دسته‌بندی عناصر شیمیایی :
"قسمت سوم"
3. بر اساس بلوک الکترونی
بلوک s
بلوک p
بلوک d
بلوک f
یکی از مهم‌ترین روش‌های دسته‌بندی عناصر در جدول تناوبی، تقسیم‌بندی آن‌ها بر اساس بلوک الکترونی (Electronic Block) است. در این روش، عناصر بر اساس این‌که آخرین الکترون آن‌ها در کدام نوع اوربیتال اتمی (s، p، d یا f) قرار می‌گیرد، در چهار بلوک اصلی s، p، d و f دسته‌بندی می‌شوند.
این تقسیم‌بندی ارتباط مستقیمی با آرایش الکترونی، موقعیت عناصر در جدول تناوبی، خواص فیزیکی و شیمیایی، نوع پیوندهای شیمیایی و رفتار واکنشی آن‌ها دارد و یکی از پایه‌های مهم در آموزش و درک شیمی نوین به شمار می‌رود.
اوربیتال چیست؟
الکترون‌ها در اطراف هسته اتم، در نواحی مشخصی به نام اوربیتال (Orbital) قرار می‌گیرند. هر اوربیتال ظرفیت مشخصی برای نگهداری الکترون دارد:
حداکثر تعداد الکترون نوع اوربیتال
2 s
6 p
10 d
14 f
نوع اوربیتالی که آخرین الکترون یک عنصر در آن قرار می‌گیرد، تعیین‌کننده بلوک الکترونی آن عنصر است.
۱. بلوک s (s-Block) :
بلوک s شامل عناصری است که آخرین الکترون آن‌ها در اوربیتال s قرار می‌گیرد. این بلوک در سمت چپ جدول تناوبی قرار دارد و شامل گروه‌های ۱ و ۲ و همچنین هیدروژن و هلیوم است.
ویژگی‌های بلوک s:
دارای ۱ یا ۲ الکترون ظرفیت هستند.
تمایل زیادی به از دست دادن الکترون دارند.
بیشتر آن‌ها فلز هستند (به‌جز هیدروژن).
واکنش‌پذیری بالایی دارند.
ترکیبات یونی را به‌راحتی تشکیل می‌دهند.
رسانای خوب گرما و الکتریسیته هستند.
عناصر بلوک s:
گروه ۱ (فلزات قلیایی): هیدروژن (H) /لیتیوم (Li)/سدیم (Na)/پتاسیم (K)/روبیدیوم (Rb)/سزیم (Cs)/فرانسیم (Fr)
نکته: هیدروژن از نظر آرایش الکترونی در بلوک s قرار دارد، اما از نظر خواص شیمیایی با فلزات قلیایی تفاوت‌های مهمی دارد.
گروه ۲ (فلزات قلیایی خاکی): بریلیم (Be)/منیزیم (Mg)/کلسیم (Ca)/استرانسیم (Sr)/باریم (Ba)/رادیم (Ra)
نکته: هلیوم (He) اگرچه هلیوم در گروه ۱۸ (گازهای نجیب) قرار دارد، اما چون آرایش الکترونی آن 1s² است، از نظر بلوک الکترونی در بلوک s قرار می‌گیرد.
کاربردهای عناصر بلوک s:
باتری‌های لیتیومی/تولید آلیاژهای سبک/کودهای شیمیایی/صنایع ساختمانی/پزشکی/تولید شیشه و سرامیک
۲. بلوک p (p-Block):
بلوک p بزرگ‌ترین بخش جدول تناوبی است و عناصر گروه‌های ۱۳ تا ۱۸ را در بر می‌گیرد. در این عناصر، آخرین الکترون وارد اوربیتال p می‌شود.
ویژگی‌های بلوک p:
شامل فلزات، شبه‌فلزها و نافلزها است.
تنوع بسیار زیادی از نظر خواص شیمیایی دارند.
بسیاری از عناصر مهم زیستی در این بلوک قرار دارند.
گازهای نجیب نیز در این بلوک هستند (به جز هلیوم).
بسیاری از ترکیبات کووالانسی را تشکیل می‌دهند.
نمونه‌هایی از عناصر بلوک p:
گروه ۱۳: بور (B)/آلومینیوم (Al)/گالیم (Ga)/ایندیم (In)/تالیم (Tl)/نیهونیم (Nh)
گروه ۱۴: کربن (C)/سیلیسیم (Si)/ژرمانیم (Ge)/قلع (Sn)/سرب (Pb)/فلروویم (Fl)
گروه ۱۵: نیتروژن (N)/فسفر (P)/آرسنیک (As)/آنتیموان (Sb)/بیسموت (Bi)/موسکوویم (Mc)
گروه ۱۶: اکسیژن (O)/گوگرد (S)/سلنیوم (Se)/تلوریم (Te)/پولونیم (Po)/لیورموریم (Lv)
گروه ۱۷: (هالوژن‌ها)/فلوئور (F)/کلر (Cl)/برم (Br)/ید (I)/آستاتین (At)/تنسین (Ts)
گروه ۱۸: (به جز هلیوم)/نئون (Ne)/آرگون (Ar)/کریپتون (Kr)/زنون (Xe)/رادون (Rn)/اوگانسون (Og)
کاربردهای عناصر بلوک p:
نیمه‌رساناها/صنایع الکترونیک/صنایع غذایی/پزشکی/تصفیه آب/تولید پلیمرها/سوخت‌ها/کودهای شیمیایی
۳. بلوک d (d-Block):
بلوک d شامل عناصر گروه‌های ۳ تا ۱۲ جدول تناوبی است که با عنوان فلزات واسطه شناخته می‌شوند. در این عناصر، آخرین الکترون وارد اوربیتال d می‌شود.
