مقدمه

کمتر کسي است که با جدول تناوبي مندليف در دروس شيمي آشنايي نداشته باشد و حداقل نام اين جدول را شنيده و ديده است. اين جدول به شيميدانان تا کنون کمک هاي شاياياني کرده است ، زيرا همه عناصر موجود و کشف شده ، وزن و نوع خاصشان توسط دانشمند مشهور روسي ، ديميتري ايوانويچ مندليف طبقه بندي شده است. اين دانشمند برجسته توانست با تبحر کافي در شيمي به خواص عناصر مختلف دست يابد و آن ها را به همگان معرفي کند. در اين مقاله به زندگي پر فراز و نشيب اين شيميدان اشاره مي کنيم تا اطلاع کامل در زمينه نحوه زندگي و تلاش هاي مستمر او به دست آوريد.

تولد مندليف

ديميتري اوانوويچ مندليف (Mandaliev) ، زير و رو کننده علم شيمي و فرزند يکي از مديران مدرسه محلي ، در 7 فوريه 1834 در شهر توبولسک واقع در روسيه متولد شد.

کودکي يک يتيم

ديميتري ايوانويچ در هفت فوريه سال 1834 در شهر تويولسک سيبيري در يک خانواده متوسط و پرجمعيت چشم به جهان گشود. او چهاردهمين فرزند خانواده مندليف به شمار مي رود. پدرش ايوان مدير يکي از مدارس محلي بود و مادرش ماريا در کارگاه شيشه گري که از پدرش به ارث برده بود کار مي کرد تا بتوند کمک خرج شوهرش باشد. پدربزرگ ايوانويچ نير مسئول اولين روزنامه محلي در سيبري بود. ديميتري ايوانويچ زندگي خوب و آرامي داشت تا اين که پدرش را بر اثر يک بيماري قلبي از دست داد و يتيم شد. از آن به بعد اندوه و نااميدي فضاي خانه را پر کرده و ايوانويچ که پنج سال بيشتر نداشت در غم از دست دادن پدر افسرده شد. مادر بيشتر کار کرد تا هزينه خانواده پر جمعيتش را درآورد . او شبانه روز در کارگاه شيشه گري مشغول ساخت انواع ظروف بلوري بود تا بچه هايش در آسايش زندگي کنند و به تحصيل بپردازند. ديميتري ايوانويچ به مدرسه توپولسک رفت و استعداد درخشان خود را در زمينه رياضي و فيزيک به معلمان خود نشان داد. عصر ها بعد از اتمام مدرسه به کارگاه نزد مادرش مي رفت و او را در شيشه گري کمک مي کرد. دايي اش بسارگين راهنما و دوست خوبي براي ديميتري بود. وقتي ديميتري پا به 14 سالگي گذاشت مادرش به او قول داد که وي را به مدرسه سن پترزبورگ براي ادمه تصيل بفرستد اما بخت با آنان يار نبود و کارگاه شيشه گري آتش گرفت و همه سرمايه شان از دست رفت.
ديميتري براي يافتن شغل پز درآمد به سن پترزبورگ رفت و در آن جا به تدريس در يک مدرسه پرداخت. او در سال 1850 توانست بورس تحصيلي بگيرد و و به تحصيل در رشته رياضي ، فيزيک و شيمي بپردازد. او خانواده خود را هم به سن پترزبورگ آورد اما متاسفانه مادر و خواهرش به بيماري سل دچار شدند و او را به با يک دنيا غم و اندوه تنها گذاشتند.

ورود به دنياي شيمي

وي در سال 1869 دکتر علوم و استاد شيمي دانشگاه شد و در همين سال ازدواج کرد. در اين هنگام ، فقط 63 عنصر از نظر شيميدانها شناخته شده بود.

