اولین دانشمندی که عناصر را طبقه بندی کرد مندلیف روسی بود.
مندلیف به تغییرات خواص عناصر توجه نمود.
او با بیان قانون تناوبی جدول خود را عرضه کرد.
مندلیف در تنظیم جدول دو اصل را رعایت کرد.
1- اصل تشابه خواص عناصر (قرار گرفتن عناصر با خاصیت های مشابه در زیر هم در یک ستون)
2- افزایش تدریجی جرم اتمی عناصر در ردیف های کنار هم (تغییر تدریجی خواص)
مندلیف عناصر شناخته شده زمان خود را در چند ردیف (دوره تناوب) براساس افزایش جرم اتمی از چپ به راست منظم نمود.
به گونه ای که عناصر با خواص مشابه زیر یکدیگر در یک ستون قرار بگیرند.
این کار باعث شد خانه های خالی متعددی از عناصر که در زمان مندلیف کشف نشده بود پیش بینی شود در نتیجه قدم بزرگ در راه کشف این عناصر توسط محققین برداشته شود.
ایراد جدول مندلیف: چند مورد بی نظمی دیده می شد و آن این بود که برای رعایت اصول تشابه مجبور شد عناصر سنگین تر را قبل از عناصر سبک تر قرار دهد.
قانون تناوبی مندلیف: اگر عنصرها به ترتیب افزایش جرم اتمی در کنار هم در ردیف قرار گیرند خواص فیزیکی و شیمیایی آنها به طور تناوبی تکرار می شود.
بعد ها موزلی با کشف عدد اتمی تعداد پروتون های هسته نشان داد که عدد اتمی معیار مناسب تری برای تنظیم عناصر در جدول تناوبی است.
بر همین اساس موزلی معیار تنظیم عناصر در جدول را تغییر داد.
به طور که در جدول تناوبی امروزی عناصر بر مبنای عدد اتمی (نه جرم اتمی) تنظیم شده اند.
قانون تناوبی جدول امروزی: براساس کار موزلی قانون تناوبی عناصر هر گاه عناصر را براساس افزایش عدد اتمی در کنار یکدیگر قرار دهیم خواص فیزیکی و شیمیایی آنها به طور تناوبی تکرار می شود.
سه مورد بی نظمی جدول تناوبی مندلیف:
در جدول پیشنهادی مندلیف نیکل بعد از کبالت و ید نیز بعد از تلور آمده است.
(لازم به ذکر است که آرگون و پتاسیم هم جزء این بی نظمی ها قرار می گیرد اما باید دانست که در زمان مندلیف هنوز گازهای نجیب کشف نشده بود.) مندلیف نه (9 ) مورد خواص و محل عنصر را پیش بینی کرد که هشت مورد آن درست بود.
سه مورد آن به ترتیب اکا سیلسیم (همان ژرمانیم) اکابور (همان اسکاندیم) اکاآلومینیم (همان گالیم) بودند.
جدول تناوبی عناصر: جدول دارای 18 گروه و 7 دوره می باشد.
در دوره اول تا ششم به ترتیب عنصر وجود دارد.
دوره هفتم که ناقص است و امروزه شامل 23 عنصر می باشد.
البته در جدول کتاب 109 عنصر ارائه شده اما طبق آخرین خبر اینترنتی جدول دارای 118 عنصر می باشد گروه: عناصری که در یک ستون در زیر هم قرار دارد و مشابهت خواص دارند.
دوره: عناصری که در یک ردیف افقی در کنار هم قرار دارند و خواص آنها به طور تدریجی تغییر می کند.
شماره دوره تعداد لایه ها اصلی و شماره گروه تعداد الکترون های لایه آخر یا لایه ظرفیت و شماره خانه تعداد کل الکترون ها یا پروتون ها را نشان می دهد.
جدول دارای 8 گروه اصلی (A) و 10 گروه فرعی (B) می باشد.
(البته 10 گروه (ستون) به 8 گروه فرعی (B) تقسیم شده است.
از یک دیدگاه می توان عناصر جدول را به دسته های فلز و نافلز و شبه فلز و گاز نجیب تقسیم کرد.
فلز: عناصری که در لایه آخر (لایه ظرفیت) کمتر از سه الکترون دارند.
تمایل به از دست دادن الکترون دارند.
بیش از 80% عناصر جدول فلز هستند که به جزء جیوه همگی جامدند و ویژگی های مشترک زیر دارند.
رسانای خوب گرما و برق هستند.
سطح براق دارند.
قابلیت چکش خواری و شکل پذیری دارند.
نافلز: عناصری که در لایه ظرفیت بیشتر از چهار الکترون (پنج ـ شش ـ هفت) دارند.
تمایل به گرفتن الکترون دارند.
بیشتر به حالت گاز هستند (بجزء برم) و آن نافلزاتی که جامدند ویژگی های زیر را داراست.
رسانای خوبی برای گرما و برق نیستند.
سطح براق ندارند.
شکننده بوده و قابلیت چکش خواری و مفتول شدن ندارند.
شبه فلز: این عناصر برخی خواص فلزی و برخی خواص نافلزی را دارا می باشد.
