دیمیتری ایوانوویچ مندلیف شیمیدان بزرگ روسیه بود. او در طول زندگی خود، تحقیقات بسیاری در زمینه‌ی شیمی و فیزیک انجام داد. بزرگترین دستاورد او پایه‌گذاری جدول تناوبی و کشف و طبقه‌بندی عناصر آن بود. شیوه‌ی نوینی که او در این دستهبندی انجام داد موجب شد خواص شیمیایی مواد در یک گروه به صورت عمودی تکرار شود که این ویژگی در نوع خود قابل تحسین بود.
جالب است بدانید، ایده‌ی تدوین جدولی از عناصر و مواد شیمیایی، از دوران یونان باستان و حتی قرون وسطی وجود داشت. در حقیقت مندلیف کسی بود که تمام این ایده‌ها را جمع‌آوری کرد و بسط و گسترش داد. ما در این مقاله از دانشگاه کسب و کار به بررسی تاریخچه جدول مندلیف می‌پردازیم و زندگینامه خالق آن را شرح می‌دهیم.
جدول تناوبی چیست؟
جدول تناوبی یا همان جدول مندلیف، نمایش جدولیِ عناصر شیمیایی برای بررسی بهتر ویژگی‌ها و خصوصیات آن‌هاست. این عناصر براساس عدد اتمی، آرایش الکترونی و ویژگی‌های شیمیایی خود دستهبندی شده و از عدد پروتونی کمتر تا عدد پروتونی بیشتر در جدول قرار گرفته‌اند.
جدول تناوبی نقش گسترده و مهمی در دانش شیمی دارد. این جدول به دانشمندان کمک می‌کند که عناصر شیمیایی و رفتار آن‌ها را بررسی و پردازش کنند و مطابق با ویژگی آن‌ها به اکتشافات شیمیایی بپردازند.
نحوه‌ی چیدمان جدول مندلیف
عناصر شیمیایی جدول تناوبی به دو صورت عمودی و افقی دستهبندی شده‌اند. این عنصرها به صورت افقی از چپ به راست و در دوره‌های 1 تا 18 قرار دارند. دستهبندی عمودی آن‌ها نیز از بالا به پایین و در گروه‌های 1 تا 7 است.
اکثر گروه‌های جدول تناوبی براساس ویژگی‌های شیمیایی مشترک درعناصر آن‌ها دستهبندی شده است. مثل گروه فلزهای قلیایی، فلزهای سکه، کربن، نیتروژن، هالوژن‌ها، گاز نجیب و… علاوه بر این دستهبندی، عناصر جدول تناوبی براساس سایر ویژگی‌های اتمی، وزنی، الکترون‌دوستی، انرژی یونش و… نیز به بلوک‌ها و دوره‌های مختلفی تقسیم‌بندی شده‌اند.
پیشینه‌ی تدوین جدولی برای عناصر شیمیایی
اگرچه جدول تناوبی به نام مندلیف شناخته میشود، پیش از او افراد بسیاری در پیشرفت تدوین آن نقش داشته‌اند. حتی در دوران باستان نیز ایده‌هایی برای جمع‌آوری و دستهبندی عناصر شیمیایی از سوی دانشمندان وجود داشت، اگرچه به موفقیت چندانی نرسید.
اولین قدم‌های موفقیت‌آمیز برای تدوین جدول تناوبی در سال 1789 توسط آنتوان لاوازیه برداشته شد. او فهرستی از 33 عنصر شیمیایی منتشر کرد که در گروه‌های گازی، فلزی، نافلزی و خاکی دستهبندی شده بود. به این ترتیب برای اولین بار فهرست مشخصی از عناصر شیمیایی تدوین شد که می‌توانست راهگشا و راهنمایی برای دانشمندان دیگر باشد.
تدوین جدول وزنی توسط بنیامین ریشتر!