درخشش در دانشگاه

علي رغم مشکلات و فشار روحي بر ديميتري ، او از درس غافل نشد و با نمرات عالي دروس دانشگاهي را مي گذراند.
ديميتري بر اثر فقر و و اندوه بيمار شد تا حدي که پزشکان تصور کردند او نيز به سل ميتلا شده است. لذا به او توصيه کردند که به يک جاي خوش آب و هوا برود و کمي استراحت کند.ديميتري به جزاير کريمه سفر کرد و کمکم سلامت خود را به دست آورد و بعد به سنت پترزبورگ بازگشت. او زير نظر آ. وسکرسنکا شيميدان بزرگ روسي به آموختن علم شيمي پرداخت و در سال 1855 با دريافت يک مدال طلا فارغ التحصيل و به تدريس در دبيرستان مشغول شد و کتاب شيمي آلي را منتشر کرد که اولين کتاب درسي شيمي آلي روسي بود. او به فرانسه و آلمان دعوت شد تا در کنفرانس ها شرکت کند. سپس با ارائه کتابي تحت عنوان اتحاد آب و الکل در زمينه شيمي صنعتي درجه دکتري گرفت و استاد شيمي در دانشگاه سن پترزبورگ شد. او چند کتاب با عنوان شيمي معدني و اصول شيمي منتشر کرد که مرد توجه اساتيد شيمي قرار گرفت.
در سال 1864 با دختري به نام فزووز لشوا در دانشگاه آشنا شد و ازدواج کرد. ثمره اين ازدواج دو فرزند بود يک پسر به نام ولوديا و يک دختر به نام الگا. اما اين ازدواج فرجام خوبي نداشت و به طلاق و جدايي منجر شد.

جدول تناوبي ، پيش از مندليف

پيش از مندليف ، شيميدان انگليسي به نام "ژ.آ.نيولندز" ، اثر خويش را درباره تناوب خواص بعضي عنصرها برحسب وزن اتمي متزايدشان منتشر کرد. اثر وي از طرف انجمن شيمي رد شد و يکي از همکارانش ، ريشخندانه به وي گفت که شايد با تنظيم عنصرها به ترتيب الفبايي بازهم بتواند کشف مفيدتري بکند.
دز زمان مندليف ، تنها 60 عنصر شناخته شده بود. بعد از مرگ وي ، دهها شيميدان با پيروي از راه نبوغ‌آميز او ، عنصرهاي تازه‌اي کشف کردند و اين عنصرهاي تازه و آن ترکيبهاي نوين به مفهوم رده‌بندي وي راه يافتند.
رده‌بندي دوره‌اي مزبور در بررسي طيف‌ها ، تاييد شد. با تنظيم طيف عنصرها برحسب رده‌بندي ،دانشمند جوان انگليسي ، به نام "هانري موزلي" در سال 1913 قانون ديگري کشف کرد که در دستگاه مندليف جاري است. کاشف مزبور ، مفهوم شماره ترتيب عنصرهاي اين رده‌بندي را روشن کرد. او ثابت کرد که اين بار هسته مرکزي است که بطور قطع ، برابر شماره ترتيب عنصر است و در اتم ، بسيار اهميت دارد و به همان اندازه که الکترونها بوسيله اين بارها به هسته مرکزي وابسته‌اند، در مدارهاي خود به دور آن هسته مي‌گردند.
خلق جدول مندليف

قانون تناوبي

مندليف در اين فکر بود که خواص فيزيکي و شيميايي عناصر ، تابعي از جرم اتمي آنهاست. بدون قانون تناوبي نه پيش بيني خواص عناصر ناشناخته ميسر بود و نه به فقدان يا غيبت برخي از عناصر مي‌شد پي برد. کشف عناصر ، منوط به مشاهده و بررسي بود. بنابراين تنها ياري بخت ، مداومت و يا پيش داوري ، منجر به کشف عناصر جديد مي‌شد.
قانون تناوبي ، راه جديدي در اين زمينه گشود. منظور مندليف از اين جمله‌ها آن بود که در سير تاريخي شيميايي ، زمان حدس زدن وجود عناصر و پيشگويي خواص مهمشان فرا رسيده است. جدول تناوبي ، پايه‌ اي براي اين کار شد. حتي ساخت اين جدول نشان مي‌داد که در چه جاهايي مکان خالي باقي مي‌ماند که بايد بعدا" اشغال شود.

