تبلیغات
اخبار و مقالات داغ تکنولوژی / مقایسه گوشی، تبلت ، لپ تاپ ، خودرو ، تازه ترین گجت ها / لازمه ایجاد سبکی متفاوت برای زنگی - پیدایش مفهوم عناصر و تاریخچه آن

اکتشافات عناصر

بعضی از فلزات، که بعدها به عنوان عناصر شناخته شدند، خاصله آهن و مس، بر انسان اولیه شناخته بوده‌اند. عناصر دیگری که از قدیم الایام انسان آنها را می‌شناخته، نقره، سرب، قلع، جیوه، کربن وگوگرد بوده‌اند. ارسنیک، بیسموت و آنتیموان از اکتشافات کیمیاگران است. ولی کاشف اولیۀ آنها قطعاً معلوم نیست. اولین کسی که به طور یقین می‌دانیم کهکاشف عنصر جدیدی است، هنینگ برانت (یا براند) (Hening Brant) کیمیاگر هامبورگی است که در 1669 فسفر را از ادرار انسان تهیه کرد.
پیدایش مفهوم عنصر به عنوان نوع متمایزی از ماده که با اعمال شیمیائی قابل تبدلی به نوع دیگری از ماده نیست، از تحقیقات (1661) رابرت بوبل ناشی شده است. در 1789 لاووازیه نخستین فهرست علمی عناصر را منتشر کرد، که اگرچه مشتمل بر اشتباهاتی بزرگ بود (مثلاً نور وحرارت یا "کالوریک" ازعناصر شمرده شده بود) نام 23 عنصر واقعی در ان آمده بود، لاووازیه ضوابطی برای اثبات اینکه عنصری مرکب از چیز دیگری نیست، وضعکرده بود (اگرچه خود همواره از آن پیروی نمی‌کرد). بهرحال، تا سال 1860، تنها راه تشخیص عنصر بودن یک ماده فعل و انفعال شیمیائی بود، تا آنکه ر.و. بونزن و کیرشهوف راه تجزیۀ طیفی را گشودند.در این زمان، 63 عنصر از عناصری که اکنون می‌شناسیم کشف شده بود. در 1900 عدۀ عناصر کشف شدهبه 82 رسید و در 1925 همۀ عناصری که امروز می‌شناسیم شناخته بودند، جز عناصرمصنوعی که پس از آن از طریق بمباران هسته‌ای بدست آمده‌اند.
کشف تعدادی از عناصر پس از بعضی ترقیات علمی عمیق صورت گرفت. مثلاً پس از عطف توجه محققین به نیروی برق و مخصوصاًکشف طریقه‌ای برای تولید جریانمتصل برق بوسیلۀ آ.ولتا بود که سر ﻫ.دیوی در 1807-8 موفق به کشف دو فلز قلیائی (سدیم و پتاسیم) و چهار فلز قلیائی خاکی( باریم، کلسیم، منیزیم و سترونسیوم) از راه تجریۀ برقی گردید. در بیست سال پس از 1860، مفهوم قانون تناوب و فن طیف نمائی روشهای انقلابی جدیدی برای اکتشاف و پیشگوئی عناصر جدید پدید آورد. و در فاصلۀ 1875-1905 قریب 25 عنصر جدید کشف شد. بالاخره، پیدایش نظریۀ هسته‌ای و پیشرفتهای فنی وابستۀ به آن در دهۀ 1930-40 منجر به کشف چهار عنصر "مفقود" جدول تناوبی (تکنتیوم، پرومتئوم، آستات و فرانسیوم) وتا 1961 وسیلۀ کشف یازده عنصر ماوراء اورانیوم (منتهی به لاورنسیوم با عدد اتمی 103) گردید.
چون بعضی از عناصر به بیش از یک اسم نامیده می‌شدند،در اتحادیۀ بین المللی شیمی در 1949 توافقی بر سر تسمیۀ آنها حاصل شد، برای عناصر شمارۀ 93، 94، 95 و 96 نامهای رسمی اتخاذ شد. نامهای چهار عنصر مصنوعی بدین شرح تثبیت شد:
نام سابق                نام کنونی
تکنتیوم، مازوریوم            تکنتیوم
ایلینیوم                    پرومتئوم
آلابامین                آستات
فرانسیوم، ویرژینیوم            فرانسیوم
برای عنصر شمارۀ 74، کهدر ایالات متحده و انگلستان مدتها تنگستن خوانده می‌شد، نام بین المللی ولفرام اتخاذ شد. از تغییرات دیگر قبول نام بریلیوم به جای گلوسینوم یا گلوسینیوم و نام نیوبیوم به جای کولومبیوم را می‌توان نام برد.