پس از آن‌که لاوازیه به دستهبندی عناصر براساس معیارهای خودش پرداخت، دانشمند دیگری به نام یرمیا بنیامین ریشتر وارد کار شد. او در سال 1790 با آزمایش‌ها و تحقیقات گوناگون، جدولی براساس وزن عناصر تهیه کرد. یرمیا برای دسترسی به این نتیجه مقدار وزنی اسیدهایی که با یک مقدار مشخص باز ترکیب می‌شدند را به همراه وزن فلزات مختلط با اسید را اندازه‌گیری کرد. سپس آن‌ها را به ترتیب یادداشت کرد و نتایج را براساس اعداد آن‌ها دستهبندی نمود. این یک جدول وزنی ابتدایی از عناصر شیمیایی بود.
یوهان ولفنگ و توجه به ویژگی عناصر
در سال 1829 یک شیمیدان آلمانی به نام یوهان ولفنگ دوبرآینر با مطالعه‌ی عناصر شیمیایی به نتیجه جالبی رسید. او به این موضوع پی برد که بسیاری از عناصر شیمیایی را می‌توان براساس ویژگی آن‌ها در سه دسته طبقه‌بندی کرد.
یوهان طی تحقیقات خود جرم شیمیایی لیتیم، سدیم و پتاسیم را به دست آورد و آن‌ها را در دسته‌ی فلزات واکنش‌پذیر نرم قرار داد. علاوه بر این، چگالی همانند آن‌ها را کشف کرد و با مطالعات خود موجب شناسایی دو عنصر اسکاندیم و فورفورال شد.
ادامه‌ی مسیر توسط لئوپولد آلمانی
چند سال بعد، مسیر ولفنگ دوبرآینر توسط یک شیمیدان آلمانی به نام لئوپولد گملین ادامه یافت. او بر اساس مطالعات خود توانست از تقسیم‌بندی سه‌تایی ولفنگ فراتر برود و جدول گسترده‌تری خلق کند.
لئوپولد توانست ده دسته‌ی سه تایی، سه دسته‌ی چهارتایی و یک دسته‌ی پنج‌تایی از عناصر شیمیایی را شناسایی کند. به این ترتیب شیوه‌ی جدیدی از تقسیم‌بندی عناصر شیمیایی در اختیار علاقه‌مندان و دانشمندان حوزه‌ی شیمی قرار گرفت.
کشف ارتباط عناصر توسط آگوست ککوله
پس از این اکتشافات، شیمیدانان توانستند به ارتباط موجود در میان عناصر شیمیایی پی ببرند. با این حال هیچ کدام از آن‌ها قادر به تدوین جدولی جامع و کامل از عناصر شیمیایی نبودند.
تا اینکه در سال 1858 یک شیمیدان آلمانی به نام فریدریش آگوست ککوله به این نتیجه رسید که کربن با چهار اتم پیرامون خود ارتباط برقرار می‌کند. تحقیقات مربوط به این اکتشاف کم‌کم گسترش یافت و بعدها با عنوان والانس یا ظرفیت الکترون‌ها نامگذاری شد (والانس یک اتم تعداد اتم‌هایی است که با آن اتم پیوند می‌خورد).
تدوین نخستین جدول توسط دو شانکورتوآ
سرانجام در سال 1862 یک زمین‌شناس فرانسوی به نام الکساندر دو شانکورتوآ نخستین جدول تناوبی را طراحی و منتشر کرد و نام آن را مارپیچ گذاشت. او عناصر موجود در جدول را براساس اعداد اتمی آن‌ها از کم به زیاد مرتب کرد و عناصر شبیه به هم را در جدو‌ل‌های نزدیک به هم قرار داد. از آنجا که او یک دانشمند زمین‌شناسی بود، مقاله‌ی تدوین شده‌اش در خصوص جدول تناوبی مورد توجه چندانی قرار نگرفت و بیشتر در حوزه‌ی زمین‌شناسی مطالعه و بررسی شد.
