوعا لحالات المادة الصلب , السائل , الغاز , كما قد توجد حالات أخرى ليست شائعة . ويمكن ملاحظة أن الثلج كمادة له أكثر من حالة إعتمادا على الضغط و درجة الحرارة . وتتعامل معظم الحالات مع نظام الأبعاد الثلاثي , ولكن يمكن فى حالات معينة التعامل مع نظام البعدين وذلك لإرتباطه ببعض العلوم الأخرى مثل علم الأحياء .
التفاعلات
التفاعل الكيميائي هو تحول فى التركيب الدقيق للجزيئات. ويمكن أن ينتج التفاعل الكيميائي من مهاجمة جزيئات لجزيئات أخرى لتكوين جزيئات أكبر, أو جزيئات تتفكك لتكوين جزيئين أو أكثر أقل حجما, أو إعادة ترتيب الذرات فى نفس الجزيء أو خلال جزيئات أخرى. وتتضمن التفاعلات الكيميائية غالبا تكوين أو تكسير روابط كيميائية.
نظرية الكم
نظرية الكم تقوم بوصف تصرف المادة فى مدى صغير للغاية. وعلى هذا فإنه طبقا لذلك وصف جميع الأنظمة الكيميائية بإستخدام هذه النظرية, و لكن هذا يعتبر فى غاية التعقيد من الناحية الحسابية. ولذا فإنه يتم استخدام هذه النظرية بواقعية فى الأنظمة الكيميائية البسيطة, كما أنه يتم استخدام التقريب للحصول على نتائج واقعية. ويعتبر فهم نظريات ميكانيكا كم غير هام لمعظم فروع الكيمياء, حيث أنه يمكن تطبيق نتائج هذه النظرية وفهم كيفية هذا التطبيق.
القوانين
أهم قانون فى الكيمياء هو قانون بقاء المادة, الذى ينص على أنه لا يوجد تغيير فى كمية المادة خلال التفاعل الكيميائى الطبيعي. وقد أظهرت الفيزياء الحديثة أن الطاقة هى التي لا تتغير, وأن الطاقة والكتلة متصلان ومتعلقان بعضهما ببعض, وهو المبدأ الهام فى الكيمياء النووية. قانون بقاء الطاقة هام جدا لنظريات الاتزان والديناميكا الحرارية والكاينيتيكس .


______

______________________________






مساهمات العرب و الكيمياء الحديثة
مساهمات العرب في علم الكيمياء
ساهم العرب في تطوير الكيمياء.عندما فتح العرب مصر سنة(642م) لا ريب أن أولئك الفاتحين أسهموا بقدرٍ موفور في تطوير الكيمياء، حيث يعتبرون أول من اشتغل بالكيمياء كعلم له قواعده وقوانينه، وذلك منذ القرن الثاني الهجري، وطبقوا إنتاجهم في الصيدلية بصفة خاصة . وما زال الإلتحام بين شتى المفاهيم لعلوم الكيمياء القديمة ينم عن اللفظ العربي نفسه مثل ( ألـ وخيمياء) وهو الشكل الإغريقي الذي يطلق على مصر. كذلك أصل كلمة كحول وهو عربي بمعنى غول وغرّبت هذه الكلمة أو حولت على اللغة الغربية بهذه الصفة. قال الله تعالي في سورة الصافات الآية(47): ( لا فيها غول ولا هم عنها ينزفون). و استمرت أصول الكيمياء العربية مرجعاً للغرب إبان القرون الوسطى وانتقلت ترجمات أعمالهم إلى أوروبا في القرن الثاني عشر الميلادي والتي اشتهرت بعد أن وصل الفتح العربي إلى الأندلس سنة(711م) يحمل معه المعارف العربية. وفي الجامعات العربية ببرشلونة وطليطلة تعلم طالبوا العلم من جميع أنحاء أوروبا فن الكيمياء.

الكيمياء الحديثة
الكيمياء الحديثة. يرجع تاريخ الكيمياء الحديثة إلى القرن السابع عشر الميلادي بأبحاث (بويل) الذي قسم الأجسام إلى مواد أولية( عناصر ومركبات و مخاليط) و تلت أبحاث (بلاك، ولافوازييه)عن الاحتراق والتأكسد ثم(برتلي) الذي اكتشف الأكسجين في الهواء ، ثم(كافندش) الذي اكتشف تكوين الماء ثم (دالتون) الذي وضع النظرية الذرية عن تكون المادة وتعرّف الكيمياء الحديثة بأنها:- علم طبيعي في تكوين المادة والتغييرات التي تحدث فيها تحت تغييرات مختلفة تفقد الجسم مظهره الخاص وصفاته التي يتميز بها، إذ تتبدل مادته بأخرى ذات خواص وصفات جديدة وتوصف مظاهر المواد وسلوكها بالخواص الكيميائية، أي تعرّف بذلك وتبين تلك الخواص الكيميائية إبان التفاعلات بالمعادلات.

_________________________________________


المراجع

1- موقع ويكيبيديا للعلوم .
2- كتاب الكيمياء الميسرة .
3- كتاب المواد الكيميائية و التفاعلات .
4- كتاب المبسط في الكيمياء .
5- موقع بيت الكيمياء .