הטבלה המחזורית

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
אחת הצורות של הטבלה המחזורית של מנדלייב, בספרו עקרונות הכימיה משנת 1870 (בתמונה תרגום לאנגלית משנת 1891). בעמודה הימנית ה"מחזור" של היסדות, כיום ידוע שמספר המחזור של מנדלייב קשור למספרי אורביטלים אטומיים.

הטבלה המחזורית או המערכה המחזורית, המכונה טבלת מנדלייב, היא שיטת מיון (טקסונומיה) שהוצעה לראשונה על ידי הכימאי הרוסי דמיטרי מנדלייב ב-1869, ומציגה את כל היסודות לפי המספר האטומי והסמל הכימי של האטומים שלהם. מנדלייב גילה מחזוריות בתכונות הכימיות של היסודות, כאשר הם מסודרים מן הקל אל הכבד. בעת שנבנתה הטבלה המספרים האטומיים היו לא יותר ממספרים סידוריים שניתנו ליסודות על-פי המשקל שלהם, אך 70 שנה מאוחר יותר פותחה תאוריה שהסבירה את הקשר בין המספר האטומי למבנה הפנימי של אטומי היסודות.

בתקופה שבה הציע מנדלייב את שיטתו הוצעו גם שיטות מיון אחרות. טבלת מנדלייב נחשבת לשיטה המוצלחת ביותר, שכן הניבויים שלה הם המדויקים ביותר. מנדלייב, באמצעות הטבלה שבנה, הניח את התשתית לתאוריית מבנה האטום. הוא הצליח למצוא קשר בין צפיפות היסודות לאופי התגובה שלהם בתהליכים כימיים. את הגילוי הזה הוא ניצל לפיתוח מודל מתמטי שמאפשר ניבוי של תכונות היסודות על פי צפיפותם. יסודות בולטים שהטבלה של מנדלייב ניבאה הם סקנדיום, גליום וגרמניום, שלא היו ידועים בעת שנערכה, והתאימו במדויק למקומות החסרים בטבלה, ולתכונות המצופות לפי המקום.

מבנה הטבלה[עריכת קוד מקור | עריכה]

היסודות בטבלה המחזורית מסודרים בצורה מיוחדת, התואמת את סידור האלקטרונים שלהם (הקונפיגורציה האלקטרונית), ומכאן - את תכונותיהם הכימיות:

  • כל אחת מהשורות נקראת מחזור, המחזור הראשון (העליון) מכיל רק שני יסודות (הליום ומימן) המחזיקים במספרים האטומיים 1 ו-2.
  • ליסודות הנמצאים באותה שורה יש מספר זהה של קליפות אלקטרונים, הנעים במסלולים ובצורות שונות, תלוי ברמת האנרגיה, במגנטיות ובגודל שלהם, כשהקליפה החיצונית של היסודות בקצה השמאלי של הטבלה מכילה אלקטרון בודד, ואילו זו של היסודות בקצה הימני מכילה 8 אלקטרונים (המספר המקסימלי האפשרי; כלומר, קליפתם מלאה לגמרי באלקטרונים). לדוגמה, ליתיום ונאון מכילים שניהם שתי קליפות אלקטרונים, כיוון ששניהם מצויים בשורה השנייה של הטבלה; הקליפה החיצונית של ליתיום מכילה אלקטרון אחד, וזו של נאון - 8 אלקטרונים. (יוצאת דופן היא השורה הראשונה, בה להליום, היסוד האחרון בשורה, רק שני אלקטרונים).
  • ליסודות הנמצאים באותו הטור (מכונה בהקשר זה קבוצה) יש מספר זהה של אלקטרונים בקליפה החיצונית. היות שלמספר האלקטרונים בקליפה החיצונית השפעה מכרעת על התכונות הכימיות של היסוד, מגלים כל היסודות באותו הטור תכונות כימיות דומות ומהווים ברוב המקרים קבוצה מוגדרת בעלת שם (הלוגנים, מתכות אלקליות ועוד). לכלל זה (בנוגע למספר האלקטרונים בקליפה החיצונית) יש יוצאים מן הכלל במתכות המעבר.

לטבלת מנדלייב כמה חסרונות, העיקרי שבהם הוא הקושי לתאר באמצעותה את תכונותיהן של מתכות המעבר. חלק ניכר ממתכות המעבר מובאות כנספח לטבלה, משום שאין אפשרות לכלול אותן בתוכה. כמו כן היסוד מימן מופיע על-פי הטבלה בטור שאינו מתאים לו מבחינת תכונותיו.


