كيف ترتبط إلكترونات التكافؤ للعنصر بمجموعتها في الجدول الدوري؟

في عام 1869 نشر ديمتري مندليف ورقة بعنوان "حول علاقة خصائص العناصر بأوزانها الذرية". في تلك الورقة هو أنتجت ترتيبًا منظمًا للعناصر ، مع إدراجها حسب ترتيب زيادة الوزن وترتيبها في مجموعات بناءً على مادة كيميائية مماثلة الخصائص. على الرغم من بقاء عدة عقود قبل اكتشاف تفاصيل التركيب الذري ، إلا أن جدول مندليف نظم بالفعل العناصر من حيث التكافؤ.

في زمن مندليف ، كان يُعتقد أن الذرات كيانات فريدة وغير قابلة للتجزئة. كان بعضها أثقل من البعض الآخر ، وبدا من المعقول ترتيب العناصر عن طريق زيادة الوزن. هناك نوعان من المشاكل مع هذا النهج. أولاً ، قياس الوزن مهمة صعبة ، والعديد من الأوزان المقبولة في أيام مندليف لم تكن صحيحة. ثانيًا ، اتضح أن الوزن الذري ليس هو المعيار المناسب حقًا. تضع الجداول الدورية اليوم العناصر بالترتيب من حيث عددها الذري ، وهو عدد البروتونات في النواة. في زمن مندليف ، لم تكن البروتونات قد تم اكتشافها بعد.

كتب منديليف أن "الترتيب وفقًا للوزن الذري يتوافق مع تكافؤ العنصر وإلى حد ما الفرق في السلوك الكيميائي. "التكافؤ ، في فهم مندليف ، كان مؤشرًا على قدرة عنصر ما على الاندماج مع غيره عناصر. جمع مندليف ترتيب الوزن الذري مع التكافؤ المشترك لتنظيم العناصر في جدول. أي أنه قام بتنظيم العناصر في مجموعات وفقًا لخصائصها الكيميائية. نظرًا لأن هذه الخصائص تتكرر في كثير من الأحيان ، كانت النتيجة جدولًا دوريًا يحتوي فيه كل عمود رأسي ، يسمى مجموعة ، على عناصر بخصائص متشابهة ، وكل صف أفقي ، يسمى فترة ، يرتب العناصر حسب الوزن ، ويزيد من اليسار إلى اليمين ومن أعلى إلى الأسفل.

بعد حوالي 50 عامًا من أول جدول دوري لمندليف ، اكتشف العلماء أن الذرة قد بنيت حول نواة بها بروتونات موجبة الشحنة ونيوترونات متعادلة - وكلاهما نسبي ثقيل. النواة موجبة الشحنة محاطة بسحابة من الإلكترونات سالبة الشحنة. عدد البروتونات - ويسمى أيضًا العدد الذري - يطابق عادةً عدد الإلكترونات. اتضح أن عدد إلكترونات عنصر ما يحدد إلى حد كبير خواصه الكيميائية. لذا فإن الترتيب الصحيح في الجدول الدوري يتحدد بعدد الإلكترونات وليس بالوزن كما اقترح مندليف في الأصل.

يتم ترتيب الإلكترونات الموجودة في السحابة المحيطة بنواة العنصر في طبقات تسمى أصداف. كل غلاف يحتوي على عدد محدد من الإلكترونات التي يمكنه الاحتفاظ بها. عندما يتم ملء كل غلاف ، يتم إضافة غلاف جديد حتى يتم حساب جميع الإلكترونات. تسمى الإلكترونات الموجودة في الغلاف الخارجي بإلكترونات التكافؤ ، لأن تفاعلاتها هي التي تحدد الخصائص الكيميائية للعنصر. تبين أن الأعمدة التي تم إعدادها لتجميع العناصر حسب الخصائص الكيميائية المتشابهة هي نفس الأعمدة المحددة بواسطة عدد إلكترونات التكافؤ. تحتوي العناصر في المجموعة 1A على إلكترون تكافؤ واحد فقط ، ويضيف كل عمود من المجموعة A إلى اليمين إلكترون تكافؤ واحد آخر. يصبح التنظيم غامضًا بعض الشيء مع عناصر المجموعة ب ، ولكن يتم تجميع كل منها أيضًا حسب عدد إلكترونات التكافؤ.