تکامل نظریه عناصر

آنچه اکنون از ماهیت عناصر می‌دانیم از یک رشته اکتشافات بسیار مهم دربارۀ ساختمان اتم سرچشمه می‌گیرد که بیشتر آنها توسط دانشمندان انگلیسی صورت گرفته است. در 1897 ج.ج. تامسن وجود الکترون را مدلل کرد وآن نخستین ذرۀ ریز اتمی است که شناخته شد. در سال 1898 و. وین آلمانی پروتون راکشف کرد با آنکه سومین ذرۀ زیر اتمی، یعنی نوترون، در 1932 توسط ج. چدویک در انگلستان کشف شده باید گفت که کشف همان دو ذرۀ نخستین وسیلۀ پیدایش و پیشرفت نظریه‌های جدید دربارۀماهیت اتمها و عناصر بوده است. در 1908-9، گایگر و مارسدن، که زیر نظر ا. رادرفرد، فیزیکدان انگلیسی، کار می‌کردند بهتجربیاتی پرداختند و در نتیجه، این نظر پیدا شدکه اتم تشکیل یافته است از هستۀ متکاثقی که بر گرد آن الکترونهائی قمروار درگردش هستند، میان هسته و الکترونها فضای خالی است. کمی پس از آن ه.گ.ج. موزلی، عالم انگلیسی طریقۀ تعیین عدۀ بارهای مثبت (پروتونها) هستۀ اتم را کشف کرد و به این نتیجه رسید که شمارۀ پروتونها (که در مورد ئیدروژن برابر 1 است) با افزایش وزن اتمی بالا می‌رود. (چهار استثنا در عناصر طبیعی وجوددارد پتاسیم، نیکل، یود و پروتاکتینیوم) شمارۀ پروتونهای هر اتم عدد اتمی آن خوانده شد. موزلی، از راه مقایسۀ اشعۀ ایکس صادر از عناصر که به عنوان آنود در لولۀ اشعۀ ایکس قرار داده شوند، به این نتایج رسید. وی متوجه شد که هر عنصر اشعۀ ایکس صادر می‌کند که طول موج مخصوص به خوددارد.
اکتشاف دیگری در همین دوره دانشمندان را بر آن داشت که برای ماهیت عنصر تعریف تازه‌ای وضع کنند. پیش از آن، عنصر را ماده‌ای تعریف می‌کردند که از اتمهای متماثل تشکیل شده است، ولی تحقیقات ف. سادی، ج.ج. تامسن و دیگران ثابت کرد که بعضی از عنصار از اتمهائی تشکیل شده‌اند که اوزان اتمی آنها متفاوت است. بنابراین همۀ اتمهای یک عنصر کاملاً مشابه نیستند. ولی البته، همۀ آنها دارای یک عده پروتون (یعنی دارای یک عدد اتمی) می‌باشند. سادی این اتمهای دارای اوزان اتمی متفاوت از عنصر واحد را ایزوتوپ (همجا) نام نهاد (1903). اکنون معلوم شده است کههر عنصر لااقل دو عنصر همجا دارد.

عنصر(onsor) = جمعش عناصر (anaser)

در شیمی، ماده‌ای که با وسایل شیمیائی قابل تجزیه نباشد و بر طبق نظریات کنونی در باب ساختمان ماده، ماده‌ای که همۀ اتم‌های آن دارای یک عدد اتمی هستند. در پایان سال 1961، عده‌ای عناصر شناخته شده، اعم از عناصر طبیعی و عناصر مصنوعی، 103 بود، که اسامی و تاریخ کشف آنها در جدول ضمیمه آمده است. به هر عنصر= یک وزن اتمی نیز نسبت می‌دهند. مقیاس سنجش وزن اتمی عناصر وزن اتم اکسیژن است، که علمای شیمی برای آن وزن اتمی متوسط 16.00000 را قائل شده‌اند.