קבוצה ← 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
מחזור
1 2
He

1
H
2 10
Ne
9
F
8
O
7
N
6
C
5
B

4
Be
3
Li
3 18
Ar
17
Cl
16
S
15
P
14
Si
13
Al

12
Mg
11
Na
4 36
Kr
35
Br
34
Se
33
As
32
Ge
31
Ga
30
Zn
29
Cu
28
Ni
27
Co
26
Fe
25
Mn
24
Cr
23
V
22
Ti
21
Sc
20
Ca
19
K
5 54
Xe
53
I
52
Te
51
Sb
50
Sn
49
In
48
Cd
47
Ag
46
Pd
45
Rh
44
Ru
43
Tc
42
Mo
41
Nb
40
Zr
39
Y
38
Sr
37
Rb
6 86
Rn
85
At
84
Po
83
Bi
82
Pb
81
Tl
80
Hg
79
Au
78
Pt
77
Ir
76
Os
75
Re
74
W
73
Ta
72
Hf
* 56
Ba
55
Cs
7 118
Uuo
117
Uus
116
Lv
115
Uup
114
Fl
113
Uut
112
Cn
111
Rg
110
Ds
109
Mt
108
Hs
107
Bh
106
Sg
105
Db
104
Rf
** 88
Ra
87
Fr

* לנתנידים: 71
Lu
70
Yb
69
Tm
68
Er
67
Ho
66
Dy
65
Tb
64
Gd
63
Eu
62
Sm
61
Pm
60
Nd
59
Pr
58
Ce
57
La

** אקטינידים: 103
Lr
102
No
101
Md
100
Fm
99
Es
98
Cf
97
Bk
96
Cm
95
Am
94
Pu
93
Np
92
U
91
Pa
90
Th
89
Ac

סדרות כימיות בטבלה המחזורית
מתכות אלקליות מתכות אלקאלי-עפרוריות אקטינידים לנתנידים מתכות מעבר
מתכות מעבר עמידות מתכות למחצה יסודות אל-מתכתיים הלוגנים גזים אציליים


קידוד צבעים למספרים האטומיים:
שחור - יסודות מוצקים בטמפרטורת החדר; כחול - נוזליים, אדום - גזיים. אפור - לא ידוע.
מסומנים בקווקוו תכול - יסודות שאינם מופיעים בטבע והופקו באופן מלאכותי בלבד, רובם מוצקים בטמפרטורת החדר, פרט לקופרניקיום (יסוד מספר 112) ואונונאוקטיום (יסוד מספר 118).

חלוקות שונות של הטבלה המחזורית[עריכת קוד מקור | עריכה]

מלבד הטבלה המחזורית הרגילה, שבה היסודות מחולקים לפי מחזור, קבוצה וסוג, ניתן לחלק את היסודות הכימיים לקבוצות אחרות:

לפי מתכות, אל-מתכות ומתכות למחצה[עריכת קוד מקור | עריכה]

אחת החלוקות החשובות של הטבלה המחזורית היא לשלוש קבוצות:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 קבוצה
מחזור
‏1
H

‏2
He
1
‏3
Li
‏4
Be

‏5
B
‏6
C
‏7
N
‏8
O
‏9
F
‏10
Ne
2
‏11
Na
‏12
Mg

‏13
Al
‏14
Si
‏15
P
‏16
S
‏17
Cl
‏18
Ar
3
‏19
K
‏20
Ca
‏21
Sc
‏22
Ti
‏23
V
‏24
Cr
‏25
Mn
‏26
Fe
‏27
Co
‏28
Ni
‏29
Cu
‏30
Zn
‏31
Ga
‏32
Ge
‏33
As
‏34
Se
‏35
Br
‏36
Kr
4
‏37
Rb
‏38
Sr
‏39
Y
‏40
Zr
‏41
Nb
‏42
Mo
‏43
Tc
‏44
Ru
‏45
Rh
‏46
Pd
‏47
Ag
‏48
Cd
‏49
In
‏50
Sn
‏51
Sb
‏52
Te
‏53
I
‏54
Xe
5
‏55
Cs
‏56
Ba
*
‏72
Hf
‏73
Ta
‏74
W
‏75
Re
‏76
Os
‏77
Ir
‏78
Pt
‏79
Au
‏80
Hg
‏81
Tl
‏82
Pb
‏83
Bi
‏84
Po
‏85
At
‏86
Rn
6
‏87
 Fr‏ ‏
‏88
Ra
**
‏104
Rf
‏105
Db
‏106
Sg
‏107
Bh
‏108
Hs
‏109
Mt
‏110
Ds
‏111
Rg
‏112
Cn
‏113
Uut
‏114
Fl
‏115
Uup
‏116
Lv
‏117
Uus
‏118
Uuo
7

