Περιεχόμενο
Το 1869 ο Ντμίτρι Μεντελλέεφ δημοσίευσε ένα έγγραφο με τίτλο «Σχετικά με τη σχέση των ιδιοτήτων των στοιχείων με τα ατομικά βάρη τους». Στο έγγραφο αυτό παρήγαγε μια διατεταγμένη διάταξη των στοιχείων, καταγράφοντάς τα κατά σειρά αυξανόμενου βάρους και τακτοποιώντας τα σε ομάδες με βάση παρόμοιες χημικές ιδιότητες. Αν και πολλές δεκαετίες παρέμειναν πριν ανακαλυφθούν οι λεπτομέρειες της ατομικής δομής, ο πίνακας Mendeleevs είχε ήδη οργανώσει στοιχεία από την άποψη του σθένος τους.
Στοιχεία και Ατομικό Βάρος
Στους ανθρώπους του Mendeleevs τα άτομα θεωρούνταν αδιαίρετα, μοναδικά οντότητες. Ορισμένοι ήταν βαρύτεροι από άλλους, και φαινόταν λογικό να παραγγέλνουν τα στοιχεία αυξάνοντας το βάρος τους. Υπάρχουν δύο προβλήματα με αυτήν την προσέγγιση. Πρώτον, η μέτρηση του βάρους είναι ένα δύσκολο έργο και πολλά από τα αποδεκτά βάρη της ημέρας του Μεντελλέεφ δεν ήταν σωστά. Δεύτερον, αποδεικνύεται ότι το ατομικό βάρος δεν είναι πραγματικά η σχετική παράμετρος. Οι σημερινοί περιοδικοί πίνακες τοποθετούν τα στοιχεία στη σειρά του ατομικού αριθμού τους, ο οποίος είναι ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα. Στην εποχή του Mendeleevs, τα πρωτόνια δεν είχαν ακόμη ανακαλυφθεί.
Στοιχεία και χημικές ιδιότητες
Ο Mendeleev έγραψε ότι "η διάταξη σύμφωνα με το ατομικό βάρος αντιστοιχεί στο σθένος του στοιχείου και σε κάποιο βαθμό στη διαφορά στη χημική συμπεριφορά". Το σθένος, στην κατανόηση του Mendeleev, ήταν μια ένδειξη της ικανότητας ενός στοιχείου να συνδυάζεται με άλλα στοιχεία. Ο Mendeleev συνδυάζει τη σειρά του ατομικού βάρους με τα κοινά σθένη για να οργανώσει τα στοιχεία σε ένα τραπέζι. Δηλαδή, οργάνωσε τα στοιχεία σε ομάδες ανάλογα με τα χημικά τους χαρακτηριστικά. Επειδή αυτές οι ιδιότητες επαναλαμβάνονται κάθε τόσο συχνά, το αποτέλεσμα ήταν ένας περιοδικός πίνακας στον οποίο κάθε κάθετη στήλη, που ονομάζεται ομάδα, περιέχει στοιχεία με παρόμοια χαρακτηριστικά και κάθε οριζόντια σειρά, που ονομάζεται περίοδος, τακτοποιεί τα στοιχεία κατά βάρος, αυξάνοντας από αριστερά προς τα δεξιά και από πάνω προς τα κάτω.
Ατομική δομή
Περίπου 50 χρόνια μετά τον πρώτο περιοδικό πίνακα του Mendeleev, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι το άτομο ήταν κτισμένο γύρω από έναν πυρήνα με θετικά φορτισμένα πρωτόνια και ουδέτερα νετρόνια - και τα δύο σχετικά σχετικά βαριά. Ο θετικά φορτισμένος πυρήνας περιβάλλεται από ένα σύννεφο αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων. Ο αριθμός των πρωτονίων - που ονομάζεται επίσης ατομικός αριθμός - ταιριάζει συνήθως με τον αριθμό των ηλεκτρονίων. Αποδεικνύεται ότι ο αριθμός των ηλεκτρονίων ένα στοιχείο καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τις χημικές του ιδιότητες. Επομένως, η σωστή σειρά στον περιοδικό πίνακα καθορίζεται από τον αριθμό των ηλεκτρονίων, όχι βάρος όπως πρότεινε αρχικά ο Mendeleev.
Ηλεκτρόνια σθένους
Τα ηλεκτρόνια στο σύννεφο που περιβάλλουν έναν πυρήνα στοιχείων είναι διατεταγμένα σε στρώματα, που ονομάζονται κελύφη. Κάθε κέλυφος έχει έναν συγκεκριμένο αριθμό ηλεκτρονίων που μπορεί να κρατήσει. Όταν πληρώνεται κάθε κέλυφος προστίθεται ένα νέο κέλυφος μέχρις ότου ληφθούν υπόψη όλα τα ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια στο εξώτατο κέλυφος ονομάζονται ηλεκτρόνια σθένους, επειδή οι αλληλεπιδράσεις τους καθορίζουν τις χημικές ιδιότητες ενός στοιχείου. Οι στήλες που δημιουργήθηκαν για να ομαδοποιήσουν στοιχεία με παρόμοιες χημικές ιδιότητες αποδεικνύονται οι ακριβείς ίδιες στήλες που ορίζονται από τον αριθμό των ηλεκτρονίων σθένους. Τα στοιχεία στην ομάδα 1Α έχουν μόνο ένα ηλεκτρόνιο σθένους και κάθε στήλη μιας ομάδας Α προς τα δεξιά προσθέτει ένα ακόμα ηλεκτρόνιο σθένους. Ο οργανισμός παίρνει λίγο θολό με τα στοιχεία της ομάδας Β, αλλά κάθε ένα από αυτά ομαδοποιείται επίσης από τον αριθμό των ηλεκτρονίων σθένους τους.