چگونگی تغییر نقطه ذوب در جدول تناوبی

بر طبق راهنمای جدول تناوبی عناصر، نقاط ذوب و جوش عناصر روند خاص و منظمی نداشته و هر کدام از عناصر دارای نقاط ذوب و جوش خاصی هستند. اما با این وجود، وقتی اتم ها بزرگ شده و بر شعاع اتمی آن ها افزوده می شود، مقدار نقطه ذوب عناصر نیز زیاد می شود. اگر نقطه ذوب فلزات و نافلزات را در جدول مقایسه کنیم، مشاهده می کنیم که فلزات در مقیسه با نافلزات دارای نقطه ذوب بالاتری هستند.

نقطه ذوب چیست؟

در مایعات و جامدات ذرات تشکیل دهنده آن ها در حالتی فشرده و متراکم نسبت به هم قرار گرفته و نسبت به گازها در فاصله ای نزدیک از هم قرار دارند. ذرات در جامدات دارای حرکت ارتعاشی بوده ولی ذرات مایع با نظم کمتری در کنار هم قرار گرفته و شکل ظرفی که در آن هستند را به خود می گیرند. با حرارت دادن یک جامد، ذرات تشکیل دهنده با انجام حرکات ارتعاشی و جذب انرژی جنبشی، نظم خود را از دست داده و به مایع تبدیل می شوند.

در علم شیمی به دمایی که در فشار 1 اتمسفر، یک عنصر را از حالت جامد به حالت مایع تبدیل می کند، نقطه ذوب آن عنصر می گویند. در تمام طول مدت ذوب، دما ثابت بوده و فقط مواد تغییر حالت می دهد. در راهنمای جدول تناوبی مربوط به دمای ذوب، هر کدام از عناصر دارای نقطه ذوب مخصوص به خود هستند و روند منظم و خاصی ندارند. به عنوان مثال در گروه اول از جدول تناوبی، هیدروژن دارای نقطه ذوب 13.99 درجه کلوین، نقطه ذوب لیتیم برابر 453.65 درجه کلوین، سدیم 370.944 درجه کلوین، پتاسیم 336.7 درجه کلوین، روبیدیم 312.45 درجه کلوین و سزیم 301.7 درجه کلوین است.

فرانسیم به عنوان عنصری رادیواکتیو با نیمه عمر بسیار کوتاه، خیلی سریع متلاشی می شود. به همین جهت نمی توان آزمایشاتی که برای تعیین خواص فیزیکی چون نقطه ذوب، نقطه جوش، شعاع اتمی و انرژی یونش انجام می شوند را روی آن ها اعمال کرد. اما امید است با پیشرفت علم و ساخت دستگاه های پیشرفته بتوان این آزمایشات را در مدت زمان کوتاه برای این عناصر انجام داد.

روند تغییر نقطه ذوب عناصر طبق راهنمای جدول تناوبی

در عناصر گروه اول با حرکت از بالا به پایین جدول، با افزایش شعاع اتمی، نقطه ذوب کاهش پیدا می کند. فلزات قلیایی خاکی در مقایسه با فلزات قلیایی، دارای نقاط ذوب بالاتری هستند، زیرا پیوندهای قوی تری نسبت به عناصر گروه اول تشکیل می دهند. در عناصر گروه 13، روند تغییر نقطه ذوب منظم نبوده و آلومینیوم بیشترین میزان نقطه ذوب را در بین این عناصر دارد. در کل در جدول تناوبی، فلزات به دلیل داشتن پیوندهای فلزی دارای نقاط ذوب بالایی هستند.

عوامل موثر در تعیین خواص فیزیکی عناصر

اندازه و شعاع اتم ها، طرز قرارگیری آن ها در کنار هم، فاصله بین اتم ها و ... از جمله عواملی هستند که در تعیین خواص فیزیکی عناصر نقش دارند. اما در مورد همه عناصر نمی توان گفت که این عوامل به طور یکسان موثر باشند، به همین دلیل خواص فیزیکی در عناصر در بیشتر مواقع از قاعده خاصی پیروی نمی کنند. چگونگی قرار گرفتن اتم های یک عنصر در کنار هم می تواند به صورت های مختلفی چون مربعی مرکز پر، الگوی شش ضلعی، الگوی مربعی مرکز خالی و ... باشد.

با توجه به الگوی قرار گرفتن اتم های عناصر، خواصی چون چگالی، ضریب شکست، نقطه ذوب، نقطه جوش و ... در عناصر تعیین می شود. با توحه به این الگوها، بی نظمی های زیادی در خواص فیزیکی عناصر دیده می شوند. این بی نظمی ها مربوط به نحوه قرار گرفتن اتم ها در کنار هم و فاصله ای دارد که اتم ها از یکدیگر دارند.

عوامل موثر در تعیین نقطه ذوب

یکی از عوامل موثر در نقطه ذوب عناصر، تشکیل ترکیب مولکولی از آن هاست. چون در این ترکیب ها، مولکول ها با تراکم بیشتری کنار هم قرار گرفته و نقطه ذوب بالاتری خواهند داشت. اندازه مولکول ها از عوامل دیگری است که نقطه ذوب در مولکول های کوچکتر کمتر است.

نیروهای بین ذرات از عوامل موثر دیگر در نقطه ذوب است. نیروهای قوی تر، نقاط ذوب بالاتری را به ترکیبات می دهند. به عنوان مثال ترکیبات یونی به دلیل داشتن جاذبه الکتروستاتیک، ترکیبات آلی که دارای پیوندهای هیدروژنی هستند، نقاط ذوب بالایی دارند. هر چه مواد خالص تر باشند دارای نقاط ذوب بالاتری هستند. وجود ناخالصی در آن ها دامنه ذوب را بزرگتر کرده و مقدار آن را کاهش می دهد.