فراوانی و منشأ عناصر

از تحقیق در خطوط جذبی تاریک طیف ستارگان و خورشید معلوم شده است که دو عنصر سبکتر از سایرین، یعنی ئیدروژن و هلیوم، از همۀعناصر دیگر در جهان به مراتب فراوانترند. نزدیک دو ثلث جرم ستارگان متعارفی ئیدروژن، و یک ثلث آن هلیوم است و جرم عناصر دیگر روی هم رفته، قریب 2درصد می‌باشد. سه عنصر پس از ئیدروژن و هلیوم یعنی لیتیوم و بریلیوم و بور، بسیار نادرند و سه عنصر بعد از اینها یعنی کربن و نیتروژن واکسیژن قسمت عمدۀ 2درصد مذکور در فوق راتشکیل می‌دهند. فراوانی عناصر سنگینتر، تا عدد اتمی 30، به سرعت با افزایش عدد اتمی کاهش می‌پذیرد و فراوانی عناصر فوق العاده سنگین از چند بیلیونیم جرم ئیدروژن تجاوز نمی‌کند.
تجزیۀ طیفی اغلب عناصر بسیار سنگین چندان دقتی ندارد و از تجزیۀ شیمیائی و رادیوشیمیائی شهابسنگها نتایج دقیقتری در باب فراوانی نسبی عناصر غیر فرار بدست می‌آید. مدتها این مطلب را می‌دانستند که فراوانی عناصر و بالخاصه فراوانی هر عنصر همجا، نظمی نظرگیر دارد، که ظاهراً بایستی باخواص فیزیکی هسته‌ای ایزوتوپهای موردنظر مرتبط باشد. در 1956 ه.ا.زوس (
Zus) و ه.ک.یوری با قبول این فرض که نظم و ترتیب خاصی در خواص هسته‌ای وجوددارد، جدولی برای وفور و فراوانی عناصر منتشر کردند که کلید کشف نظریه‌هائی بوده است که ازآن زمان به بعد دربارۀ منشأ عناصر عرضه شده است.
در سالهای گذشته چنان فرض می‌شد که جهان، به صورت کلی، ترکیب شیمیائی متجانسی دارد. بر اساس این فرض، نظریاتی پیشنهاد شد دایر بر اینکه عناصر در مرحله‌ای از مراحل اولیۀ تکامل جهان که کثرت دما برای وقوع فعل و انفعالات هسته‌ای مناسب بوده تشکیل یافته‌‌اند. پس از آنکه کشف شد که قسمتهای عظیمی از جهان فاقد تجانس شیمیائی است، این نظریات از درجۀ اعتبار ساقط شد. در بعضی از ستارگان، میزان وفور عناصر سنگین صد یا هزار بار کمتر از خورشید است. در ستارگانی دیگر، بعضی از عناصر بسیار فراوان است و این به علت فعل و انفعالات هسته‌ای درونی آنها است.
اکنون این نظر قبول عام یافته است که عناصر سنگین، در نتیجۀ فعل و انفعالات هسته‌ای درون ستارگان، از ئیدروژن ساخته شده‌اند. از گازها وغبارهائی که میان ستارگان واقع است، ستارگان دیگری پدید می‌آیند. فعل و انفعالات حرارتی هسته‌ای محتوی ئیدروژنی عظیم ستاره را به هلیوم تبدیل می‌کند. به تدریج که عمر ستاره افزایش می‌یابد، دمای مرکزی آن زیاد می‌شود و هلیوم به کربون و اکسیژن مبدل می‌گردد. این عناصر، به نوبۀ خود رد دماهای عالیتر به عناصر سنگینتر تبدیل می‌شوند، تا جائی برسد که عنصر آهن به وجود آید. بعضی از فعل و انفعالات فرعی نوترونها را به وجود می‌آورند، که جذب عناصر دیگر می‌شوند وهسته را سنگینتر می‌سازند وسنگین‌ترین عناصر موجود در طبیعت از این راه بوجود می‌آیند. ستارگان در پایان دورۀ فعال وتحولی خود بسیاری از محصولات را- غالباً به صورت شگفت انگیز نواختران و ابر نواختران- به فضا بیرون می‌ریزند وبدین گونه مقدار عناصر سنگین موجود در گاز و غبار میان ستارگان افزایش پیدا می‌کند.

