تشققات في الجدول الدوري / إريك شيري

لقد ملأ اكتشاف العنصر 117 آخر فتحة فارغة في الجدول الدوري كما نعرفه اليوم. ولكن مع اكتماله، فإنه يفقد قوته

وفي عام 2010، أعلن باحثون في روسيا أنهم نجحوا في استخراج بعض النوى الذرية للعنصر 117. وهذا النوع الجديد من الذرات ليس له اسم حتى الآن، حيث ينتظر المجتمع العلمي تقليديا تأكيدا مستقلا للاكتشاف قبل الإعلان عن عنصر جديد. ولكن إذا لم تكن هناك مفاجآت غير متوقعة، فقد وجد العنصر 117 مكانه الدائم في الجدول الدوري للعناصر.

وقد تم بالفعل اكتشاف جميع العناصر الـ 116 قبل العنصر الجديد، وكذلك العنصر 118 الذي يليه في الجدول الدوري. وبذلك ملأ العنصر 117 آخر فتحة فارغة في الصف السفلي من الجدول. يمثل هذا الإنجاز لحظة فريدة في التاريخ. عندما قام ديمتري مندليف، وهو روسي أيضًا، وآخرون بإنشاء الجدول الدوري في ستينيات القرن التاسع عشر، كان بمثابة أول خريطة كبيرة نظمت جميع العناصر التي عرفها العلم آنذاك. ترك مندليف بعض المساحات الفارغة في الجدول وقدم فرضية جريئة: يومًا ما، سيتم اكتشاف عناصر جديدة ستملأ هذه الفجوات في الجدول. لقد تم تصحيح الجدول مرات لا تعد ولا تحصى، ولكن في جميع إصداراته لا تزال هناك فتحات فارغة - حتى اليوم. العنصر 60 يكمل الجدول كاملاً لأول مرة في التاريخ.

ومن المرجح أن روح مندليف كانت ستستمتع بانتصار رؤيته، على الأقل لبعض الوقت، حتى يتمكن الكيميائيون والفيزيائيون النوويون من تركيب العناصر التالية في الخط، وهو إنجاز يتطلب إضافة صفوف جديدة إلى الجدول. وربما أيضًا ترك مساحات فارغة جديدة.

ومع ذلك، في حين وجدت الأجزاء المفقودة الأخيرة من التجمع مكانها، بدأ شيء أكثر جوهرية في الاهتزاز، والذي يمكن أن ينهار تحت الفكرة التي يرتكز عليها الجدول الدوري نفسه: الدورية في خصائص المواد التي أعطت الشكل الدوري. الجدول اسمه.

لم يتنبأ مندليف بوجود العناصر غير المعروفة آنذاك فحسب، بل قام أيضًا بتخمين خواصها الكيميائية بشكل صحيح بناءً على هذا النمط الدوري. ولكن مع زيادة الأعداد الذرية، التي تشير إلى عدد البروتونات في النواة، توقفت بعض العناصر الأخرى عن التصرف كما هو متوقع وفقًا لمبدأ الدورية. أي أن تفاعلاتها الكيميائية، مثل، على سبيل المثال، نوع الروابط التي تشكلها مع الذرات الأخرى، لم تعد تشبه تفاعلات العناصر الأخرى في نفس العمود من الجدول. والسبب في ذلك هو أن بعض الإلكترونات التي تدور حول أثقل النوى في الجدول تصل إلى سرعات عالية تعادل نسبة كبيرة من سرعة الضوء. وتصبح هذه السرعات، على حد تعبير علماء الفيزياء، سرعات "نسبية"، وهذا ما جعل الذرات تتصرف بشكل مختلف عن المتوقع بناء على مكانها في الجدول الدوري. علاوة على ذلك، من الصعب للغاية التنبؤ بالبنية المدارية لكل ذرة جديدة. لذلك، حتى لو اكتمل جدول مندليف بالكامل ونجح، فإنه ربما بدأ يفقد قدرته على تفسير خصائص العناصر والتنبؤ بها.