در جدول تناوبی نوار پلکانی را به خود اختصاص داده است.
(شش عنصر ) گاز نجیب: عناصری هستند که به دلیل آرایش الکترونی خاص (لایه ظرفیت آنها پر و پایدار است.) و واکنش پذیری بسیار کمی دارند.
جدول تناوبی امروزی عنصرها: متداول ترین شکل جدول تناوبی در حال حاضر توسط شیمیدان ها مورد استفاده قرار می گیرد براساس قانون تناوبی عنصرها استوار است.
بر طبق این قانون هر گاه عنصرها را براساس افزایش عدد اتمی در کنار یک دیگر قرار دهیم خواص فیزیکی و شیمیایی آن ها به صورت تناوبی تکرار می شود.
مهمترین نکته در جدول تناوبی تشابه آرایش الکترونی عنصرهای یک خانواده در بسیاری از گروه های این جدول است.
بنابراین با نگاهی به این جدول تناوبی متوجه می شویم که خواص شیمیایی عنصرهای همگروه به این دلیل مشابهند که آرایش الکترونی آن ها به یکدیگر شبیه است.
پس مکان خاصی را در جدول تناوبی به خود اختصاص می دهد.
جدول 2 آرایش الکترونی برخی از عنصرهای تناوب های دوم و سوم معرفی گروههای جدول تناوبی: گروه (فلزهای قلیایی) IA گروه 2 (فلزهای قلیایی خاکی) IIA گروه های 3 تا 2 (عناصر واسطه) (I-VIII)B گروه های 13 تا 18 IIIA-VIIIA هیدروژن خانواده تک عنصری 1ـ ویژگی های گروه فلزهای قلیایی: IA همگی فلزهایی نرم و با چاقو بریده می شوند (بجزء لیتیم) و بسیار واکنش پذیرند و به همین علت در طبیعت بصورت آزاد یافت نمی شود.
از بالا به پایین در این گروه بر شدت واکنش پذیری آنها افزوده می گردد.
سطح براق آن ها به سرعت با اکسیژن هوا وارد واکنش شده و تیره می گردد.
همگی با آب سرد واکنش نشان می دهند.
در زیر نفت نگهداری می شود تا از اکسیژن هوا و رطوبت محافظت شود.
محلول آنها در آب خاصیت قلیایی از خود نشان می دهد بنابراین می تواند چربی ها را در خود حل کند.
فرمول اکسید فلزهای این گروه M2O می باشد.
این فلزهای فعال با آب محلول بازی (قلیایی) تولید می کند.
همگی آرایش الکترونی ns1 [گاز نجیب] دارند و لایه ظرفیت آن ها ns1 است و تمایل دارند الکترون لایه آخر خود از دست بدهند تا به آرایش گاز نجیب پیش از خود برسند.
در این گروه از بالا به پایین چگالی و شعاع اتمی و شعاع یونی افزایش نقطه ذوب و جوش و انرژی نخستین یونش کاهش می یابد.
اولین جهش بزرگ انرژی این عناصر در IE2 آن ها اتفاق می افتد.
این فلزات بدلیل واکنش‌پذیری زیاد بطور آزاد در طبیعت یافت نمی‌شوند و معمولا بصورت ترکیب با سایر عناصر هستند.
منبع اصلی سدیم ، هالیت یا Nacl است که بصورت محلول در آب دریا یا بصورت رسوب در بستر دریا یافت می‌شود.
پتاسیم بصورت فراوان در اکثر معادن بصورت کانی سیلویت (Kcl) یافت می‌شود و همچنین از آب دریا هم استخراج می‌گردد.
فلزات قلیایی بسیار واکنش‌پذیر هستند و آنها را نمی‌توان با جانشین کردن سایر فلزات بصورت آزاد تهیه کرد.
فلزات قلیایی بصورت فلز آزاد را می‌توان از الکترولیز نمکهای مذاب آنها تهیه کرد.
خواص فیزیکی فلزات قلیایی از چند جهت با بقیه فلزات تفاوت دارند.
آنها نرم بوده و دارای نقطه ذوب و نقطه جوش پایین هستند.
دانسیته پایینی دارند، بطوریکه دانسیته K و Na و Li از دانسیته آب پایین‌تر است.
آنتالپی استاندارد ذوب و تبخیر کمتری دارند.
به علت داشتن فقط یک الکترون در لایه ظرفیت معمولا پیوندهای فلزی ضعیفی ایجاد می‌کنند.
این فلزات وقتی در معرض شعله قرار می‌گیرند، رنگ آن را تغییر می‌دهند.
وقتی عنصری در مقابل شعله قرار می‌گیرد، حرارت شعله انرژی کافی برای برانگیختن الکترون لایه ظرفیت را به لایه‌های بالاتر فراهم می‌کند..
خواص شیمیایی فلزات قلیایی عامل کاهنده قوی هستند.
پتانسیل الکترود منفی آنها نشانگر میل شدید آنها برای از دست دادن الکترون در تبدیل به کاتیون در محلول است.
آنها می‌توانند اکسیژن ، کلر ، آمونیاک و هیدروژن را احیا کنند.
