مجموعات العناصر التي يتألف منها “الجدول الدوري”

1٬135 3 دقائق

1996 معالجة مياه الفضلات الصناعية

أ.د أحمد فيصل أصفري

KFAS

قام ماندلييف، ومن بعده موزلي، بترتيب العناصر الموجودة في الطبيعة بصورة دورية، تبعاً للتدرج في أعدادها الذرية (أي عدد البروتونات الموجودة في نواة كل عنصر)، بحيث تقع العناصر المتشابهة تحت بعضها البعض في أعمدة أو مجموعات أو فصائل أو عائلات.

بينما تقع العناصر الموجودة بجانب بعضها أفقياً في دورات، وقد دعي هذا الجدول بالجدول الدوري. من مزايا هذا الجدول، أنه يتماشى مع تكافؤ العناصر.

يمثل الشكل (أ – 5) الجدول الدوري للعناصر والذي يضم (105) عناصر تقع في سبع مجموعات، بالإضافة إلى مجموعة الصفر، أو مجموعة الغازات الخاملة، نشرحها بإيجاز فيما يلي:

1- الهيدروجين H-H:

وهو جزيء ثنائي الذرية، وأخف العناصر على الإطلاق. يسلك سلوك الفلزات باتحاده مع اللافلزات (كبريت الهيدروجين H₂S، كلورايد الهيدروجين HCl، حمض الكربونيك H₂CO₃، حمض النتريك HNO₃). كما يسلك سلوك اللافلزات باتحاده مع الفلزات، كما في هايدرايد الصوديوم NaOH، وهايدرايد الكالسيوم CaH₂، وهايدرايد الألمنيوم الصوديومي NaAlH₄.

2- المجموعة الأولى (IA) أو عائلة المعادن القلوية

تضم عناصر (الليثيوم – الصوديوم – البوتاسيوم – الروبيديوم – السيزيوم – الفرانسيوم). تحوي ذراتها الكتروناً واحداً. أهم ما تتصف به هذه المجموعة، هو تشكيل ماءات (هيدروكسيد)، شديدة القلوية، ووضوح صفاتها المعدنية وخواصها المرجِعة.

معظم مركباتها ذات بنية أيونية (1+)، وعناصرها ذات حجم ذري كبير، قليلة الكثافة، ودرجات انصهارها منخفضة.

وجميعها فلزات نشطة كيميائياً، ولا توجد بشكل حر في الطبيعة. يمكن الحصول عليها بالتحليل الكهربائي لمحاليلها أو لمصاهير أملاحها:

ومع الهالوجينات لتعطي الهاليدات:

ومع النتروجين لتعطي النتريدات:

ومع الكربون لتعطي الكاربيدات:

ومع الهيدروجين لتعطي الهايدرايدات:

ومع الكبريت لتعطي السلفايد:

كما تتفاعل مع أكاسيد القلويات، ونتريداتها، وكاربيداتها، وهيدرايداتها مع الماء لتعطي الهيدروكسايدات المناظرة:

3- المجموعة الثانية (IIA) أو مجموعة المعادن القلوية الترابية

تضم عناصر، (البريليوم – المغنيزيوم – الكالسيوم – السترونسيوم – الباريوم – الراديوم).

تشكل مركبات تأخذ فيها درجة الأكسدة + 2 أي تكافؤها ثنائي موجب، وتحوي ذراتها الكترونين في طبقتها الخارجية.

وهي فلزات عالية درجة الانصهار، وتوجد بوفرة في الطبيعة في عدة خامات، أهمها كربونات الكالسيوم.

من المركبات القلوية الترابية الهامة:

– الماءات أو الهيدروكسايدات (عملية الإطفاء):

– الكبريتات:

– الكربونات:

تتفاعل مع الماء، فتطلق الهيدروجين، والهيدروكسايد المناظر:

هذه المركبات غير ثابتة، تتفاعل مع الماء، لتكون الهيدروكسايدات المناظرة:

عند وجود أيونات الكالسيوم أو المغنيزيوم في الماء، تضفي عليه خاصة رديئة هي العسارة التي توجد على نوعين:

– عسارة مؤقتة، ويتم التخلص منها بغلي الماء، فتتحول البيكاربونات الذائبة إلى كربونات غير ذائبة:

– عسارة دائمة، ويتم التخلص منها بإضافة، كربونات الصوديوم (صودا الغسيل) إلى الماء العسِر، فتترسب أيونات الكالسيوم:

4- مجموعة العناصر الانتقالية:

وهي كافة العناصر الموجودة بين المجموعتين (II A) و (III A).