نجاح مثالي

على الرغم من أنه تم نشر أكثر من 1,000 نسخة من الجدول الدوري حتى الآن، تختلف عن بعضها البعض في ترتيب العناصر وحتى في العناصر التي تتضمنها، إلا أنها كانت جميعها تشترك في خاصية واحدة. عندما تقوم بترتيب العناصر واحدا تلو الآخر، وفقا لأعدادها الذرية (كانت المحاولات الأولى تعتمد على الأوزان الذرية)، فإن خواصها الكيميائية تميل إلى تكرار نفسها بعد تسلسل معين من العناصر. على سبيل المثال، إذا بدأنا بالليثيوم (Li) وحركنا ثمانية مربعات للأمام، فسنصل إلى الصوديوم (Na)، الذي تتشابه خصائصه: كلا العنصرين معادن ناعمة جدًا بحيث يمكن قطعها بالسكين وكلاهما يتفاعل بقوة شديدة مع ماء. وإذا تقدمنا ​​بثماني فتحات أخرى في الجدول سنصل إلى البوتاسيوم (K)، وهو أيضًا معدن ناعم يتفاعل مع الماء، وهكذا.

في الجداول الأولى، بما في ذلك تلك التي أنشأها مندليف وأيضًا في الجداول الأخرى، كانت الدورات، وبالتالي أيضًا الصفوف في الجدول، تحتوي دائمًا على ثمانية عناصر. ولكن سرعان ما أصبح واضحا أنه في الدورتين التاليتين، الرابعة والخامسة، لا تتكرر الخصائص بعد 8 عناصر بل بعد 18. وعليه، فإن الصفين الرابع والخامس أطول أيضا، ويتسع الجدول ليحتوي على الكتلة الإضافية العناصر (المعادن الانتقالية والتي توجد في الجداول المشتركة في المركز). وتبين أيضًا أن الدورة السادسة أطول، وتحتوي على 32 عنصرًا. ويرجع ذلك إلى أنه تم إضافة سلسلة أخرى مكونة من 14 عنصرًا كانت تسمى اللانثانيدات، ومؤخرًا تم تغيير اسمها إلى اللانثانيدات.

في عام 1937، بدأ علماء الفيزياء النووية في تجميع عناصر جديدة. الأول كان التكنيتيوم (Tc)، الذي ملأ أحد الفراغات الأربعة المعروفة في الجدول في ذلك الوقت، والذي امتد من العدد الذري 1 (الهيدروجين، H) إلى 92 (اليورانيوم U). تم العثور على القطع الثلاث المفقودة بعد وقت قصير. تم تصنيع اثنين من هذه العناصر في المختبر (الستاتين، At، والبروميثيوم، Pm) وتم اكتشاف العنصر الثالث في الطبيعة (الفرانسيوم، Fr). لكن بينما امتلأت تلك الفراغات، وسعت الاكتشافات الجديدة الجدول الدوري إلى ما هو أبعد من اليورانيوم، وتركت مساحات فارغة جديدة في طريقها.

أدرك الكيميائي الأمريكي جلين سيبورج أن الأكتينيوم (Ac) والثوريوم (Th) والبروتكتينيوم (Pa)، مع اليورانيوم والعناصر العشرة التي تليها، هي سلسلة جديدة، مثل اللانثانويدات، تحتوي على 14 عنصرًا ولذلك سُميت بهذا الاسم. الأكتينويدات. (نظرًا لأن هذه العناصر الإضافية تعمل على توسيع الجدول الدوري إلى أبعد من ذلك، فإن الجداول التقليدية تُظهر السلسلتين، اللتين يبلغ عدد كل منهما 14 عنصرًا، في كتلة منفصلة أسفل الجدول الرئيسي.)

