درسنامه آموزشی شیمی (2) کلاس یازدهم رشته ریاضی و تجربی
الگوها و روندها در رفتار مواد و عنصرها
الگوها و روندها در رفتار مواد و عنصرها
شیمیدانها با مشاهدۀ مواد و انجام آزمایشهای گوناگون، آنها را دقیق بررسی میکنند. هدف همۀ این بررسیها، یافتن اطلاعات بیشتر و دقیقتر دربارۀ ویژگیها و خواص مواد است. اما برقراری ارتباط میان این دادهها و اطلاعات، همچنین یافتن الگوها و روندها گامی مهمتر و مؤثرتر در پیشرفت علم به شمار میآید زیرا بر اساس این روندها، الگوها و روابط میتوان به رمز و راز هستی پی برد. علم شیمی را میتوان مطالعۀ هدفدار، منظم و هوشمندانۀ رفتار عنصرها و مواد برای یافتن روندها و الگوهای رفتار فیزیکی و شیمیایی آنها دانست.
جدول دورهای عنصرها، نمایشی بینظیر از چیدمان عنصرها بوده و همانند یک نقشه راه برای شیمیدانهاست که به آنها کمک میکند حجم انبوهی از مشاهدهها را سازماندهی و تجزیه و تحلیل کنند تا الگوهای پنهان در رفتار عنصرها را آشکار نمایند. در شیمی (1) آموختید که عنصرها در جدول دورهای بر اساس بنیادیترین ویژگی آنها یعنی عدد اتمی (Z)، چیده شدهاند. در این جدول، عنصرهایی که آرایش الکترونی لایۀ ظرفیت اتم آنها برابر است، در یک گروه جای گرفتهاند. این جدول شامل 7 دوره و 18 گروه است. همچنین دریافتید تعیین موقعیت (دوره و گروه) یک عنصر در جدول دورهای، کمک شایانی به پیشبینی خواص و رفتار آن خواهد کرد. بررسیها نشان میدهند که عنصرهای جدول دورهای را بر اساس رفتار آنها میتوان در سه دسته شامل فلز، نافلز و شبه فلز جای داد. با برخی رفتار فلزها آشنا هستید (شکل 3). با بررسی این رفتارها میتوان ضمن دستهبندی عنصرها، به روندها و الگوهای موجود در خواص آنها پی برد. اکنون برای یافتن برخی از این موارد فعالیتهای زیر را انجام دهید.
با هم بیندیشیم (صفحهٔ 7 کتاب درسی)
در شکلهای زیر، برخی عنصرهای گروه چهاردهم و دوره سوم جدول دورهای همراه با برخی ویژگیهای آنها نشان داده شده است. با بررسی آنها به پرسشها پاسخ دهید.
1- در شکل «الف» سطح کدام عنصرها براق و صیقلی است؟
سیلیسیم (Si) - ژرمانیم (Ge) - قلع (Sn) - سرب (Pb)
2- در شکل «الف» کدام عنصرها ویژگیهای مشترک بیشتری با یکدیگر دارند (رفتارهای فیزیکی و شیمیایی آنها شبیه هم هستند)؟
سیلیسیم (Si) با ژرمانیم (Ge) و قلع (Sn) با سرب (Pb)
3- شکلهای «الف» و «ب» را با هم مقایسه و مشخص کنید رفتار کدام عنصرها به یکدیگر شباهت بیشتری دارند. نتیجۀ مقایسۀ خود را یادداشت کنید.
ویژگیهای فسفر، گوگرد و کلر مشابه کربن و ویژگیهای سدیم، منیزیم و آلومینیم مشابه قلع و سرب میباشد.
نتیجه: عنصرها را به طور کلی میتوان در دو گروه مختلف جای داد: الف) فلزها ب) نافلزها
4- با کامل کردن جدول صفحۀ بعد به یک جمع بندی از یافتههای خود برسید و عنصرهای مشخص شده در بالا را در سه دسته فلز، نافلز و شبه فلز قرار دهید.