جدول لوتار میر و مندلیف
در سال 1864 یک شیمیدان آلمانی به نام جولیوس لوتارمیر جدولی با 44 عنصر ارائه کرد و ترکیب آن‌ها را براساس والانس عناصر قرار داد. پنج سال پس از آن دیمیتری مندلیف با بهره‌گیری از تحقیقات دانشمندان پیشین، نسخه‌ی نخست جدول عناصر خود را منتشر کرد.
پس از موفقیت جدول اولیه‌ی مندلیف، لوتار نیز نسخه‌ی جدول پیشین خود را گسترش داد و آن را در سال 1870 به انجمن شیمی ارائه داد. جدول عناصر این دو دانشمند از بسیاری جهات به یکدیگر شبیه بود؛ هردوی آن‌ها عناصر را براساس وزن اتمی تقسیم کرده و ویژگی آن‌ها را در هر ردیف تکرار کرده بودند.
چرا جدول مندلیف به موفقیت بیشتری رسید؟
با وجود اینکه مندلیف و لوتارمیر در یک زمان و به یک شکل جدول خود را منتشر کردند، نسخه‌ی مندلیف به موفقیت بیشتری دست یافت. نخستین علت محبوبیت آن این بود که مندلیف جای عناصر ناشناخته را خالی گذاشته بود، اگرچه آن‌ها را به گونه‌ای حدس زده بود. علاوه بر این، مندلیف گاهی برخلاف لوتارمیر وزن اتم‌ها را نادیده گرفته بود و به جای آن، عناصر را براساس ویژگی آن‌ها تقسیم‌بندی کرده بود. این عوامل موجب شد که جدول تناوبی او با اقبال بیشتری روبه‌رو شود و از سوی مردم و دانشمندان مورد تایید قرار بگیرد.
ادامه‌ی راه مندلیف توسط هوراس گرووز دمینگ
مندلیف بعدها جدول تناوبی خود را گسترش داد و چند تغییر جزئی در آن ثبت کرد. این جدول بعدها دستخوش تغییراتی شد و عناصر جدیدی توسط دانشمندان شیمی به آن اضافه شد. در سال 1932 یک شیمیدان آمریکایی به نام هوراس گرووز دمینگ دو نسخه‌ی کوتاه از جدول مندلیف منتشر کرد.
آنچه امروزه به عنوان جدول تناوبی عناصر شناخته میشود، یکی از نسخه‌های این دانشمند است که در صورت 18 ستون منتشر شد و در مدارس و دانشگاه‌ها مورد مطالعه قرار گرفت. جالب است بدانید گسترش جدول مندلیف با تاریخچه‌ی دور و درازش همچنان ادامه دارد و حتی ممکن است در سال‌های آینده عناصر شیمیایی تازه‌ای به آن افزوده شود.
چند حقیقت جالب درباره جدول مندلیف
1. ویژگی شیمیایی برخی از عنصرها هنوز ناشناخته است
تاکنون 118 مورد از عناصر شیمیایی جدول مندلیف شناسایی و نامگذاری شده‌اند. با این وجود ویژگی شیمیایی برخی از این عناصر همچنان ناشناخته مانده است و بنابر تحقیقات پژوهشگران، عناصر گاهی اوقات رفتارهایی متفاوت با گروه و رده‌ی شیمیایی خود نشان می‌دهند. مثلا عنصر فلروویوم با شماره 114 که در گروه کربن‌های جامد قرار دارد رفتاری مشابه عنصر رادون دارد که در گروه گازهای نجیب است.