في النصف الأول من القرن العشرين، أدرك العلماء أن دورية العناصر تنبع من فيزياء الكم، وبشكل أكثر دقة، من الفيزياء التي تشرح كيفية إحاطة الإلكترونات بالنواة. تظهر مسارات الإلكترون في مجموعة معينة من الأشكال والأحجام تسمى المدارات. تحتوي الذرات ذات العدد الذري المرتفع على إلكترونات في نفس المدارات مثل الذرات ذات العدد الذري الأقل، بالإضافة إلى الإلكترونات في أنواع جديدة من المدارات. في الدورة الأولى، توجد إلكترونات في نوع واحد فقط من المدارات، يُعرف بالمدار s، والذي يمكنه أن "يسكن" إلكترونًا واحدًا أو اثنين فقط (إلكترون واحد في الهيدروجين، وإلكترونان في الهيليوم، He). وفي الدورة الثانية أيضًا هناك إلكترونات تحتل مدارًا واحدًا، وكذلك في الدورة الثالثة. لكن كل واحد منهم لديه إلكترونات في ثلاثة مدارات أخرى من نوع جديد، المدارات p. وهنا يمكن لكل من هذه المدارات الأربعة أن تشغل إلكترونًا أو إلكترونين، بحد أقصى ثمانية إلكترونات في المدارات الأربعة معًا، وهذا هو سبب دورية الثمانية في النسخ الأصلية من الجدول. وفي الدورتين الرابعة والخامسة، بالإضافة إلى المدارات s وp، هناك إلكترونات تشغل نوعاً ثالثاً من المدارات، وهي خمسة مدارات d، والتي تضيف 20 أماكن أخرى لتشغل الإلكترونات وبالتالي تمتد الدورة إلى 10. وأخيرًا، تشتمل الدورتان الأخيرتان أيضًا على إلكترونات في مدار واحد s، وفي مدارات 18 p، وفي مدارات 3 d، وبالإضافة إلى ذلك أيضًا في مدارات 5 f، بحيث تتضمن هذه الدورات 7 عنصرًا (32+18).

عندما أعلن يوري أوغانيسيان وزملاؤه في المعهد المشترك للأبحاث النووية بالقرب من موسكو نجاحهم في تصنيع العنصر المراوغ ذو العدد الذري 117، وجدت جميع العناصر الموجودة في الصف الأخير من الجدول الدوري مكانها. إن الارتباط الوثيق بين بنية الجدول وبنية الذرات يعني أن إكمال الجدول ليس مجرد مسألة جمالية أو ترتيب المعلومات على ورقة. العنصر 118 هو العنصر الوحيد الذي تمتلئ مداراته s وp وd وf بالإلكترونات.

إذا تم تصنيع المزيد من العناصر، فسيتم وضعها في صف جديد تمامًا من الجدول. العنصر 119، العنصر التالي الذي من المرجح أن يتم اكتشافه (انظر الجدول في الصفحة السابقة)، سيبدأ دورة جديدة - مرة أخرى مع إلكترون واحد في أبسط نوع من المدارات، المدار s. Yosod 119 و Yosod 120 وبعد ذلك سيتم وضعهم في المركزين الأولين في الدورة الثامنة الجديدة. لكن العنصر 121 سيبدأ كتلة جديدة تمامًا من العناصر، والتي ستتضمن، على الأقل من حيث المبدأ، نوعًا جديدًا من المدارات، والتي لم يتم ملؤها حتى الآن: مدارات g. وكما في السابق، فإن النوع الجديد من المدارات سيضيف خيارات جديدة لشغل الإلكترونات، وبالتالي سيطيل الدورة ويزيد عدد الأعمدة في الجدول. ستعمل كتلة العناصر هذه على توسيع الجدول إلى 50 عمودًا (على الرغم من أن الكيميائيين قد طوروا بالفعل طرقًا أكثر اقتصادا لتنظيم مثل هذا الجدول الموسع).

مع الانتهاء من الجدول وملء جميع الصفوف فيه، يبدو أن حلم مندليف قد تحقق بالكامل. وبالفعل كان من الممكن أن يكون الأمر كذلك لولا ألبرت أينشتاين ونظريته النسبية الخاصة.

سيئة للغاية؟

ومع تقدمنا ​​في الجدول، من الأعداد الذرية المنخفضة إلى الأعلى، يزداد عدد البروتونات في النواة، وبالتالي تزداد الشحنة النووية. ومع زيادة الشحنة النووية، تزداد أيضًا سرعة الإلكترونات في المدارات الداخلية، إلى النقطة التي تبدأ فيها النسبية الخاصة في لعب دور أكثر مركزية في تفسير السلوك الكيميائي. يؤدي هذا التأثير إلى تقلص المدارات الداخلية وزيادة استقرارها. يؤدي هذا الانكماش إلى تفاعل متسلسل يؤثر على مدارات s وp الأخرى، والتي تتقلص أيضًا. من بين أمور أخرى، فإن مدارات "التكافؤ"، وهي المدارات الخارجية، التي تتحكم في الخواص الكيميائية، تتقلص أيضًا.

