“આવર્ત કોષ્ટક એ સિદ્ધાંત અને વ્યવહાર બંનેમાં રસાયણશાસ્ત્રની કદાચ સૌથી મહત્વપૂર્ણ સંકલ્પના છે. તે વિદ્યાર્થીઓ માટે રોજિંદો આધાર છે, તે વ્યવસાયિકો માટે સંશોધનના નવા માર્ગો સૂચવે છે, અને તે સમગ્ર રસાયણશાસ્ત્રની સંક્ષિપ્ત વ્યવસ્થા પૂરી પાડે છે. તે એ હકીકતનું એક નોંધપાત્ર પ્રદર્શન છે કે રાસાયણિક તત્વો એ સંસ્થાઓનો રેન્ડમ સમૂહ નથી પરંતુ તેના બદલે તે ટ્રેન્ડ્સ પ્રદર્શિત કરે છે અને કુટુંબોમાં એકસાથે આવેલા છે. આવર્ત કોષ્ટકની જાણકારી કોઈપણ વ્યક્તિ માટે આવશ્યક છે જે વિશ્વને સમજવા અને જોવા માંગે છે કે તે રસાયણશાસ્ત્રના મૂળભૂત બિલ્ડિંગ બ્લોક્સ, રાસાયણિક તત્વોમાંથી કેવી રીતે બનેલું છે.”

ગ્લેન ટી. સીબોર્ગ

આ એકમમાં, આપણે આવર્ત કોષ્ટકના ઐતિહાસિક વિકાસનો અભ્યાસ કરીશું કારણ કે તે આજે છે અને આધુનિક આવર્ત નિયમ. આપણે એ પણ શીખીશું કે કેવી રીતે આવર્ત વર્ગીકરણ પરમાણુઓની ઇલેક્ટ્રૉનિક રચનાના તાર્કિક પરિણામ તરીકે અનુસરે છે. અંતે, આપણે તત્વોના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મોમાંના કેટલાક આવર્તનીય ટ્રેન્ડ્સની પરીક્ષા કરીશું.

3.1 આપણે તત્વોનું વર્ગીકરણ કેમ કરવાની જરૂર છે?

આપણે હવે સમજી ગયા છીએ કે તત્વો એ તમામ પ્રકારના પદાર્થના મૂળભૂત એકમો છે. 1800 માં, ફક્ત 31 તત્વો જાણીતા હતા. 1865 સુધીમાં, ઓળખાયેલા તત્વોની સંખ્યા બમણાથી વધીને 63 થઈ હતી. હાલમાં 114 તત્વો જાણીતા છે. તેમાંથી, તાજેતરમાં શોધાયેલા તત્વો માનવનિર્મિત છે. નવા તત્વોનું સંશ્લેષણ કરવાના પ્રયાસો ચાલુ છે. આટલી મોટી સંખ્યામાં તત્વો સાથે આ બધા તત્વો અને તેમના અસંખ્ય સંયોજનોની રસાયણશાસ્ત્રનો વ્યક્તિગત રીતે અભ્યાસ કરવો ખૂબ જ મુશ્કેલ છે. આ સમસ્યાને સરળ બનાવવા માટે, વૈજ્ઞાનિકોએ તત્વોનું વર્ગીકરણ કરીને તેમના જ્ઞાનને વ્યવસ્થિત કરવાની વ્યવસ્થિત રીત શોધી. માત્ર એટલું જ નહીં કે તે તત્વો વિશે જાણીતા રાસાયણિક તથ્યોને તર્કસંગત બનાવશે, પરંતુ વધુ અભ્યાસ માટે નવાની આગાહી પણ કરશે.

3.2 આવર્ત વર્ગીકરણની ઉત્પત્તિ

તત્વોનું જૂથોમાં વર્ગીકરણ અને આવર્ત નિયમ અને આવર્ત કોષ્ટકનો વિકાસ એ અવલોકનો અને પ્રયોગો દ્વારા અનેક વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા મેળવેલા જ્ઞાનને વ્યવસ્થિત કરવાના પરિણામ છે. જર્મન રસાયણશાસ્ત્રી, જોહાન ડોબેરાઇનર 1800 ની શરૂઆતમાં તત્વોના ગુણધર્મોમાં ટ્રેન્ડ્સના વિચારને ધ્યાનમાં લેનારા પ્રથમ વ્યક્તિ હતા. 1829 સુધીમાં તેણે ત્રણ તત્વોના કેટલાક જૂથો (ત્રિપુટી)ના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મોમાં સમાનતા નોંધી. દરેક કિસ્સામાં, તેણે નોંધ્યું કે દરેક ત્રિપુટીના મધ્યમ તત્વનું પરમાણુ વજન અન્ય બેના પરમાણુ વજનની વચ્ચે આશરે અડધા માર્ગ પર હતું (કોષ્ટક 3.1). એટલું જ નહીં, મધ્યમ તત્વના ગુણધર્મો અન્ય બે સભ્યોના ગુણધર્મો કરતાં વચ્ચે હતા.