2. برخی از عناصر آن قابلیت تغییر مکان دارند
برخی از عناصر جدول شیمیایی مندلیف مانند هیدروژن و هلیم براساس رفتارهای خاصی که دارند، هر بار در مکان‌های متفاوتی قرار می‌گیرند. عنصر هیدروژن معمولا بالای لیتیم قرار دارد؛ اما چون گاهی شبیه به فلوئور و کربن نیز رفتار می‌کند، جابه‌جا میشود و بالای آن‌ها جای می‌گیرد. جایگاه هلیم نیز در اکثر مواقع بالای عنصر نئون است، اما به دلیل شباهت آرایش الکترونی آن به بریلیم گاهی بالای آن هم قرار می‌گیرد.
3. بالاترین عدد اتمی آن ناشناخته و مجهول است
با وجود اینکه علم شیمی روزبه‌روز در حال توسعه و پیشرفت است، همچنان بالاترین عدد اتمی عناصر شیمیایی غیرقابل شناسایی و مجهول است. هرکدام از شیمیدانان در سال‌های مختلف یکی از عناصر را به عنوان عدد نهایی معرفی کردند؛ اما پیشرفت تحقیقات شیمیایی نظرات آن‌ها را نقض کرد و عددهای بالاتری را به ثبت رساند.
نخستین بار دانشمندی به نام الیوت آدامز در سال 1911 به این نتیجه رسید که بالاترین وزن اتمی متعلق به عناصر شماره‌ی 99 و 100 امروزی است. پس از آن ریچارد فاینمن عنصر 137 را آخرین عنصر جدول دانست؛ اما فردی به نام آلبرت خزان نتایج او را زیر سوال برد و آخرین عنصر را عنصر 155 دانست. به این ترتیب تشخیص بالاترین عدد اتمی همچنان غیرممکن است و چنین به نظر می‌رسد که همزمان با پیشرفت علم، بشر به نتایج تازه‌تری درباره عناصر شیمیایی دست یابد و اعداد بالاتری را کشف کند.
4. تناقضاتی درباره قرارگیری جیوه در جدول مندلیف وجود دارد
فلز واسطه به عناصری گفته میشود که زیرلایه‌ی d آن هنوز پر نشده است، به همین علت می‌تواند تعداد کاتیون‌ها را افزایش دهد. برخی از شیمیدانان عقیده دارند به علت اینکه جیوه می‌تواند از الکترون‌های زیرلایه خود برای تشکیل جیوه‌ی فلوئورید استفاده کند، در گروه فلزها و عناصر واسطه قرار می‌گیرد. اما عده‌ای دیگر بر این عقیده هستند که این شرایط بسیار غیرمعمول و نادر است و تنها در مواقع خاص اتفاق می‌افتد؛ به همین علت نمی‌توان جیوه را در دسته‌ی عناصر واسطه قرار داد.
براساس این تفاسیر همچنان نمی‌توان ماهیت و دستهبندی حقیقی عنصر جیوه را تشخیص داد و تناقضات مختلفی درباره‌ی آن وجود دارد. مسلما طی سال‌های آینده دانشمندان به نتایج و حقایق واضح‌تری درباره این عنصر دست خواهند یافت و تناقضات مربوط به آن را حل خواهند کرد.
5. هر چند سال عناصر تازه‌ای به این جدول افزوده میشود
شاید جالب باشد بدانید آنچه امروزه به عنوان جدول عناصر شیمیایی شناخته میشود، در مقایسه با نسخه‌های آینده‌ی آن بسیار ناقص و محدود خواهد بود. معمولا هر چند سال، دانشمندان شیمی بر اساس مطالعات و تحقیقات خود عناصر شیمیایی تازه‌ای کشف می‌کنند و تعداد عناصر کشف‌شده را افزایش می‌دهند. به این ترتیب جدول مندلیف قابل گسترش است و هرساله عناصر تازه‌ای به آن اضافه میشود.
به عنوان نمونه، عنصرهای 113، 115 ،117، 118 از اولین عناصری هستند که بعد از سال 2011 کشف شدند و به جدول شیمیایی اضافه شدند. اگرچه همچنان ویژگی شیمیایی آن‌ها ناشناخته مانده است و نیاز به تحقیقات و مطالعات بیشتری دارد.