چينش عناصر در جدول تناوبي

با آگاهي از خواص عناصر موجود در جوار اين مکانهاي خالي ، مي‌شد خواص مهم عناصر ناشناس را تخمين زد و چند مشخصه مقداري آنها (جرمهاي اتمي، چگالي ، نقطه ذوب ، و نقطه جوش و مانند آنها) را به کمک نتيجه گيري‌هاي منطقي و چند محاسبه رياضي ساده ، تعيين کرد. اين مطالب نياز به تبحر کافي در شيمي داشت. مندليف از اين تبحر برخوردار بود که با ترکيب آن ، با تلاش علمي و اعتقاد به قانون تناوبي توانست پيشگوهاي درخشاني درباره وجود و خواص چندين عنصر جديد را ارائه دهد. بنابراين مطابق با اين فکر ، جدولي درست کرد و 63 عنصر شناخته شده را به ترتيب جرم اتميشان در جدول قرار داد.
تعداد عناصر در سطرهاي جدول يکي نبود، مثلاٌ سطر پنجم 32 عنصر داشت، در حالي‌که سطر ششم فقط شامل 6 عنصر بود. ولي عناصري که خواص آنها شبيه هم بود، در اين جدول نزديک هم قرار داشتند و بدين علت مقداري از خانه‌هاي خالي ، متعلق به عناصري است که تا آن زمان شاخته نشده بود. در سال 1869 جدول عجيبي را تنظيم کرد که عناصر بر اساس خواص مواد در خانه هاي عمودي و افقي قرار گرفته شده بود . به يان ترتيب اين جدول از سبک ترين عنصر يني هيدروژن آغاز و به سنگين ترين آنها يعني اورانيوم خاتمه پيدا مي کرد . ديمتري عاشق خواهر دوستش پوپوف شد لذا با او ازدواج کرد که ثمره يان ازدواج چهار فرزند بود . ديمتري براي خلق عجيب و غريبش مورد تمسخر اعضاي انجمن و شيميدانان روسيه قرار گرفت ، ولي فقط لوتادمير دانشمند بزرگ شيمي بود که او را تشويق به ادامه کارش مي کرد . در سال هاي بعد اسکانديوم و ژورمانيم را کشف کردند که مندليف اين عناصر را هم در جدولش قرار داد .

ميزان استقبال از جدول مندليف در آن زمان

جدول مندليف که پيش بيني وجود 92 عنصر را مي‌نمود، جز "لوتر مايز" که يک سال بعد از مندليف ، جدولي مشابه با جدول مندليف انتشار داده بود، طرفداري نداشت.

پيش‌بيني‌هاي مندليف در جهان علم

پيش‌بيني‌هاي عجيب مندليف ، زمان درازي به صورت مثلهاي موجود در همه کتابهاي شيمي در آمده بود و کمتر کتاب شيمي وجود دارد که در آن ، از اکاآلومينيوم و اکابور و اکاسيليسيم ياد نشده باشد که بعدها پس از کشف به نامهاي گاليوم، سکانديوم و ژرمانيوم ناميده شدند. در ميان سه عنصري که مندليف پيش بيني کرده بود اکاسيليسيوم بعد از سايرين کشف شد(1887) و کشف آن بيش از کشف دو عنصر ديگر ، مرهون ياري بخت و تصادف مساعد بود.

تاييد پيش‌گويي‌هاي مندليف

در واقع ، کشف گاليوم توسط "بوابودران" (1875) مستقيماٌ توسط روشهاي طيف سنجي‌اش بود و جداکردن سکانديوم توسط "نيلسون" و "کلو" (1879) مربوط به بررسي دقيق خاکهاي نادر بود که در آن زمان اوج گرفته بود. اندک اندک همه پيش‌گويي‌هاي مندليف تحقق يافتند. آخرين تائيد در مورد وزن مخصوص سکانديوم فلزي بود.
در سال 1937 ، "فيشر" شيميدان آلماني ، موق به تهيه سکانديوم با درجه خلوص 98% شد. وزن مخصوص آن ، 3 گرم بر سانتي‌متر مکعب بود. اين دقيقاٌ همان رقمي است که مندليف پيش‌بيني کرده بود. در پاييز سال 1879 "انگلس" کتاب جامعي بدست آورد که نويسندگانش "روسکو" و "شورلمر" بودند. در آن کتاب ، براي نخستين بار به پيشگويي آلومينيوم توسط مندليف و کشفش تحت تاثير نام گاليوم اشاره شده بود.
در مقاله اي که بعدها انگلس در کتابي هم نقل کرده است، اشاره به مطلب آن کتاب شيمي شده است و نتيجه گرفته است که: « مندليف با به کار بردن ناخودآگاه قانون تبديل کميت به کيفيت هگل ، واقيعت علمي را تحقق بخشيد که از نظر تهور ، فقط قابل قياس با کار "لوريه" در محاسبه مدار سياره ناشناخته نپتون بوده است. »