در اثر واکنش با اکسیژن هوا اکسید شده و تیره می‌شوند.
بنابراین در زیر نفت نگهداری می‌شوند.
بعلت واکنش با آب و تولید هیدروژن و هیدروکسید قلیایی نمی‌توان آنها را زیر آب نگهداری کرد.
واکنش با آب از بالا به پایین ، به شدت واکنش با آب افزوده می‌شود.
لیتیم به آرامی با آب واکنش داده و حبابهای هیدروژن آزاد می‌کند.
سدیم بشدت و همراه با مشتعل شدن با آب واکنش نشان داده و با شعله نارنجی می‌سوزد.
پتاسیم در اثر برخورد با آب به شدت مشتعل شده و با شعله بنفش می‌سوزد.
سزیم در آب ته نشین شده و به سرعت تولید هیدروژن می‌کند.
آزاد کردن هیدروژن همراه با ایجاد امواج ضربه‌ای شدید است که می‌تواند باعث شکستن محفظه شیشه‌ای شود.
Na در آمونیاک حل شده و ایجاد محلول آبی تیره می‌کند که بعنوان عامل کاهنده در واکنشها استفاده می‌شود.
در غلظتهای بالا رنگ محلول برنزی شده و جریان الکتریکی را همانند فلز هدایت می‌کند.
چند مورد غیر عادی در شیمی Li دیده می‌شود.
کوچک بودن اندازه کاتیون Li در نشان دادن خاصیت کووالانسی در برخی ترکیبات و ایجاد پیوند دیاگونالی با منیزیم از آن جمله است.
اکسیدها فلزات قلیایی در اثر واکنش با اکسیژن هوا ترکیب جامد یونی به فرمول تولید می‌کنند.
هر چند که Na غیر از این ، ترکیب پروکسید ( ) بعنوان فراورده عمده و پتاسیم هم سوپر اکسید ( ) را بطور عمده تولید می‌کند.
هیدروکسیدها هیدروکسید فلزات قلیایی ، جامدات یونی به فرم کریستالی در رنگ سفید و فرمول MOH است.
قابل حل در آب هستند و همه بجز LiOH آبدار می‌شوند.
محلول آبی آنها باز قوی است.
اسیدها را خنثی کرده و نمک تولید می‌کنند.
حالت اکسایش این فلزات حالت اکسایش 0 و 1+ دارند.
تمام ترکیبات شناخته شده آنها بر پایه +M است.
اولین انرژی یونش آنها پایین است، زیرا الکترون آخرین لایه به خوبی الکترونهای لایه داخلی توسط جاذبه هسته محافظت نمی‌شود، بنابراین آسان تر برداشته می‌شود.
انرژی دومین یونش بالا است، زیرا الکترون بعدی از لایه کامل برداشته می‌شود.
همچنین بوسیله هسته ، بخوبی جذب می شود .
انرژی یونیزاسیون از بالا به پایین با افزایش عدد اتمی و افزایش تعداد لایه‌ها بعلت دور شدن الکترون ظرفیت از هسته کاهش می‌یابد.
اطلاعات صنعتی هیدروکسید ، کلرید و کربنات سدیم ، از جمله ترکیبات شیمیایی مهم صنعتی هستند.
هیدروکسید سدیم از الکترولیز آب شور اشباع شده در پیل با کاتد فولادی و آند تیتانیوم تولید می‌شود.
کربنات سدیم با فرآیند سالوی تهیه می‌شود.
در این فرآیند کلرید سدیم قابل حل در آب به بی‌کربنات سدیم نامحلول تبدیل شده و بعد از صاف کردن و حرارت دادن به کربنات سدیم تبدیل می‌شود.
به هر حال محصول اصلی در این فرآیند کلرید کلسیم است و فرآیند رسوبگیری و حرارت و تهیه کربنات سدیم به کارخانه بستگی دارد.
فرایند سالوی رفته رفته جای خود را به تهیه کربنات سدیم از جداسازی و تلخیص کربنات سدیم موجود به معادن می‌دهد.
گروه فلزهای قلیایی خاکی : IIA این گروه سخت و چگال تر از گروه اول هستند و واکنش پذیری کمتری نسبت به گروه اول دارند.
با این وجود در طبیعت بصورت آزاد یافت نمی شود.
با آب محلول قلیایی می دهد.
(بجزء برلیم) فرمول اکسید آن ها MO است.
از بالا به پایین فعالیت شیمیایی آن ها بیشتر می شود.
همگی آرایش الکترونی ns2 [گاز نجیب] دارند و لایه ظرفیت آن ns2 است و تمایل دارند که این الکترون های ظرفیتی را از دست بدهند تا به آرایش گاز نجیب برسند.
(البته تمایل کمتر این عناصر برای واکنش برای این است که برای رسیدن به آرایش گاز نجیب باید دو الکترون از دست بدهد.) در این گروه از بالا به پایین چگالی و شعاع اتمی و شعاع یونی افزایش و نقطه ذوب و جوش و انرژی نخستین یونش کاهش می یابد.