6. درباره‌ی قالب حقیقی جدول مندلیف قطعیت وجود ندارد
امروزه قالب‌های گوناگونی از جدول تناوبی وجود دارد که براساس معیارها و اشکال گوناگون تقسیم‌بندی شده‌اند. دانشمندان نمی‌توانند به طور قطعی تعیین کنند که قالب اصلی جدول مندلیف کدام است و این قالب‌هایی که اکنون وجود دارند حقیقی هستند یا صرفا بر اساس ذهنیات و عقاید انسان‌ها تنظیم شده‌اند؟ بدیهی است این خصوصیت جدول مندلیف نیز طی سال‌های آینده به یک نتیجه‌ی قطعی می‌رسد و دانشمندان را از گمراهی واقعیت یا افسانه نجات می‌دهد.
زندگینامه دیمیتری مندلیف
تا این بخش از مقاله‌ی دانشگاه کسب و کار با جدول تناوبی مندلیف و ویژگی‌های جالب آن آشنا شدید. اکنون قصد داریم به شرح زندگی خالق آن، دیمیتری مندلیف بپردازیم و مسیری که موجب جذب او به دانش شیمی شد را بررسی کنیم.
دیمیتری ایوانوویچ مندلیف در 8 فوریه سال 1834 در یکی از روستاهای نزدیک به توبولسک در کشور روسیه متولد شد. پدربزرگ او پاول ماکسیمویچ سوکودوف نام داشت و کشیش کلیسای ارتدکس بود. پدر او نیز مدیر یک مدرسه‌ی محلی بود و به تدریس علوم سیاسی، فلسفه و هنر در مدارس اطراف می‌پرداخت.
دوران کودکی
ظاهرا مندلیف کوچکترین فرزند یک خانواده‌ی پرجمعیت بود. بعد از آن‌که پدر او به دلایل خاصی بینایی خود را از دست داد، مادرش برای جبران هزینه‌های زندگی مجبور شد در کارخانه‌ی شیشه‌ای که متعلق به خودشان بود فعالیت کند. این وضعیت تا حدودی برای مندلیف و خواهر و برادرانش دشوار بود؛ چرا که مادرش نمی‌توانست تمام هزینه‌های زندگی دوازده خواهر و برادر او را تامین کند.
هنگامی که مندلیف سیزده سال داشت، اوضاع بدتر شد؛ پدرش درگذشت و کارخانه‌ی آن‌ها طی یک سانحه‌ی آتش‌سوزی از بین رفت.
تحصیل در مقطع دکترا
از شرایط زندگی و خانواده‌ی مندلیف در دوران نوجوانی و جوانی او اطلاعات چندانی وجود ندارد. مندلیف پس از مرگ پدرش در سن سیزده سالگی وارد مدرسه‌ی ژیمناسیم در شهرستان توبولسک شد. او علاقه‌ی فراوانی به تحصیل و یادگیری داشت و پس از دوران دبیرستان متوجه علاقه و استعداد فراوان خود در حوزه‌ی علوم شیمی شد.
به این ترتیب تا مقطع دکترا به تحصیل در رشته‌ی شیمی پرداخت و سرانجام در سال 1856 پایان‌نامه‌ی خود را با موضوع ترکیبات آب و الکل به اتمام رساند.
مندلیف و کرسی استادی
مندلیف به خاطر دانش و استعداد خود توانست در سال 1864 و 1865 در دانشگاه ایالتی سن‌پترزبورگ و مؤسسه‌ی تکنولوژی آن به تدریس بپردازد و استاد دانشگاه شود. او در این مدت افتخارات و مدال‌های علمی فراوانی از کشورهای مختلف اروپا خصوصا انجمن سلطنتی انگلستان دریافت کرد. با این حال علاقه چندانی به تدریس نداشت. به همین علت در 17 اوت 1890 از دانشگاه سن‌پترزبورگ استعفا داد.