ماهیت عناصر

بر طبق مفهوم کنونی عنصر،ماهیت هر عنصر بوسیلۀ اتمهای آن مشخص می‌شود.
اتم هر عنصر دارای تعداد معینی پروتون، الکترون، و نوترون است. هر تغییری در عدۀ این ذرات ریز اتمی سبب تغییر اتمهای عنصر و بنابراین تغییری در آن عنصر می‌شود. اگر عدۀ پروتونهای اتم تغییر کند، آن اتم به اتم عنصری دیگر مبدل می‌شود. مثلاً با شکافت هسته‌ای اتمهای عنصر اورانیوم (دارای عدد اتمی 92) می‌توان اتمهای عناصر نپتونیوم (با عدد اتمی 93) و پلوتونیوم (با عدد اتمی 94) را بدست آورد. اگر عدۀ الکترونهای یک اتم تغییر کند، آن اتم به اتم عنصر جدیدی مبدل نمی‌شود، ولی رفتار شیمیائی آن تغییر می‌کند. مثلاً اگر اتم پتاسیم یک الکترون از دست بدهد به صورت یون پتاسیم درمی‌آید، یعنی رفتار آن ازوضع یک اتم خنثی به وضع یک اتم دارای بار برقی مثبت مبدل می‌شود. اگر عده‌ای نوترونهای یک اتم تغییر کند،اتم به اتم عنصر جدیدی مبدل نمی‌شود، ولی وزن اتمی آن تغییر می‌کند (زیرا وزن اتمی یک عنصر حاصل جمع اوزان پروتونها ونوترونهای آن است). و با چنین تغییری یک اتم همجا (ایزوتوپ) حاصل می‌شود، یعنی اتمی که شمارۀ پروتونهای آن با اتم عنصر نخستین تفاوتی ندارد، ولی شمارۀ نوترونهای آن با نوترونهای اتمهای دیگر آن عنصر متفاوت است. خواص شیمیائی همۀ همجاهای یک عنصر یکسانند زیرا خواص شیمیائی هر عنصر با عدد اتمی آن مشخص می‌شود، نه با وزن اتمی آن.

مفهوم قدیم عنصر

فلاسفۀ یونان باستان در زیر فلک قمر قائل به چهار عنصر یا عناصر اربعه (Anasere Arbae) بودند، آتش، هوا، آب و خاک وهمه چیز را ساخته از آنها می‌دانستند. برای عناصر طبایع و خواصی قائل بودند و آتش را خشک و گرم، هوا را تر و گرم، آب را تر و سرد و خاک را خشک و سرد می‌دانستند. معتقد بودند که عناصر اربعه به یکدیگر منقلب (تبدیل) می‌توانند شد و انقلاب هر یک را به خلع صورت نوعی آن و درآمدن آن به صورتی دیگر می‌دانستند و زوال صورت را فساد (Fesad) و حصول صورت را کون (Kan) می‌گفتند. مثلاً در تبخیر آب،گمان می‌کردند که آب به هوا تبدیل می‌شود. در این تبدیل، صورت آب فاسد می‌شود و صورت هواکائن. به همین مناسبت، عالم اجسام عنصری را عالم کون و فساد می‌خواندند.
در قرون وسطی، این طرز تفکر با افکار دیگری ناشی از کارهای کیمیاگران درهم آمیخت، و رفته رفته توجه معطوف به جنبۀ مادی عناصر شد. با بیان قانون بقای جرم و تکامل شیمی کمی، توجه به طبایع ازمیان رفت، گو اینکه تصور حرارت به صورت ماده‌ای بی‌وزن تا قرن 19م باقی بود و تا آغاز قرن 20م برق را سیال بدون وزنی تصور می‌کردند.

***

مطالب گذشته