اولین جهش بزرگ این عناصر در IE3 آن ها اتفاق می افتد.
واژه خاکی برای این مطلب بوده که بسیاری از ترکیب های این عناصر در آب حل نمی شوند و در خاک باقی می مانند.
در توضیح چگال تر بودن گروه دوم می توان گفت که جرم این فلزات بیشتر شده حجم نیز کوچک تر شده (هر چه از سمت چپ جدول به سمت راست برویم شعاع اتم کوچک تر شده در نتیجه حجم اتم کوچک تر می شود.) بنابراین چگالی زیاد می شود.
در گروه اول و دوم جدول نیز هر چه از بالا به پایین بیاییم عناصر چگالتر می شوند زیرا با افزایش حجم اتم جرم اتم نیز زیاد می شود.
(اما نه چندان زیاد) در توضیح افزایش شعاع در هر دو گروه (همچنین در هر گروه دیگر از جدول) می توان گفت شعاع به دو دلیل زیاد می شود: 1ـ در هر گروه از بالا به پایین به ازای هر تناوب یک لایه الکترونی به تعداد لایه الکترونی افزوده می شود.
پس با زیاد شدن تعداد لایه شعاع اتم زیاد می شود.
2ـ دلیل دوم با افزایش عدد اتمی در یک گروه تعداد اوربیتال های پر شده بین هسته و لایه ی الکترونی بیرونی اتم افزایش می یابد وجود الکترون ها در اوربیتال های درونی از تأثیر نیروی جاذبه ی هسته بر الکترون های موجود در لایه بیرونی می کاهند پس شعاع افزایش می یابد.
به این پدیده اثر پوششی الکترون های درونی گفته می شود.
بار مؤثر هسته: به بار الکتریکی مثبتی که از طرف هسته بر این الکترون ها وارد می شود بار مؤثر هسته می گویند.
گروه های سوم تا دوازدهم ـ عنصرهای واسطه: (1-8B) همگی فلز معمولی هستند و در صنعت و زندگی کاربرد دارند.
اما واکنش پذیری شیمیایی آن ها کمتر از گروه فلزهای اول و دوم (فلزهای فعال) است.
نسبت به فلزهای گروه اول و دوم (فلزهای فعال) چگال تر و دیر ذوب تر هستند.
آرایش الکترونی آن ها بی نظم است و در لایه ظرفیت این عناصر تعداد الکترون ها متغیر است.
پس ظرفیت آن ها گوناگون است.
و نمکهای این دسته رنگین است.
(برخلاف گروه اول و دوم که همگی آن ها نمک های بیرنگ و سفید دارند.) در این عناصر زیر لایه d در حال پر شدن است.
از چپ به راست روند شعاع آن ها نامنظم است.
این عناصر (عناصر گروههای B) در بین دو گروه اصلی IIA و IIIA قرار دارد.
به دو دسته تقسیم می شوند.
1ـ عناصر واسطه (خارجی) و عناصر واسطه داخلی که خود این عناصر به دو دسته a- لانتانیدها b- اکتینیدها تقسیم می شود.
لانتانیدها: همه فلزهایی براق هستند و واکنش پذیری قابل توجهی دارند.
و شبیه به عنصر لانتان La 57 می باشد.
و متعلق به خانه ی 57 جدول می باشد لانتانیدها عنصرهای 57 تا 71 را تشکیل می دهند.
جزء بلوک (دسته) f می باشد.
و f4 آن ها در حال پر شدن است و در یک ردیف 14 تایی قرار دارند و متعلق به دوره ششم جدول می باشد.
این فلزهای طبیعی کمیاب هستند.
خانه لانتان معرفی لانتانیدها عنصرهای 58 تا 71جدول تناوبی را تشکیل می‌دهند و جزو عناصر واسطه داخلی میباشند.
وجه تسمیه لانتانیدها از عنصر 57 جدول یعنی لانتان (La) گرفته شده است.
باید توجه داشت که خواص شیمیایی این دسته از عناصر مشابه خواص لانتان می‌باشد همچنین به این گروه از عناصر ، عناصر خاکهای کمیاب "Rare-earth elements"نیز اطلاق می‌شود.
در واقع اطلاق نام خاکهای نادر یا کمیاب ، از آنجائیکه این عناصر نه کمیابند و نه به آن دسته از اکسیدهای خاکی مانند (اکسیدهای) آلومینا، زیرکونیا و ایتریا تعلق دارند، غلط مصطلح است.
زمانیکه نخستین اعضای این گروه برای اولین بار کشف شد، بصورت اکسید مجتمع گردیده بودند و از آنجائیکه این اکسیدها تا اندازه‌ای به اکسیدهای کلسیم ، منیزیم و آلومینیوم که بعدها به آنها عنوان اکسیدهای خاکی اطلاق گردید، شباهت دارند، لذا این عناصر به نام خاکهای کمیاب معروف گردیدند.
در هر صورت باید توجه داشت که سریم در پوسته زمین بسیار فراوان تر از سرب بوده و نیز ایتریم از قلع بسیار فراوان‌تر است و حتی باید اذعان نمود که کمیاب ترین خاکهای کمیاب ، به استثنای پرومتیوم ، بسیار از عناصر گروه پلاتین فراوان‌ترند.