بشكل عام، كل هذه الظواهر، المعروفة باسم "التأثير النسبي المباشر"، تزداد مع زيادة شحنة النواة الذرية. لكن بعض التأثيرات المتنافسة تزيد الأمور تعقيدا. في حين أن التأثير النسبي المباشر يعمل على استقرار بعض المدارات، فإن هناك تأثير نسبي آخر، "غير مباشر"، يقلل من استقرار المدارات d و f. إنه نوع من الإخفاء الكهروستاتيكي الذي تعمل به الإلكترونات الموجودة في المدارات s و p لأن شحنتها الكهربائية السالبة تحيد جزئيًا الجذب الكهربائي للنواة الموجبة، كما تم قياسها بعيدًا عنها. وبالتالي، فإن الإلكترونات البعيدة عن النواة "تشعر" بجاذبية كهربائية أضعف، وليست أقوى.

نحن نعرف بعض التأثيرات النسبية على العناصر الموجودة في الحياة اليومية أيضًا. على سبيل المثال، تفسر مثل هذه التأثيرات لون الذهب (Au)، الذي يميزه عن العناصر عديمة اللون التي تحيط به في الكتلة د من الجدول الدوري، مثل الفضة (Ag) الموجودة في الجدول الذي فوقه مباشرة.

عندما يضرب فوتون ذو طول موجي مناسب ذرة فلز انتقالي من الكتلة d، فإنه يتعرض للإثارة. تمتص الذرة الفوتون وطاقته تجعل الإلكترون يقفز من المدار d إلى المدار s الموجود فوقه مباشرة. في عنصر الفضة، تكون فجوة الطاقة بين هذه المدارات كبيرة جدًا، لذا يلزم وجود فوتون في المنطقة فوق البنفسجية من الطيف لإثارة الذرة. الفوتونات الموجودة في الجزء المرئي من الطيف، والتي لها طاقة أقل، ترتد ببساطة. ولذلك فإننا نرى المعدن كمرآة مثالية تقريبًا.

وفي الذهب يعمل الانكماش النسبي فتخفض طاقة مدارات s في نفس الوقت الذي تزداد فيه طاقة مدارات d، وبالتالي تقل الفجوة بين مستويي الطاقة هذين. الآن يتطلب الإثارة طاقة أقل، وهذه المرة تتوافق تمامًا مع الفوتون الموجود في الجزء الأزرق من الطيف. وتستمر فوتونات الألوان الأخرى في التشتت، وبالتالي تتلقى أعيننا الضوء الأبيض الذي يفتقده الضوء الأزرق. ولهذا السبب نرى اللون الأصفر الذهبي المميز للذهب.

أجرى بيكا بيكو من جامعة هلسنكي وآخرون تجارب للتنبؤ ببعض التأثيرات النسبية التي تعمل على الذهب، بما في ذلك حقيقة أن ذرات الذهب قادرة على الارتباط بالذرات الأخرى بطرق جديدة ومثيرة للدهشة. والمركبات التي توقعوا الحصول عليها نتيجة لهذه التفاعلات تم اكتشافها بالفعل في النهاية. وهذا إنجاز موازٍ، إلى حدٍ ما، لإنجازات مندليف في التنبؤ بوجود العناصر الجديدة. من بين تنبؤات بيكو الناجحة هناك روابط بين الذهب وغاز الزينون النبيل (Xe)، وهو عادة عنصر غير مهم كيميائيًا بشكل لا يصدق، وروابط ثلاثية بين الذهب والكربون. ومن النجاحات الأخرى التوصل إلى جزيء كروي يتضمن ذرة واحدة من معدن التنغستن (W) و12 ذرة من الذهب، وهو يشبه جزيئات "الفوليرين" التي تحتوي على الكربون فقط، والمعروفة باسم "كرات بوكي". تتشكل هذه الفوليرينات الذهبية بشكل عفوي عندما يتم تبخير التنغستن والذهب في وجود غاز الهيليوم.