* לנתנידים ‏57
La
‏58
Ce
‏59
Pr
‏60
Nd
‏61
Pm
‏62
Sm
‏63
Eu
‏64
Gd
‏65
Tb
‏66
Dy
‏67
Ho
‏68
Er
‏69
Tm
‏70
Yb
‏71
Lu
** אקטינידים ‏89
Ac
‏90
Th
‏91
Pa
‏92
U
‏93
Np
‏94
Pu
‏95
Am
‏96
Cm
‏97
Bk
‏98
Cf
‏99
Es
‏100
Fm
‏101
Md
‏102
No
‏103
Lr
מקרא צבעים
מתכות מתכות למחצה יסודות אל-מתכתיים

לפי בלוקים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הטבלה המחזורית מחולקת לבלוקים
Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – אורביטל אטומי

האלקטרונים באטום מסודרים בקליפות, על פי תורת הקוונטים. הקליפות מציינות באופן מקורב את האנרגיה של האלקטרונים בהן ואת המרחק מהגרעין. בממוצע, בקליפה בעלת אנרגיה גבוהה יותר האלקטרונים רחוקים יותר מהגרעין. הקליפות מסומנות במספרים: 1, 2,... וכן הלאה. הקליפות עצמן מחולקות לאורביטלים אטומיים לפי התנע הזוויתי של האלקטרונים בהן. האורביטלים מסומנים באותיות: s,‏ p, ‏d,‏ f. אורביטלים שונים מציינים אנרגיה שונה: אורביטל s הוא בעל האנרגיה הנמוכה ביותר, אחריו p, וכן הלאה.

האלקטרונים באטום נמצאים באורביטל בעל האנרגיה הנמוכה ביותר, וכשהיא מתמלאת הם ממלאים את הרמה הבאה. מכאן נגזר גם המבנה של הטבלה המחזורית, והבלוקים הצבעוניים באיור.

קליפה s יכולה להכיל 2 אלקטרונים, ולכן שני היסודות הראשונים בכל שורה משויכים אליה (שורה ראשונה מתאימה לקליפה 1s שורה שנייה 2s וכן הלאה). קליפה p יכולה להכיל עד ששה אלקטרונים, ומכילה את ששת הטורים האחרונים (13-18). קליפה d מכילה עד 10 אלקטרונים ומשויכות אליה מתכות המעבר. קליפה f מכילה עד 14 אלקטרונים ומכילה את הלנתנידים והאקטינידים.

שם ומסה אטומית[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – איזוטופ

המספר של יסוד בטבלה המחזורית נקרא המספר האטומי, והוא מציין את מספר הפרוטונים שבגרעין. מספר זה קובע את סוג האטום, לדוגמה לחמצן 8 פרוטונים בגרעינו.

בנוסף לפרוטונים נמצאים בגרעין נייטרונים, אשר אינם משפיעים על התכונות הכימיות של האטום אך משפיעים על מסתו ועל התכונות הגרעיניות שלו. אטומים בעלי אותו מספר אטומי אך מסה אטומית שונה נקראים איזוטופים שונים של אותו יסוד, והם נבדלים זה מזה רק במספר הנייטרונים.

מסת הנייטרונים שווה בקירוב למסת הפרוטונים. המסה האטומית היא המסה של האטום, הנמדדת ביחידות מסה אטומיות (amu), ושווה בקירוב למסת הפרוטונים ועוד הנייטרונים.

יסוד יסומן עם שמו והמסה האטומית שלו, לדוגמה האיזוטופ הנפוץ של ברזל יסומן כ-56Fe. מספרו האטומי 26, ומסתו המדויקת 55.935amu, הקרובה למספר הפרוטונים ועוד הנייטרונים (56).

גודל דומה למסה האטומית הוא מסה אטומית יחסית, שהיא המסה של היסוד משוקללת כפי שהוא מצוי בטבע, כלומר תערובת של איזוטופים שונים של היסוד על פי תפוצתם. גודל זה יחסי למסה מולרית, שהיא המסה של מול אחד של אטומים (‎6.022×1023‎ אטומים) של אותו יסוד כפי שהוא מצוי בטבע, ונמדדת בגרמים. המסה המולרית בגרמים שווה, על פי ההגדרה, למסה האטומית היחסית ביחידות מסה אטומית.

עם לנתנידים ואקטינידים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

לקריאה נוספת[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]