منابع طبیعی اگرچه لانتانیدها بصورت بسیار گسترده در طبیعت پخش میباشند، لکن بطور کلی در غلظتهای کم یافت می‌شوند.
همچنین در برخی از مواد کانی بصورت مخلوط و در غلظتهای زیاد ملاحظه شده اند.
جدول زیر نمایانگر برخی از کانیهای معروف لانتانیدها می‌باشد.
مهمترین کانیهای خاکهای کمیاب عبارتند از:مونازیت ، زنوتیم ، بستناسیت.
معمولا این مواد بوسیله اعمال مکانیکی مانند شناورسازی و یا استفاده از روشهای مغناطیسی تغلیظ می‌شوند.
سپس لانتانیدها در حالتیکه بصورت کانیهای فسفات یا سیلیکات میباشند، بوسیله اسید مورد شستشو قرار می‌گیرند.
برخی از کانیها مانند کولومبوتانتالاتها با کربن حرارت داده شده و یا تحت تاثیر کاستیک قوی قبل از سنگ شویی قرار داده می‌شوند.
تجزیه و جداسازی لانتانیدهای مخلوط شده را می‌توان از محلولهای اسیدی با استفاده از رسوب اگزالات جدا کرد.
اشتعال اگزالات باعث تولید اکسیدهای لانتانیدهای مخلوط خواهد گردید.
سپس این اکسیدها غالبا با استفاده از روشهای تبادل یونی و استفاده از خیساندن در اسید تغلیظ می‌شوند.
در این حال لانتانیدها در محلول بصورت یونهای سه ظرفیتی هیدراته که دارای خواص بسیار مشابه میباشند، درمی‌آیند.
بنابراین آنها تمایل به تشکیل رسوبهای بلوری مخلوط یا محلولهای جامد نشان می‌دهند.
استفاده از یک ماده شیمیایی واحد به منظور افزایش غلظت یکی از عناصر خاکهای کمیاب لزوم تکرار عملیات را ایجاب می‌نماید.
یکی از روشهایی که در گذشته و حال مورد استفاده بوده و هست، استفاده از فرایندهای جزء به جزء مانند تبلور جزء به جزء و یا تجزیه جزء به جزء به منظور خالص کردن عناصر می باشد.
در این شرایط ، مقدار کار بسیار زیاد به منظور جداکردن مقدار بسیار کمی از عناصر ، باعث بالارفتن هزینه های خلوص خاکهای کمیاب و برشمردن آنها بدین صنعت خواهد بود.
اکنون نیز از روشهای جزء به جزء هنوز در زمینه جداسازی این خاکها در حالت خام و بویژه عناصر لانتان و سریم استفاده می‌شود، زیرا سریم را می توان از لانتان با استفاده از حالت چهار ظرفیتی سریم جدا کرد.
در حال حاضر سایر اعضای خانواده خاکهای کمیاب را با استفاده از فرآیندهایی تبادل یونی خالص می نمایند مضافا چنانچه درجه خلوص بالا مدنظر نباشد، می توان از روش استخراج مایع- مایع بدین منظور استفاده کرد.
خواص لانتانیدها لانتانیدهافلزهایی براق هستند و واکنش پذیری شیمیایی قابل توجهی دارند.
خواص شیمیایی این دسته از عناصر مشابه خواص لانتان با عدد اتمی 57 می باشد.
کلیه این عناصر قادر به تشکیل املاح سه ظرفیتی می باشند و زمانیکه این املاح در آب حل می شوند، خواص شیمیایی بسیار مشابه از خود نشان می دهند.
لانتانیدها ، نظر به وضعیت جدو!ل تناوبی، بدین صورت هستند که همچنانکه عدداتمی آنها افزوده می شود، بار افزوده شده روی هسته آنها بوسیله پر شدن لایه های ناقص داخلی آنها با الکترونها ، موازنه می‌شود.
ولی به هر حال باید توجه داشت که این لایه ها نقشی درنیروهای والانس ما بین اتمها ایفا نمی نمایند.
لانتانیدها به علت برخوردار بودن از خواص اختصاصی دارای پتانسیل باارزشی در زمینه استفاده بعنوان عوامل آلیاژی میباشند.
این عناصر با استفاده از احیاء گرمایی بوسیله اثر کلسیم،لیتیم و یا سایرفلزات قلیایی برهالید بی آب آنها و سپس ذوب مجدد در خلا به منظور تبخیرنشانه های باقیمانده از مواد احیا کننده، احیا می شوند.
همچنین می‌توان آنها را بصورت الکترولیتی از حمامهای ملح ذوب شده مانند آنچه در زمینه سریم و میش متال (مخلوط فلزات خاکهای کمیاب ، اساسا سریع با مقدار بسیار کمی از آهن) صورت می پذیرد، احیا کرد.
باید توجه داشت که مواد جامد بدون آب همچنین نشان دهنده تغییر زیادتری در خواص ما بین عناصر نسبت به املاح هیدراته هستند.
خاکهای کمیاب با بعضی ازترکیبات آلی، املاح آلی تشکیل می‌دهد.
این کیلیت ها که در اطراف این یونها ، آب جایگزین می نمایند، باعث زیاد شدن تغییر در خواص ما بین هر یک از خاکهای کمیاب می‌شوند.
سودمندی این تکنیک در روشهای جدید تبادل یونی ، در زمینه جداسازی این عناصر کاملا قابل ملاحظه است.
موارد کاربرد فلزات خاکهای کمیاب تمایل بسیار شدید برای ترکیب با ناخالصیهای غیر فلزی مانند اکسیژن، نیتروژن،کربن و هیدروژن دارند.
لذا با توجه به خاصیت فوق ، مقدار قابل ملاحظه ای از مخلوط فلزات خاکهای کمیاب بعنوان مواد تصفیه کننده (getler) در صنایع متالوژی مورد استفاده واقع می شود.
عناصر خاکهای کمیاب ، هنگامیکه تحت تاثیر حرارت واقع می گردند نمایانگر طیف بسیار پیچیده ای بوده و نور شدید سفید زدگی از آنها ساطع می شود، بنابراین از آنها در صنایع تصاویر متحرک و لامپ های تصویر تلویزیون های رنگی استفاده می گردد.
مصارف صنعتی مصارف صنعتی فراوانی نیز برای هر یک از این عناصر متصور می باشد از جمله از برخی از آنها در سوزاندن سموم ناشی از راکتورهای هسته ای استفاده می شود.
اکتینیدها: همه فلز پرتوزا (هسته ناپایدار) می باشند.
و شبیه به عنصر اکتینیم Ac 89 است.
و متعلق به خانه 89 می باشد.
در این گروه نیز همانند گروه لانتانیدها زیر لایه f در حال پر شدن است.
در این عنصرها ساختار هسته نسبت به آرایش الکترونی از اهمیت بیشتری برخوردار است.
اوربیتال f5 آنها در حال پر شدن است و در یک ردیف 14 تایی در بیرون جدول قرار دارند (این دو سری چهارده تای به علت این که اوربیتال داخلی f در حال پر شدن است که مربوط به تراز انرژی داخلی تر می باشد.
واسطه داخلی گفته می شود.) خانه اکتینیم دوره هفتم از جدول که هنوز تکمیل نیافته با فلز رادیو اکتیو فرانسیم(عنصر فرانسیم به مقدار بسیار ناچیز هم در زنجیره تباهی و تجزیه هسته‌ای مواد رادیواکتیو طبیعی وجود دارد و هم در واکنشهای هسته‌ای بوجود می‌آید.) در خانه 87 آغاز می‌گردد.
سه عنصر اولیه و رادیو اکتیو این دوره بلند یعنی فرانسیم، رادیم و اکتینیم به ترتیب دارای آرایشهای سطح ظرفیتی و بوده که نظیر آرایش سه عنصر اولیه دوره قبلی یعنی و می‌باشد.
انتظار ما این است که ساختمان الکترونی عناصر بعد از اکتینیم مشابه عناصر دوره قبلی باشد که به پیدایش 14 عنصر لانتانید مانند انجامید.
به عبارت دیگر، در لانتانیدها چهارده الکترون متوالیاً وارد اوربیتالهای شدند، و در اینجا نیز این توقع را داریم که آنها متوالیاً وارد شوند.
متأسفانه حدس علمی ما درست از آب در نمی‌آید.
زیرا نیاز به اطلاعات بیشتری داریم.
در دوره ششم وضع روشن‌تر بود .
تـرازضمن اینکه نزدیـک بود ولی در اغلب جاها قاطعانه پایین‌تر از آن بود.
در دوره هفتم، ترازهای انرژی به اندازه‌ای به یکدیگر نزدیک می‌شوند که توازن میان آن دو یادآور عملیات بندبازی است!
کوچکترین تغییر در شرایط، به نفع یک طرف و به ضرر دیگری تمام می‌شود، در نتیجه الکترونها گاهی در و زمانی در وارد می‌گردند.
در مواردی از قبیل در خانه 91، چنان توازنی بر قرار می‌شود که نمی‌توان به دقت گفت که آرایش حالت پایه این عنصر ،، و یا است!
شاید بتوان گفت که در نیمه دوم این سری جدید معروف به اکتینیدها، تراز انرژی اغلب، پایین‌تر از است.
(نوسانات و آرایشهای غیر قابل پیش بینی عناصر این دوره) با وجود اینها می‌توان گفت که روند کلی تغییرات اکتینیدها و لانتانیدها، کم و بیش مشابه است.
لورنسیم که آرایش را دارد، آخرین عنصر اکتینید است.
انتظار می‌رود عناصری که اخیراً کشف شده مانند عنصر شماره 104 معروف به کورچاتوویم و عنصر 105 معروف به هانیم ، به علت ورود متوالی آخرین الکترونهای آنها در، به تدریج چهارمین سری عناصر واسطه جدول تناوبی را تشکیل دهند.
هرگاه نمودارهای را مقایسه کنیم، به نتیجه جالبی می رسیم.