شهرت جهاني مندليف

علاوه بر آنچه گفته شد، با اکتشاف آرگون در سال 1894 و هليوم و اينکه جدول مندليف وجود نئون و کريپتون و گزنون را پيش‌بيني نمود، جدول مندليف شهرت عجيب و فوق‌العاده اي کسب نمود. در آن سالها بود که تمامي آکادمي‌هاي کشورهاي جهان (غير از مملکت خويش) او را به عضويت دعوت نمودند.

مهاجرت

ديمتري مردي آزادي خواه و خستگي ناپذير و علاقه مند به مسائل اجتماعي بود لذا مورد انتقاد از سوي دولت تزار قرار گرفت . وقتي حکومت تزار او را سد راه خود ديدند وي را به کشورهاي خارجي فرستادند تا از روسيه دور باشد . مندليف به پاريس رفت و در آزمايشگاه ورتس شيميدان فرانسوي مشغول به کار شد . وپمدتي را هم به همکاري با بونزن شيميدان و فيزيکدان آلماني پرداخت . سپس به آمريکا سفر کرد و از چاه نفتي پنسسيلوانيا بازديد به عمل آورد . مندليف هنگام کسوف سال 1906 به فرانسه رفت و براي تحقيق فضايي با بالون به هوا پرواز کرد
او در همان سال در ليست نامزدهاي جايزه نوبل قرار گرفت ولي به دليل اين که « مواسان » شيميدان فرانسوي يک راي بيش از او آورد اين جايزه به مندليف نرسيد . مندليف يکي از چهره ها و شخصيت هاي دوست داشتني نزد مردم روسيه بود . لذا به هنگام جنگ روس و ژاپن آنان از مندليف خواستند که به کشورش باز گردد و قوت قلب مردم کشورش باشد .
از اين رو سالهاي آخر زندگي مندليف در غم و نگراني جنگ و خونريزي گذشت .

جدول مندليف

مندليف و لوتار ميردر موردخواص عنصرهاو ارتباط انها بررسي هاي دقيق تري انجام دادندودر سال 1869م به اين نتيجه رسيدند که خواص عنصرها تابعي تناوبي از جرم انهاست.به اين معنا که اگر عنصرها را به ترتيب افزايش جرم اتمي مرتب شوند نوعي تناوب در انها اشکار ميگرددوپس ازتعداد معيني از عنصرها عنصرهايي با خواص مشابه خواص پيشين تکرار مي شوند .
مندليف در سال 1869 بر پايه ي قانون تناوب جدولي از 63عنصر شناخته شده ي زمان خود منتشر کرد .در فاصله ي بين سالهاي 1869 تا 1871م مندليف هم مانند لوتار مير با بررسي خواص عنصرها و ترکيب هاي انها متوجه شد که تغييرهاي خواص شيميايي عنصرها مانند خواص فيزيکي انها نسبت به جرم اتمي روند تناوبي دارد.از اين رو جدول جديدي در 8 ستون و12سطر تنظيم کرد.او با توجه به نارسايي هاي جدول نيو لندز ولوتار مير و حتي جدول قبلي خود جدولي تقريبابدون نقص ارايه دادکه فراگير وماندني شد.

شاهکارهاي مندليف در ساخت شهرک عناصر :