أثبتت حسابات ميكانيكا الكم النسبية أيضًا أهميتها في دراسة استخدام مجموعات الذهب كمحفزات كيميائية. يمكن لعناقيد الذهب، على سبيل المثال، تفكيك المواد السامة التي تنطلق عادة من عوادم السيارات، على الرغم من أن الذهب ككتلة معدنية معروف باختلافه الكيميائي.

مفاجآت ثقيلة للغاية

وحتى عندما تتأثر عناصر مثل الذهب بالتأثيرات النسبية، فإنها لا تحيد إلى حد كبير عن طبيعتها المتوقعة وفقا للجدول الدوري. حتى وقت قريب، كانت العناصر الحديثة تتوافق دائمًا تقريبًا مع الخصائص المتوقعة منها وفقًا لمكانها في الجدول. لكن المفاجآت الأكثر خطورة (وربما الأكثر إثارة للاهتمام) كانت تنتظر العلماء. وقد بدأت بعض الاختبارات الكيميائية للعناصر المكتشفة حديثا تظهر دلائل على ظهور تشققات خطيرة بسبب مبدأ الدورية.

يقوم الفيزيائيون النوويون بتكوين العناصر "فائقة الثقل" - العناصر التي يزيد عددها الذري عن 103 - عن طريق الاصطدامات بين النوى الثقيلة في مسرعات الجسيمات. وقد أشارت التجارب الأولى التي أجريت في التسعينيات على عنصري الرذرفورديوم (Rf, 90) والدوبنيوم (Db, 104) إلى أن هذه العناصر لا تمتلك الخصائص المتوقعة منها حسب أماكنها في الجدول الدوري. على سبيل المثال، وجد كين تشيروينسكي وزملاؤه في جامعة كاليفورنيا في بيركلي أن الرذرفورديوم يتفاعل في المحلول بطريقة مشابهة للبلوتونيوم (Pu)، وهو عنصر بعيد عنه في الجدول الدوري. وبالمثل أظهر الدبنيوم أيضًا علامات سلوك كيميائي مشابهة لعنصر البروتكتينيوم (Pa) البعيد عنه. وفقًا لمبدأ الدورية، كان من المفترض أن يتصرف هذان العنصران بشكل مشابه للعنصرين الموجودين فوقهما مباشرةً في الجدول الدوري، مثل الهافنيوم (Hf) والتنتالوم (Ta).

وفي عمل لاحق، نجح العلماء في تصنيع عناصر جديدة فائقة الثقل بكميات صغيرة فقط: كان اكتشاف العنصر 117 يعتمد على مراقبة ست ذرات فقط. تميل العناصر فائقة الثقل أيضًا إلى أن تكون غير مستقرة جدًا وتتحلل إلى عناصر أخف في أجزاء من الثانية. وعادةً كل ما يبقى للخبراء هو فحص بقايا هذا الاضمحلال النووي ويستنتجون منها معلومات عن فيزياء وكيمياء هذه الذرات. في هذه الحالة، فإن دراسة الخواص الكيميائية لهذه العناصر باستخدام الكيمياء التقليدية "الرطبة"، أي وضع المادة في أنبوب اختبار ومراقبة تفاعلاتها مع المواد الأخرى، أمر غير وارد. ومع ذلك، فقد وجد العلماء طرقًا متطورة لدراسة كيمياء هذه العناصر ذرةً بعد ذرة.

وكانت التجارب الكيميائية التي أجريت على العنصرين التاليين مخيبة للآمال إلى حد ما مقارنة بتلك التي أجريت على العنصرين 104 و105. يبدو أن سايبورجيوم (Sg, 106) وبوريوم (Bh, 107) تصرفا تمامًا كما تنبأ مندليف. أدى هذا بالعلماء إلى ابتكار أسماء لأوراقهم البحثية مثل "Cyborgium الدنيوي بشكل لا يصدق" و"Boehrium الممل". ولذلك يبدو أن مبدأ الدورية يعود إلى الساحة.