شیب نزولی تراز اوربیتالهای خیلی کمتر از است.
علت را باید در کاهش شدید قابلیت نفوذ آنها نسبت به رقیبان خود یعنی اوربیتالهای جستجو کرد.
مسئله دیگر این است که در روندی مشابه روند قبلی، دیده می‌شود که اوربیتالهای و اوربیتالهای توانایی نفوذ خوبی به سوی خارج یعنی در جهت اوربیتال ندارند.
از این‌رو و با این در هم آمیختن با اوربیتالهای درونی، به پایداری بیشتری می‌رسند.
به عبارت دیگر، تراز انرژی آنها نسبت به اوربیتال ، پایین‌تر است و الکترونها در آنها وارد می‌شوند.
عنصرهای گروه های 13 تا 18 جدول تناوبی: این گروه ها دسته ی P جدول هستند زیرا در آنها اوربیتال های زیر لایه P در حال پر شدن است .
در این دسته عنصرهای فلزی ـ نافلزی ـ شبه فلزی و گاز نجیب دیده می شود.
دو گروه مهم در این دسته گروه 17 یا گروه هفتم اصلی یا گروه هالوژن می باشد.
و گروه مهم دیگر گروه 18 یا هشتم اصلی یا گاز نجیب می باشد.
ویژگی هالوژن ها: با فلزها به آسانی واکنش می دهند و نمک ها را می سازند (هالوژن در زبان لاتین به معنی نمک ساز است.) نافلزترین گروه جدول است.
از بالا به پایین از میزان فعالیت آنها کاسته می شود.
آرایش لایه آخر آن ها با گرفتن یک الکترون به آرایش گاز نجیب پس از خود می رسند.
از بالا به پایین در این گروه نقطه ذوب و جوش افزایش می یابد.
در طبیعت به صورت آزاد یافت نمی شود (به علت واکنش پذیری زیاد) و ملکول های آن دو اتمی است.
عناصر گروه VIIA یعنی فلوئر ، برم ، ید و استتین ، هاالوژن نامیده می‌شوند.
ریشه لغوی نام هالوژنها از یونانی گرفته شده و به معنی نمک‌ساز است.
اطلاعات کلی این عناصر به استثنای آستاتین ، به‌صورت هالید نمکها بطور فراوان در طبیعت وجود دارند.
آستاتین احتمالا در طبیعت ، به مقادیر فوق‌العاده کم به‌صورت ماده حد واسطی با طول عمر کوتاه یافت می‌شود که از فرایندهای تجزیه موادرادیواکتیو طبیعی حاصل می‌گردد.
اما بیشتر اطلاعات ناقص ما درباره شیمی آستاتین ، حاصل مطالعه مقادیر جزئی ایزوتوپ رادیواکتیو این عنصر است که از طریقواکنشهای هسته ای تهیه می‌شود.
خواص گروهی هر اتم هالوژن از گاز نجیبی که پس از آن ، درجدول تناوبی عناصر قرار گرفته است، یک الکترون کمتر دارد.
هر اتم هالوژن ، تمایل زیادی دارد که با تشکیل یک یون با یک بار منفی یا یک پیوندکوالانسی ،آرایش الکترونی یک گاز نجیب را به خود بگیرد.
هر یک از عناصر این گروه به استثنای فلوئور ، حالت اکسایش مثبت دارد.
نماد X ، مشخص کننده هر هالوژنی در ترکیب است.
در سری هالوژنهایی که بر حسب عدداتمی در این جدول مرتب شده‌اند، اغلب خواص به‌طور منظم افزایش یا کاهش می‌یابند.
اتم هالوژن در هر تناوب دوره بعد از گاز نجیب آن دوره دارای بالاترین پتانسیل یونش است و پتانسیل یونش در هر گروه با افزایش شعاع یونی کاهش می‌یابد.
پیوندهای بین اتمها و مولکولها هالوژنها در شرایط معمولی به‌صورت مولکولهای دو اتمی‌اند و اتمهای این مولکولها بوسیله یک پیوند کووالانسی ساده به یکدیگر متصل می‌شوند.
این مولکولها در حالت جامد و مایع بوسیله نیروهای لاندن به یکدیگر می‌پیوندند.
بین مولکول هالوژنها ، I2 بزرگترین آنها بوده ، بیشترین تعداد الکترونها را دارد و قطبش پذیرترین آنهاست.
به همین علت ، I2 در مقایسه با سایر هالوژنها ، دارای قویترین نیروهای جاذبه بین مولکولی ، بالاترین نقطه ذوب و جوش است.
در دما و فشار معمولی I2 جامد ، Br2 مایع ، Cl2 و F2 گاز است.
فعالیت هر یک از هالوژنها ، فعالترین غیر فلز در دوره خود در جدول و فلوئور ، فعالترین غیر فلزات است.
الکترونگاتیوی فلوئور ، بالاتر از هر عنصر دیگر است.
این عنصر قویترین اکسنده است که تاکنون شناخته شده است.
الکترونگاتیوی هالوژنها به‌ترتیب F>Cl>Br>I کاهش می‌یابد و کاهش قدرت اکسندگی آنها نیز به همین ترتیب است.