وتعد مجموعاتها فصائل ثانوية، لتمييزها عن الفصائل النموذجية، حيث يضاف الحرف B إلى الرقم المميز لكل مجموعة أو فصيلة ثانوية.

تحتوي عناصر هذه المجموعات على ثلاثة الكترونات في طبقاتها الخارجية. عدد هذه المجموعات عشرة، تبدأ في الدور الرابع بالسكانديوم، وتنتهي في الدور السادس بالزئبق، وتسمى كل فصيلة باسم العنصر في الدور الأعلى الذي تبدأ به.

جميع العناصر الانتقالية معادن، ويمكن لها أن تشكل مركبات عدة بدرجات أكسدة مختلفة. من بينها مجموعة الفلزات النقودية، ذات الحجم الذري الصغير، والكثافة الكبيرة، ودرجات الانصهار العالية. كلها فلزات ذات نشاط كيميائي ضئيل. تكافؤها أحادي موجب، وبعضها ثنائي موجب أو ثلاثي موجب.

5- المجموعة الثالثة (III A):

تضم عناصر، (البورون – الألمنيوم – الغاليوم – الأنديوم – الثاليوم). يبدأ في هذه الفصيلة الانتقال من الخاصة المعدنية إلى الخاصة اللامعدنية.

6- المجموعة الرابعة (IV A):

تضم عناصر (الكربون – السيليكون – الجرمانيوم – القصدير – الرصاص). يظهر في هذه المجموعة بوضوح الانتقال من الصفة الحمضية إلى الصفة القاعدية من أعلى إلى أسفل المجموعة، تحوي عناصر هذه المجموعة أربعة إلكترونات في داراتها الخارجية.

منها فلزات، ولا فلزات، وأشباه فلزات. تتميز بمقدرتها على الارتباط بنفسها وبغيرها، عن طريق الرابطة المشتركة. من هذه المجموعة ما هو ذو تكافؤ ثنائي أو رباعي (+2، +4). لأفراد هذه المجموعة استخدامات مهمة، ومتعددة في الصناعة.

7- المجموعة الخامسة (V A):

تضم عناصر (النتروجين – الفوسفور – الزرنيخ – الانتموان – البزموت). تحوي ذرات عناصر هذه المجموعة خمسة الكترونات في طبقتها الخارجية، ويظهر فيها انتقال تام من الخواص اللامعدنية إلى الخواص المعدنية بازدياد العدد الذري، أو الوزن الذري لعناصرها.

8- المجموعة السادسة (VI A):

تضم عناصر (الأوكجسين – الكبريت – السيلينيوم – التللوريوم – البولونيوم)، وهي من العناصر اللامعدنية.

9- المجموعة السابعة أو مجموعة الهالوجينات (VII A) أو مولدات الأملاح:

تضم عناصر (الفلور – الكلور – البروم – اليود – الاستاتين). وهي عناصر ذات كهرسلبية عالية، وتجنح إلى أخذ درجات أكسدة سالبة.

تحوي ذرات هذه العناصر سبعة إلكترونات في داراتها الخارجية، وهي كلها لافلزات (لا معادن). عناصر هذه المجموعة سامة جداً، وتوجد على هيئة جزيئات ثنائية الذرات.

تكافؤها بشكل عام أحادي سالب ()، ويمكن أن يكون لها تكافؤات موجبة (+3، +5، +7). الهالوجينات نشطة كيميائياً، لكن نشاطها يتضاءل بازدياد أعدادها الذرية.

تتحد مع الهيدروجين، كما أنها تذوب في الماء مكونة أحماضاً، كما تتحد مع الأوكسجين معطية الأحماض الأوكسي هالوجينية.

كذلك تتحد مع اللافلزات (الفوسفور، الكبريت …) منتجة هالوجينات لا فلزية، وتتحد مع الفلزات (الصوديوم، الفضة) منتجة هاليدات الفلزات المناظرة. تعد الهالوجينات عوامل مؤكسدة فعالة ويعتبر الفلور أقواها.

تذوب الهالوجينات في الماء معطية الأحماض المناظرة: