הטבלה המחזורית

טבלה המארגנת את היסודות הכימיים
(הופנה מהדף המערכה המחזורית)

הטבלה המחזורית או המערכה המחזוריתאנגלית: Periodic table of elements או Periodic table), המכונה גם 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.

דמיטרי מנדלייב, הוגה הטבלה
אחת הצורות של הטבלה המחזורית של מנדלייב, בספרו עקרונות הכימיה משנת 1870 (בתמונה תרגום לאנגלית משנת 1891). בעמודה הימנית ה"מחזור" של היסודות, כיום ידוע שמספר המחזור של מנדלייב קשור למספרי אורביטלים אטומיים.

בתקופה שבה הציע מנדלייב את שיטתו הוצעו גם שיטות מיון נוספות, לדוגמה שיטה שפותחה על ידי גוסטבוס דטלף הינריכס.

בשנת 1865, ארבע שנים טרם הציע מנדלייב את הצעתו, הציע כימאי אנגלי בשם ג'ון ניולנדס לסדר את היסודות בטבלה לפי משקלם האטומי ולפי סדר לו קרא 'חוק האוקטבות' שהיה שאול מאוקטבה מוזיקלית. לפי הסידור הזה כל היסודות חולקו על ידי ניולנדס לשמונה משפחות ומכאן הגיע שמו של החוק שקבע. טבלת מנדלייב נחשבת לשיטה המוצלחת ביותר, שכן הניבויים שלה הם המדויקים ביותר. מנדלייב, באמצעות הטבלה שבנה, הניח את התשתית לתאוריית התורה האטומית. 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 שטבלת מנדלייב ניבאה הם סקנדיום, גליום וגרמניום, שלא היו ידועים בעת שנערכה, והתאימו במדויק למקומות החסרים בטבלה ולתכונות המצופות לפי המקום.

מבנה הטבלה

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 ב מספרים האטומיים 1 ו-2. מספר המחזור מעיד על מספר קליפות האלקטרונים סביב גרעין האטום בשורה. כך לאטומים במחזור הראשון יש רק קליפת אלקטרונים אחת, היות שהקליפה הראשונה יכולה להכיל רק 2 אלקטרונים לכל היותר.
  • 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 אחד, ואילו קליפת היסודות בקצה הימני מכילה 8 אלקטרונים (המספר המקסימלי האפשרי; כלומר, קליפתם מלאה לגמרי באלקטרונים). לדוגמה, ליתיום וניאון מכילים שניהם שתי קליפות אלקטרונים, כיוון ששניהם מצויים בשורה השנייה של הטבלה. הקליפה החיצונית של ליתיום מכילה אלקטרון אחד, וזו של ניאון – 8 אלקטרונים. (יוצאת דופן היא השורה הראשונה, בה להליום, היסוד האחרון בשורה, רק שני אלקטרונים, משום שהקליפה הראשונה יכולה להכיל רק שניים). האלקטרונים בקליפה החיצונית מכונים "אלקטרוני ערכיות".
  • 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 שלכל היסודות באותה קבוצה תכונות כימיות דומות, והם מהווים ברוב המקרים קבוצה מוגדרת בעלת שם (לדוגמה הלוגנים, מתכות אלקליות, גזים אצילים, 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.

משפחה כימית 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
Og
117
Ts
116
Lv
115
Mc
114
Fl
113
Nh
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


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) ואוגאנסון (יסוד מספר 118).

חלוקות שונות של הטבלה המחזורית

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

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
Nh
‏114
Fl
‏115
Mc
‏116
Lv
‏117
Ts
‏118
Og
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

עריכה
 
הטבלה המחזורית מחולקת לבלוקים
  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 שישה אלקטרונים, ומכילה את ששת הטורים האחרונים (13–18). קליפה d מכילה עד 10 אלקטרונים ומשויכות אליה מתכות המעבר וכן יסודות הטור 12: אבץ, קדמיום וכספית (שאינם מתכות מעבר מכיוון שקליפה d שלהם מלאה בכל מצבי החמצון). קליפה f מכילה עד 14 אלקטרונים ומכילה את הלנתנידים והאקטינידים.

שם ומסה אטומית

עריכה
  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 אטומית מאוחדת (u) ושווה בקירוב לסך מסת הפרוטונים והנייטרונים.

יסוד יסומן עם שמו ומסתו האטומית, 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

עריכה

תצורות אלטרנטיביות לסידור היסודות

עריכה
  • כיוון שעומד היגיון מאחורי סידור הטבלה, ובכלל במהות היסודות השונים לפי סדר עולה במספר אטומי, לעיתים מעוצבות צורות אלטרנטיביות להצגת היסודות[1].
  • ניתן למצוא גם צורות אינפוגרפיות שונות לטבלה.
  • יש טבלאות המסודרות בצורה הרגילה, אך במיקום היסודות יש גם תמונה (אם אפשרית) של היסוד בטמפרטורת החדר[2], או של שימוש נפוץ באותו יסוד[3].
  • הטבלה מהווה גם השראה לטבלאות אחרות בנושאים שונים, שלאו דווקא קשורים ליסודות עצמם[4].

ראו גם

עריכה

לקריאה נוספת

עריכה

קישורים חיצוניים

עריכה
  מדיה וקבצים בנושא הטבלה המחזורית בוויקישיתוף

הערות שוליים

עריכה