فلز: سدیم (Na)، آلومینیم (Al)، قلع (Sn)، سرب (Pb)، منیزیم (Mg)
شبه فلز:سیلیسیم (Si)، ژرمانیم (Ge)
نافلز: کربن (C)، گوگرد (S)، کلر (Cl)، فسفر (P)
| خواص فیزیکی یا شیمیایی | نماد شیمیایی | ||||||||||
| C | Si | S | Na | Al | Sn | Cl | Mg | P | Pb | Ge | |
| رسانایی الکتریکی | دارد | دارد | ندارد | دارد | دارد | دارد | ندارد | دارد | ندارد | دارد | دارد |
| رسانایی گرمایی | ندارد | دارد | ندارد | دارد | دارد | دارد | ندارد | دارد | ندارد | دارد | دارد |
| سطح صیقلی | ندارد | دارد | ندارد | دارد | دارد | دارد | ندارد | دارد | ندارد | دارد | دارد |
| چکش خواری | ندارد | ندارد | ندارد | دارد | دارد | دارد | ندارد | دارد | ندارد | دارد | ندارد |
| تمایل به دادن، گرفتن یا اشتراک الکترون | اشتراک | اشتراک | الکترون میگیرد، اشتراک | الکترون میدهد | الکترون میدهد، اشتراک | الکترون میدهد | الکترون میگیرد، اشتراک | الکترون میدهد | الکترون میگیرد، اشتراک | الکترون میدهد | الکترون میدهد، اشتراک |
5- در گروه 14 از بالا به پایین، خصلت فلزی چه تغییری کرده است؟
از بالا به پایین، با افزایش عدد اتمی، خصلت فلزی افزایش مییابد.
6 - روند تغییر خصلت فلزی و نافلزی در دورۀ سوم جدول را بررسی کنید.
در این دوره از چپ به راست از خصلت فلزی کاسته شده و به خصلت نافلزی افزوده میگردد.
7- پیشبینی کنید کدام عنصر در گروه اول جدول دورهای خصلت فلزی بیشتری دارد.
با صرف نظر کردن از فرانسیم ${{(}_{87}}Fr)$ که پرتوزا میباشد، سزیم ${{(}_{55}}CS)$ دارای بیشترین خاصیت فلزی است.
8- عبارت زیر را با خط زدن واژۀ نادرست در هر مورد، کامل کنید.
در هر دوره از جدول دورهای، از چپ به راست از خاصیت (فلزی / نافلزی) کاسته و به خاصیت (نافلزی / فلزی) افزوده میشود. در گروههای 15، 16 و 17 عنصرهای (بالاتر / پایینتر) خاصیت نافلزی بیشتری دارند زیرا از بالا به پایین خاصیت (نافلزی / فلزی) زیاد میشود.
گسترش صنایع الکترونیک و ساخت انواع وسایل و دستگاههای الکترونیکی مانند تلویزیون، رایانه، تلفن همراه و ماشین حساب مدیون ویژگی نیمه رسانایی عنصر سیلیسیم است.
بیشتر عنصرهای جدول دورهای را فلزها تشکیل میدهند که به طور عمده در سمت چپ و مرکز جدول قرار دارند. اما نافلزها در سمت راست و بالای جدول چیده شدهاند. شبه فلزها همانند مرزی بین فلزها و نافلزها قرار دارند. خواص فیزیکی شبه فلزها بیشتر به فلزها شبیه بوده در حالی که رفتار شیمیایی آنها همانند نافلزها است.
دیدید که خصلت فلزی در یک دوره از چپ به راست کاهش مییابد و در یک گروه از بالا به پایین افزایش مییابد. این روند در دیگر گروهها و دورهها نیز مشاهده میشود. به دیگر سخن خواص فیزیکی و شیمیایی عنصرها به صورت دورهای تکرار میشود که به قانون دورهای عنصرها معروف است.
میدانیم که همۀ 118 عنصر جدول دورهای شناسایی و توسط آیوپاک تأیید شده است، بهطوری که هیچ خانهای در جدول خالی نیست. بنابراین چنین به نظر میرسد که جستوجو برای کشف عنصرهای طبیعی به پایان رسیده و تنها راه افزایش شمار عنصرها، تهیه و تولید آنها به صورت ساختگی است. شاید شما نیز گزارشهایی دربارۀ کشف و شناسایی عنصر شمارۀ 120 یا 121 در آزمایشگاههای تحقیقاتی و مدرن شنیده باشید. شناسایی عنصرها با عدد اتمی بیشتر از 118، سبب خواهد شد تا طبقهبندی تازهای از عنصرها ارائه شود زیرا در جدول دورهای امروزی، جایی برای آنها پیشبینی نشده است. در صورت کشف این عنصرها، آنها را در کجای جدول قرار میدهید؟ چگونه و بر چه اساسی آنها را طبقهبندی خواهید کرد؟
شارل ژانت شیمیدان فرانسوی در سال 1927 با کنار هم چیدن عنصرهای شناخته شده در زمان خود، الگویی ارائه کرد که بر اساس آن میتوان عنصرهای با عدد اتمی بزرگتر از 118 را نیز طبقهبندی کرد.
الف) دربارۀ این طبقهبندی، ملاک آن، روندهای دورهای، شمار عنصرهای دستۀ g و ... در کلاس گفتوگو و جدول را از جنبههای گوناگون نقد کنید.
ب) شما چه جدولی پیشنهاد میکنید؟ توضیح دهید.