وفي حالة العنصر 112، حاول الكيميائيون والفيزيائيون تقييم ما إذا كان العنصر يتصرف مثل الزئبق (Hg) الذي يقع فوقه مباشرة في الجدول الدوري، أو مثل غاز الرادون النبيل (Rn)، كما تتوقع بعض الحسابات النسبية. وفي مثل هذه التجارب، تقوم فرق البحث بتركيب ذرات العنصر 112، إلى جانب بعض النظائر الثقيلة من الزئبق والرادون. (على الرغم من وجود الزئبق والرادون في الطبيعة بكميات كبيرة، إلا أن الباحثين يفضلون استخدام النظائر الاصطناعية لأنها يمكن أن تنتجهما تحت نفس الظروف تمامًا التي تنتج بها العناصر الثقيلة، بدلاً من الاعتماد على البيانات المستندة إلى الخصائص العيانية للعناصر الأخف وزنًا، وأكثر العناصر المشتركة.)

وبعد استخراج الذرات، يسمح لها المجربون بالاستقرار على سطح عند درجة حرارة منخفضة جدًا ومغطى جزئيًا بالذهب وجزئيًا بالجليد. إذا كان العنصر 112 يتصرف مثل المعدن (أي مثل الزئبق) فسوف يرتبط بالذهب، ولكن إذا كان أشبه بغاز الرادون النبيل، فإنه يفضل أن يغوص على سطح الجليد. وحتى الآن، حصلت المختبرات المختلفة على نتائج مختلفة، وبالتالي فإن المسألة لا تزال بعيدة عن التسوية.

ولا تزال تأثيرات النسبية على العنصر 114 غير معروفة أيضًا. وتشير النتائج الأولى التي أعلن عنها روبرت إيشلر وفريقه من معهد بول شيرير في سويسرا إلى بعض المفاجآت الحقيقية في هذه الحالة، نظرا للتناقض الواضح مع النظرية.

ومن المتوقع بالطبع إضافات جديدة إلى الجدول الدوري، كما أن دراسة كيمياء هذه العناصر ستساعد في توضيح الأمر. والسؤال الأكثر عمومية هو ما إذا كانت هناك نهاية للجدول الدوري على الإطلاق. ينص الإجماع الساحق على أنه عندما يصبح عدد البروتونات كبيرًا جدًا، فإن النوى لن تتشكل حتى في غمضة عين. لكن الآراء تختلف حول مسألة أين ستنتهي الأسس الجديدة. في الحسابات التي تفترض أن النواة تشبه النقطة، يبدو أن الحد هو عند العنصر 137. ويقدر خبراء آخرون أخذوا في الاعتبار حجم النواة أن العنصر الأخير سيكون له عدد ذري ​​172 أو 173.

لا يزال من غير الواضح ما إذا كان المبدأ القائل بأن العناصر الموجودة في نفس العمود في الجدول الدوري تتصرف بشكل مشابه لبعضها البعض ينطبق أيضًا على الذرات الثقيلة جدًا. ليس لهذا السؤال أهمية عملية كبيرة، على الأقل في المستقبل المنظور. لن يؤثر فقدان الجدول الدوري للقدرة التنبؤية في منطقة العناصر فائقة الثقل على فائدته في بقية الجدول. لن يتمكن الكيميائي العادي أبدًا من اللعب بأي من العناصر ذات العدد الذري الأعلى. نواتها غير مستقرة لدرجة أنها بعد تكوينها تتلاشى في غمضة عين إلى عناصر أخف.

ومع ذلك، فإن تأثيرات النسبية الخاصة تذهب إلى قلب الكيمياء كمجال علمي. فإذا فقد مبدأ الدورية قوته، ستصبح الكيمياء أكثر اعتماداً على الفيزياء. إذا تم الحفاظ على هذا المبدأ، فإن هذا سيساعد المجال على الحفاظ على درجة معينة من الاستقلال. وفي هذه الأثناء، ربما ينبغي لروح مندليف أن تجلس وتتعجب من نجاح أكثر بنات أفكاره المحبوبة.