ویژگی‌های بلوک d:
همگی فلز هستند.
رسانای بسیار خوب گرما و برق‌اند.
استحکام و سختی بالایی دارند.
دارای چندین عدد اکسایش هستند.
بسیاری از آن‌ها ترکیبات رنگی تشکیل می‌دهند.
بسیاری از آن‌ها کاتالیزورهای صنعتی مهم هستند.
قابلیت تشکیل کمپلکس‌های شیمیایی دارند.
نمونه‌هایی از عناصر بلوک d:
اسکاندیم (Sc)/تیتانیوم (Ti)/وانادیم (V)/کروم (Cr)/منگنز (Mn)/آهن (Fe)/کبالت (Co)/نیکل (Ni)/مس (Cu)/روی (Zn)/نقره (Ag)/کادمیوم (Cd)/طلا (Au)/جیوه (Hg)
کاربردهای عناصر بلوک d:
صنایع فولاد/خودروسازی/هوافضا/جواهرسازی/صنایع برق/باتری‌ها/کاتالیزورهای صنعتی/ساخت ابزارهای دقیق
۴. بلوک f (f-Block):
بلوک f در پایین جدول تناوبی قرار دارد و شامل لانتانیدها و اکتینیدها است. در این عناصر، آخرین الکترون وارد اوربیتال f می‌شود.
این بلوک شامل ۲۸ عنصر است.
الف) لانتانیدها (Lanthanides):
لانتانیدها شامل عناصر با عدد اتمی ۵۷ تا ۷۱ هستند.
ویژگی‌ها:
فلزاتی نرم و نقره‌ای‌رنگ
خواص شیمیایی بسیار مشابه
رسانای خوب گرما و الکتریسیته
تشکیل یون‌های +۳
بسیاری از آن‌ها خاصیت مغناطیسی دارند.
عناصر:
لانتان (La)/سریم (Ce)/پرازئودیمیم (Pr)/نئودیمیم (Nd)/پرومتیم (Pm)/ساماریم (Sm)/یوروپیم (Eu)/گادولینیم (Gd)/تربیم (Tb)/دیسپروزیم (Dy)/هولمیم (Ho)/اربیم (Er)/تولیم (Tm)/ایتربیم (Yb)/لوتسیم (Lu)
کاربردها:
آهنرباهای دائمی
خودروهای برقی
توربین‌های بادی
تلفن همراه
لیزرها
فیبر نوری
تجهیزات پزشکی
ب) اکتینیدها (Actinides):
اکتینیدها شامل عناصر با عدد اتمی ۸۹ تا ۱۰۳ هستند.
ویژگی‌ها:
همگی فلز هستند.
همگی پرتوزا هستند.
دارای چندین عدد اکسایش‌اند.
بیشتر آن‌ها مصنوعی هستند.
در فناوری هسته‌ای اهمیت فراوانی دارند.
عناصر:
اکتینیم (Ac)/توریم (Th)/پروتاکتینیم (Pa)/اورانیوم (U)/نپتونیم (Np)/پلوتونیوم (Pu)/آمریکیم (Am)/کوریوم (Cm)/برکلیم (Bk)/کالیفرنیم (Cf)/اینشتینیم (Es)/فرمیم (Fm)/مندلیفیم (Md)/نوبلیم (No)/لورنسیم (Lr)
کاربردها:
تولید انرژی هسته‌ای
سوخت راکتورهای هسته‌ای
پزشکی هسته‌ای
تولید رادیوداروهاپژوهش‌های هسته‌ای
جمع‌بندی:
دسته‌بندی عناصر بر اساس بلوک الکترونی، بازتابی از آرایش الکترونی اتم‌ها و نحوه پر شدن اوربیتال‌های اتمی است. این تقسیم‌بندی به چهار بلوک s، p، d و f انجام می‌شود و ارتباط مستقیمی با خواص فیزیکی و شیمیایی عناصر، جایگاه آن‌ها در جدول تناوبی و رفتارشان در واکنش‌های شیمیایی دارد. شناخت بلوک‌های الکترونی، پایه‌ای برای درک مفاهیمی مانند پیوندهای شیمیایی، واکنش‌پذیری، خواص مغناطیسی، رنگ ترکیبات و کاربردهای صنعتی و زیستی عناصر است و از مباحث بنیادی در آموزش شیمی به شمار می‌رود.
نکته علمی: در برخی منابع، تعداد عناصر بلوک f را ۲۸ (با در نظر گرفتن لانتانیدها و اکتینیدها) و در برخی دیگر ۳۰ (با احتساب لانتان و اکتینیم) ذکر می‌کنند. همچنین، هلیوم با وجود قرار گرفتن در گروه ۱۸، از نظر آرایش الکترونی عضوی از بلوک s محسوب می‌شود. این دو مورد از استثناهای شناخته‌شده در طبقه‌بندی عناصر بر اساس بلوک الکترونی هستند.
منابع و مراجع:
• International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Periodic Table of the Elements. https://iupac.org
• Royal Society of Chemistry. Periodic Table. https://www.rsc.org/periodic-table
• National Institute of Standards and Technology (NIST). https://www.nist.gov
• Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E. Chemistry: The Central Science. Pearson.
• Atkins, P., Weller, M. Shiver & Atkins' Inorganic Chemistry. Oxford University Press.
• Rumble, J. R. (Ed.). CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC Press.