روابط همسايگي:دانشمندان پيش از مندليف در طبقه بندي عناصر هر يک را جداگانه و بدون وابستگي به ساير عناصر در نظر مي گرفتند.اما مندليف خاصيتي را کشف کرد که روابط بين عنصرها را به درستي نشان ميدادو ان را پايه تنظيم عناصر قرار داد.
وسواس وي: او برخي از عناصر را دوباره بررسي کرد تا هر نوع ايرادي را که به نادرست بودن جرم اتمي از بين ببرد.در برخي موارد به حکم ضرورت اصل تشابه خواص در گروهها را بر قاعده افزايش جرم اتمي مقدم شمرد.
واحدهاي خالي: در برخي موارد در جدول جاي خالي منظور کرديعني هر جا که بر حسب افزايش جرم اتمي عناصر بايد در زير عنصر ديگري جاي مي گرفت که در خواص به ان شباهتي نداشت ان مکان را خالي مي گذاشتو ان عنصر را در جايي که تشابه خواص رعايت ميشد جاي داد.اين خود به پيش بيني تعدادي ا زعنصرهاي ناشناخته منتهي شد..
استقبال از ساکنان بعدي:مندليف با توجه به موقعيت عنصرهاي کشف نشده و با بهره گيري از طبقه بندي دوبرايزتوانستخواص انها را پيش بيني کند.براي نمونه مندليف در جدولي که در سال 1869 تنظيم کرده بودمس و نقره وطلا را مانند فلزي قليايي در ستون نخست جا داده بود اما کمي بعد عناصر اين ستون را به دو گروه اصلي و فرعي تقسيم کرد.سپس دوره هاي نخست و دوم و سوم هر يک شامل يک سطر و هر يک از دوره هاي چهارم به بعد شامل دو سطر شده وبه ترتيب از دوره هاي چهارم به بعد دو خانه اول وشش خانه اخر از سطر دوم مربوط به عناصر اصلي ان دوره و هشت خانه باقي مانده ي سطر اول و دو خانه اول سطر دوم مربوط به عناصر فرعي بود
ساخت واحد مسکوني هشتم:مندليف با توجه به اين که عناصراهن وکبالت ونيکل وروتينيم وروديم وپالاديم واسميم وايريديم وپلاتينخواص نسبتا با يکديگر دارند اين عناصر را در سه رديف سه تايي و در ستون جداگانه اي جاي دادو به جدول پيشين خود گروه هشتم ا هم افزود. در ان زمان گازهاي نجيب شناخته نشده بوداز اين رودر متن جدول اصلي مندليف جايي براي اين عناصر پيش بيني نشد. پس از ان رامسي و رايله در سال 1894 گاز ارگون را کشف کردند و تا سا ل 1908 م گازهاي نجيب ديگرکشف شد و ظرفيت شيميايي انها 0 در نظر گرفته شدو به گازهاي بي اثر شهرت يافتند.
اسانسور مندليفبه سوي اسمان شيمي :جدول مندليف در تنظيم و پايدار کردن جرم اتمي بسياري از موارد مندليفنادرست بودن جرم اتمي برخي از عناصر را ثابت و برخي ديگر را درست کرد .جدول تناوبي نه تنها به کشف عنصرهاي ناشناخته کمک کرد بلکه در گسترش و کامل کردن نظريه ي اتمي نقش بزرگي بر عهده داشت و سبب اسان شدن بررسي عناصر و ترکيب هاي انها شد.

مجتمع نيمه تمام:

جدول تناوبي با نارسايي هايي همراه بود که عبارتند از :
1-جاي هيدروژن در جدول بطور دقيق مشخص نبود .گاهي ان را بالا ي گروه فلزهاي قليايي و گاهي بالاي گروه هاي گروه هالوژن ها جا ميداد.
2-در نيکل و کبالت که جرم اتمي نزديک به هم دارند خواص شيميايي متفاوت است و با پايه قانون تناوبي ناسازگاري دارد.
3-کبالت را پيش از نيکل و همچنين تلور را پيش از يد جاي داد که با ترتيب صعودي جرم اتمي هم خواني نداشت .با پيش رفت پژوهش ها و با کشف پرتوايکس و عنصرهاو بررسي دقيق طيف انها عدد اتمي کشف و اشکار شد و عناصر بر حسب افزايش عدد اتمي مرتب و نار سايي هاي جزيي موجود در جدول مندليف از بين رفت .زيرا تغييرات خواص عناصر نسبت به عدد اتمي از نظم بيشتري برخوردارست تا جرم اتمي انها .
4-سال پس از نشر جدول مندليف بوابو در ات به روش طيف نگاري اکا الومينيوم را کشف کرد و گاليم ناميد و 4 سال بعد نيلسون اکا بور را کشف کرد و اسکانديم ناميد و هفت سال بعد ونيکلر هم اکا سيلسيم را از راه تجربه طيفي کشف کرد و ان را ژرمانيم ناميد.