سایر مشاغل و فعالیت‌های مندلیف
مندلیف پس از استعفا از دانشگاه، در سال 1893 مدیریت اداره بین‌المللی اوزان و مقیاس‌ها را برعهده گرفت. پس از آن در سال 1905 عضو آکادمی سلطنتی علوم سوئد شد.
او یک سال بعد به علت کشف ساختار تناوبی عناصر شیمیایی، نامزد دریافت جایزه نوبل شیمی از سوی کمیسیون شیمی نوبل شد. اما مخالفت‌های یکی از افراد حاضر در مراسم به نام سوانت آرنیوس مانع از انتخاب مندلیف به عنوان برنده‌ی نوبل شیمی شد. این فرد عقیده داشت انتخاب او تنها به این دلیل که ساختار عناصر را کشف کرده قدیمی است و به درد جایزه‌ی سال 1906 نمی‌خورد!
پایان زندگی دانشمند بزرگ شیمی
پس از این اتفاق، مندلیف بار دیگر در سال 1907 در میان نامزدهای برنده‌ی جایزه‌ی نوبل شیمی قرار گرفت. اما این بار هم مخالفت‌های شدید آرنیوس مانع از انتخاب او شد و مندلیف را ناکام از دریافت جایزه‌ی نوبل کرد.
دیمیتری ایوانوویچ مندلیف در همان سال به بیماری آنفولانزا مبتلا شد و سرانجام در سال 1907 در سن 72 سالگی چشم از جهان فروبست.
دستاوردهای علمی ارزشمند مندلیف
- مندلیف با تحقیقات و مطالعات خود در حوزه شیمی موجبات تدوین جدول امروزی عناصر را فراهم نمود. او وجود سه عنصر به نام‌های اکاآلومینیوم، اکابور و اکاسیلیسیم را پیش‌بینی کرد که بعدها با نام‌های گالیوم، اسکاندیوم و ژرمانیوم کشف شد و در جدول عناصر قرار گرفت.
- این دانشمند بزرگ در رشته‌های فیزیک، کشاورزی و صنعت نیز مطالعه و تحقیق داشت. چنان‌چه در حوزه‌ی دانش شیمی – فیزیک به بررسی انبساط مایعات با گرما پرداخت و به قانونی در خصوص یکنواختی انبساط گازها دست یافت. علاوه بر این درباره‌ی اتر نیز فرضیات جالب و تاثیرگذاری مطرح کرد.
- یکی از اقدامات مهم مندلیف، تحقیقات او در خصوص نفت بود. او به بررسی منشا آن پرداخت و به این نتیجه رسید که هیدروکربن‌ها جایی در اعماق زمین شکل گرفته و تولید می‌شوند. تحقیقات این دانشمند بزرگ در خصوص نفت کمک بزرگی به ساخت اولین پالایشگاه نفتی روسیه کرد.
سخن پایانی
مندلیف یکی از بزرگترین دانشمندان شیمی بود که با تحقیقات و مطالعات خود موجب شکل‌گیری یک جدول کامل از عناصر شیمیایی شد. به همین علت ما در این مقاله از دانشگاه کسب و کار به روند ایجاد جدول تناوبی پرداختیم و زندگینامهی خالق آن را بررسی کردیم. امروزه جدول تناوبی عناصر از اهمیت زیادی در میان مردم و دانشمندان برخوردار است و موجب پیشبرد و گسترش علم شیمی و عناصر آن شده است. سازمان ملل، سال 2019 میلادی را به علت سالگرد 150 سالگی جدول تناوبی، سال جهانی جدول تناوبی عناصر شیمیایی نامگذاری کرد.
نطر شما درباره‌ی این جدول شیمیایی چیست؟ آیا از مسیر پر پیج و خم جدول عناصر شیمیایی تا تدوین نهایی آن توسط مندلیف آگاهی داشتید؟