______________________________________________________________________________________________

عن المؤلف

إريك سكري هو مؤرخ وفيلسوف في الكيمياء بجامعة كاليفورنيا، لوس أنجلوس (UCLA). حصل على درجة الدكتوراه من كلية كينجز بجامعة لندن، وهو عازف جيتار بارع في موسيقى البلوز. كتابه الأخير هو "قصة العناصر السبعة" (مطبعة جامعة أكسفورد، 2013).

مستقبل الجدول الدوري

خزانة العجائب الكيميائية دائمة التوسع

ينظم الجدول الدوري العناصر وفقا للأنماط المتكررة في خواصها الكيميائية. يتم تحديد هذه الخصائص من خلال المدارات التي تحيط فيها الإلكترونات الموجودة في الذرة بالنواة، أو "المدارات"، وخاصة الإلكترونات الموجودة في المدارات الخارجية. مع زيادة الأعداد الذرية، تتغير المدارات الخارجية بشكل دوري. على سبيل المثال، العناصر من 5 إلى 10 لها إلكترونات في مدارات p الخارجية، ويتكرر هذا في العناصر من 13 إلى 18. لذلك يتم تضمين كل هذه العناصر في نفس الكتلة: "p block" (باللون الأزرق).

صديق جديد، كتلة جديدة

يسمى الجدول الدوري بالشكل الموضح هنا جدول جينا ذو الخطوة اليسرى، والذي سمي على اسم تشارلز جينا. وستكون خلاصته مليئة باكتشافات العنصرين 119 و120، اللذين ستكون إلكتروناتهما الخارجية في مدارات s. سيكون العنصر 121 هو العنصر الأول الذي ستشغل فيه الإلكترونات عائلة جديدة من المدارات، من النوع g، وبالتالي سيتم وضعها في كتلة جديدة تمامًا (أسفل اليسار).

هياكل المثال: في الليثيوم (Li)، ثلاثة إلكترونات (غير مرسومة) تشغل مدارين من النوع s. في الحفرة (B)، تشغل أربعة إلكترونات مدارين s ويشغل إلكترون واحد مدارًا خارجيًا واحدًا.

كل دورتين، أي كل صفين في الجدول، يتم ملؤها عائلة جديدة من المدارات بالإلكترونات. على اليمين أمثلة على الأشكال المدارية، واحد من كل نوع.

باختصار

اكتشاف العنصر 117 أكمل لأول مرة الجدول الدوري كما نعرفه، على الأقل حتى تجبر الاكتشافات الجديدة الكيميائيين على توسيعه وإضافة صف جديد.

ومع ذلك، فإن السلوك الكيميائي لبعض الإضافات الحديثة قد ينحرف عن سلوك العناصر الموجودة في نفس العمود ويكسر مبدأ الدورية الذي حدد الجدول لمدة 150 عامًا.

السلوك المثير للدهشة ربما ينبع من التأثيرات التي تفسرها النظرية النسبية الخاصة، والتي تسبب، من بين أمور أخرى، تقلص مدارات بعض الإلكترونات في الذرة.

ويواصل الفيزيائيون النوويون بحثهم إنتاج عناصر جديدة، بما في ذلك الإلكترونات في أنواع جديدة من المدارات، وفهم كيمياءها بناءً على دراسة حفنة من الذرات قصيرة العمر.

والمزيد حول هذا الموضوع

• الجدول الدوري قصته وأهميته. إريك سكري. مطبعة جامعة أكسفورد، 2007.
• جدول دوري مقترح يصل إلى Z ≥ 172، بناءً على حسابات Dirac-Fock على الذرات والأيونات. بيكا بيككو في الكيمياء الفيزيائية، المجلد. 13، لا. 1، الصفحات 161-168؛ 2011.
• مقدمة قصيرة جدًا للجدول الدوري. إريك سكري. مطبعة جامعة أكسفورد، 2011.
• ساينتفيك أمريكان أون لاين شاهد عرض شرائح للأشكال العديدة التي اتخذها الجدول الدوري عبر التاريخ، بالإضافة إلى المزيد من محتوى الوسائط المتعددة، على موقع ScientificAmerican.com/jun2013/periodic-table

تم نشر المقال بإذن من مجلة ساينتفيك أمريكان إسرائيل