הטבלה המחזורית

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 היסדות, כיום ידוע שמספר המחזור של מנדלייב קשור למספרי אורביטלים אטומיים.

הטבלה המחזורית או המערכה המחזורית, המכונה 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.

בתקופה שבה הציע מנדלייב את שיטתו הוצעו גם שיטות מיון אחרות, למשל שיטה שפותחה על ידי גוסטבוס דטלף הינריכס. טבלת מנדלייב נחשבת לשיטה המוצלחת ביותר, שכן הניבויים שלה הם המדויקים ביותר. מנדלייב, באמצעות הטבלה שבנה, הניח את התשתית לתאוריית מבנה האטום. 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 שהטבלה של מנדלייב ניבאה הם סקנדיום, גליום וגרמניום, שלא היו ידועים בעת שנערכה והתאימו במדויק למקומות החסרים בטבלה ולתכונות המצופות לפי המקום.

מבנה הטבלה

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 במספרים האטומיים 1 ו-2. מספר המחזור מעיד על מספר קליפות האלקטרונים סביב כל אטום בשורה.
  • 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 בודד, ואילו זו של היסודות בקצה הימני מכילה 8 אלקטרונים (המספר המקסימלי האפשרי; כלומר, קליפתם מלאה לגמרי באלקטרונים). לדוגמה, ליתיום ונאון מכילים שניהם שתי קליפות אלקטרונים, כיוון ששניהם מצויים בשורה השנייה של הטבלה; הקליפה החיצונית של ליתיום מכילה אלקטרון אחד, וזו של נאון - 8 אלקטרונים. (יוצאת דופן היא השורה הראשונה, בה להליום, היסוד האחרון בשורה, רק שני אלקטרונים).
  • 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 באותו הטור תכונות כימיות דומות והם מהווים ברוב המקרים קבוצה מוגדרת בעלת שם (הלוגנים, מתכות אלקליות 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.

קבוצה ← 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).