تغييرات خواص عناصر در دوره ها و گروههاي جدول:

1-تغييرات شعاع اتمي :در هر گروه با افزايش عدد اتمي شعاع اتمي افزايش مي يابد ودر هر دوره با افزايش عدد اتمي شعاع اتمي به تدريج کوچکتر مي گردد.
2-تغييرات شعاع يوني :شعاع يون کاتيون هر فلز از شعاع اتمي ان کوچکتر و شعاع هر نا فلز از شعاع اتمي ان بزرگتر است.به طور کلي تغييرهاي شعاع يوني همان روند تغييرات شعاع اتمي است.
3-تغييرات انرژي يونش: در هر دوره با افزايش عدد اتمي انرژي يونش افزايش
مي يابد و در هر گروه با افزايش لايه هاي الکتروني انرژي يونش کاهش مي يابد.
4-تغييرات الکترون خواهي :در هر دوره با افزايش عدد اتمي انرژي الکترونخواهي افزايش مي يابدودر هر گروه با افزايش عدد اتمي اصولا انرژي الکترون خواهي از بالا به پايين کم مي شود .
5-تغييرات الکترونگاتيوي:در هر دوره به علت افزايش نسبتا زيا د شعاع اتمي الکترونگاتيوي عناصر کم ميشود و در هر دوره به علت کاهش شعاع اتمي الکترونگاتيوي عناصر افزايش مي يابد .
6-تغييرتعدادالکترونهاي لايه ظرفيتوعدد اکسايش:در هر دوره از عنصري به عنصر ديگريک واحد به تعداد الکترون ها ي ظرفيت افزوده ميشود و تعداد اين الکترونها و عدد اکسايش در عنصرهاي هر گروه با هم برابرند.
7-تغييرات پتانسيل الکترودي :در ازاي هردوره با افزايش عدد اتمي توانايي کاهندگي عنصرها کاهش مي يابد و توانايي اکسيدکنندگي انها افزايش مي يابد .از اين روفلزهايي که در سمت چپ دوره ها جاي دارندخاصيت کاهندگي ونا فلزهايي که در سمت راست دوره ها جاي دارندتوانايي اکسيد کنندگي دارند.در موردعناصر يک گروه توانايي اکسيد –کنندگي با افزايش عدد اتمي وپتانسيل کاهش مي يابد.
8-تغييرات توانايي بازي هيدروکسيد:توانايي بازي هيدروکسيدعناصر در گروهها ازبالا به پايين افزايش مي يابد اما در دوره از سمت چپ به راست رو به کاهش است.
9-تغييرات دما وذوب يا جو ش:در هر دوره دماي ذوب و جوش تا اندازه اي به طورتناوبي تغيير مي کند ولي اين روندمنظم نيست و در موردعناصرگروهها نيز روندواحدي وجود ندارد

مرگ مندليف

مندليف دو دوم فوريه 1907 در 73 سالگي در گذشت. به طوري که مي‌دانيم، از هنگامي که جدول مندليف بوجود آمد، خانه‌هاي خالي آن ، يکي پس از ديگري با کشف عناصر پر مي‌شد و آخرين خانه خالي جدول ، در سال 1938 با کشف آکتنيوم در پاريس پر شد.
مدليف به کتاب هاي غپعلمي و تخيلي ژول ورن علاقه زيادي داشت و در اوقات فراغت به مطالعه اين کتب مي پرداخت . در سال 1907 هنگام مطالعه يکي از کتاب هاي ژول ورن بود که به آنفلوآنزا دچار شد . بسياري از پزشکان سن پترزبورگ براي معالجه او تلاش زيادي کردند اما او بر اثر تب و عفونت گلو و سينه دوام نياورد و در سن 73 سالگي چشم از جهان فروبست . از آن زمان به بعد همه خانه هاي جدول وي پر شد و آخرين خانه خالي در سال 1938 با کشف اکتينيم در پاريس پر شد و به اين ترتيب جدول عجيب و غريب اين شيميدان پرکار به بار نشست . در سال 1955 عنصر شماره 101 اين جدول نيز کشف شد و افتخار وي مندليفيم نام گذاري شد .
منابع:
http://forum.parsigold.com
http://daneshnameh.roshd.ir
http://www.rahpouyan.com
http://www.articles.ir
/الف