مقادیر الکترونخواهی و انرژی پیوند از F2 تا I2 بطور منظم تغییر نمی‌کنند.
با توجه به روال تغییرات الکترونگاتیوی و.پتانسیلهای الکترود ، انتظار می‌رود که بزرگترین مقادیر یاده شده ، مربوط به فلوئور باشد.
علت پایین بودن نسبی الکترونخواهی فلوئور و پایین بودن نسبی انرژی پیوند F-F هنوز کاملا معلوم نشده است.
تصور می‌رود که این اثرها ، ناشی از دافعه ابر الکترونی کوچک و بسیار متراکم اتم فلوئور باشد.
به خاطر داشته باشید که پتانسیلهای الکترود ، مربوط به فرآیندهایی است که در محلولهای آبی انجام می‌شوند.
براین اساس ، توانایی اکسندگی زیاد فلوئور در مقایسه با سایر هالوژنها (علیرغم الکترونخواهی نسبتا کم فلوئور) را می‌توان با توجه به اینکه تبدیل هالوژنهای آزاد به یونهای هالید در محلولهای آبی ، طی چند مرحله صورت می‌گیرد، بیان نمود.
ویژگی های گازهای نجیب یا بی اثر: گروه 18 لایه آخر آن ها پر است.
(آرایش لایه ظرفیت آن ها است.) به جزء هلیم واکنش پذیری بسیبار کم این گازها نتیجه ی پایداری به خاطر آرایش ویژه می باشد.
تک اتمی هستند.
و نادر و کمیاب در طبیعت می باشند.
از بالا به پایین در این گروه واکنش پذیری بیشتر می شود.
امروزه بی اثر بودن گازهای نجیب دیگر مطرح نیست چون از کریپتون و زنون و رادون با واکنش پذیری کم چند ترکیب ساخته اند.
اما هنوز از هلیم و نئون و آرگون هیچ ترکیبی نساخته اند.
هیدروژن ـ یک خانواده تک عضوی: این عنصر فراوان ترین در جهان است ولی در روی کره زمین نهمین عنصر فراوان است.
تنهاست چون به هیچ عنصری شباهت ندارد.
با فلزهای فعال (گروه 1 و 2) واکنش می دهد (نقش یون منفی (آنیون) می گیرد و تشکیل هیدرید می دهد مثل (NaH) با نافلزها نیز واکنش می دهد (مثل HcL) آرایش الکترونی لایه ظرفیت آن s1 است.
بیشتر پیوند کووالانس تشکیل می دهد (آب فراوان ترین ملکول از هیدروژن با پیوند کووالانس می باشد.) آن را در طبیعت آزاد نمی توان یافت.
اما ترکیبات فراوانی از آن مانند چربی ها و پروتئین ها و هیدرات کربن مثل قند و نشاسته را می توان یافت.
شعاع اتمی: چون الکترون ها در محدوده هایی حرکت می کنند که شبیه به ابر به نظر می رسند.
با این تشبیه می توان تصور کرد که تا چه اندازه اندازه گیری ابعاد اتم ها دشوار است.
زیرا مرزهای یک توده ابر مانند نامشخص و متغیر است.
اندازه یک اتم به وسیله ی شعاع آن تعیین می شود.
شیمیدان ها شعاع اتم را با روش های گوناگون اندازه می گیرند.
نصف فاصله ی بین هسته ای دو اتم مشابه در یک ملکول دو اتمی (جور هسته با پیوند یگانه (ساده) به این کمیت اندازه گیری شده شعاع کووالانسی گویند.
برای این که طول پیوند شعاع اتمی محسوب شود بایستی پیوند ساده و اتم جور هسته باشد.
طول پیوند کووالانسی شعاع کووالانسی در این روش از طول پیوند به هنگامی که دو اتم (گاز نجیب) و دو ملکول مجاور را که نسبت به هم به حالت مماس قرار گرفته اند استفاده می شود.
به نصف این فاصله شعاع و اندر والسی می گویند.
از روش های دیگر نیز می توان به دست آورد به طور مثال برای به دست آوردن شعاع اتمی (کووالانسی) گازهای نجیب از برون یابی از روی نمودار از منحنی شعاع به شماره گروه بدست آورد چون گازهای نجیب پیوند انجام نمی دهند معمولاً شعاع و اندر والسی در نظر می گیرند.
طول پیوند و اندروالسی شعاع واندروالسی نکته: همیشه شعاع و اندروالسی از شعاع کووالانسی بزرگتر است.
به دلیل تنوع در روش های اندازه گیری شعاع جدول مربوط به این مقادیر معمولاً با هم متفاوت است.
الکترونگاتیوی: میزان تمایل نسبی یک اتم برای کشیدن الکترون های یک پیوند کووالانسی به سمت هسته خود را گویند.
قویترین الکترونگاتیوی جدول فلوئور (F) می باشد که عدد 4 را به آن نسبت می دهند.
و ضعیف ترین الکترونگاتیو جدول (قویترین الکتروپوزتیو) نیز عنصر سزیم (Cs) است.