કોષ્ટક 3.1 ડોબેરાઇનરની ત્રિપુટી

ડોબેરાઇનરના સંબંધ, જેને ત્રિપુટીના નિયમ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, ફક્ત થોડા તત્વો માટે કામ કરતો હોવાનું જણાયું હોવાથી, તેને સંયોગ તરીકે નકારી કાઢવામાં આવ્યો હતો. તત્વોનું વર્ગીકરણ કરવાનો આગામી રિપોર્ટ કરેલો પ્રયાસ 1862 માં ફ્રેન્ચ ભૂસ્તરશાસ્ત્રી, એ.ઇ.બી. ડી ચાનકોર્ટોઇસ દ્વારા કરવામાં આવ્યો હતો. તેણે તે સમયે જાણીતા તત્વોને તેમના પરમાણુ વજનના વધતા ક્રમમાં ગોઠવ્યા અને ગુણધર્મોની આવર્તન પુનરાવર્તન પ્રદર્શિત કરવા માટે તત્વોનું નળાકાર કોષ્ટક બનાવ્યું. આથી પણ વધુ ધ્યાન આકર્ષિત થયું નહીં. અંગ્રેજ રસાયણશાસ્ત્રી, જ્હોન એલેક્ઝાન્ડર ન્યુલેન્ડ્સે 1865 માં અષ્ટકનો નિયમ રજૂ કર્યો. તેણે તત્વોને તેમના પરમાણુ વજનના વધતા ક્રમમાં ગોઠવ્યા અને નોંધ્યું કે દરેક આઠમા તત્વમાં પ્રથમ તત્વ જેવા ગુણધર્મો હતા (કોષ્ટક 3.2). સંબંધ સંગીતના અષ્ટકમાં દરેક આઠમા સ્વર જેવો હતો જે પ્રથમ સ્વર જેવો હતો. ન્યુલેન્ડ્સનો અષ્ટકનો નિયમ કેલ્શિયમ સુધીના તત્વો માટે જ સાચો લાગતો હતો. જોકે તે સમયે તેના વિચારને વ્યાપક રીતે સ્વીકારવામાં આવ્યો ન હતો, તેમ છતાં તેમના કાર્ય માટે, તેમને પછીથી 1887 માં રોયલ સોસાયટી, લંડન દ્વારા ડેવી મેડલ એનાયત કરવામાં આવ્યો હતો.

આવર્ત નિયમ, જેમ આપણે તેને આજે જાણીએ છીએ, તેનો વિકાસ રશિયન રસાયણશાસ્ત્રી, દિમિત્રી મેન્ડેલીફ (1834-1907) અને જર્મન રસાયણશાસ્ત્રી, લોથાર મેયર (1830-1895)ને આભારી છે.

સ્વતંત્ર રીતે કાર્ય કરીને, બંને રસાયણશાસ્ત્રીઓએ 1869 માં પ્રસ્તાવ મૂક્યો કે તત્વોને તેમના પરમાણુ વજનના વધતા ક્રમમાં ગોઠવતી વખતે, નિયમિત અંતરાલે ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મોમાં સમાનતાઓ દેખાય છે. લોથાર મેયરે પરમાણુ વજન સામે પરમાણુ કદ, ગલનબિંદુ અને ઉત્કલનબિંદુ જેવા ભૌતિક ગુણધર્મોનો આલેખ કર્યો અને આવર્તનીય રીતે પુનરાવર્તિત પેટર્ન મેળવ્યો. ન્યુલેન્ડ્સથી વિપરીત, લોથાર મેયરે તે પુનરાવર્તિત પેટર્નની લંબાઈમાં ફેરફાર જોયો. 1868 સુધીમાં, લોથાર મેયરે તત્વોનું કોષ્ટક વિકસાવ્યું હતું જે આધુનિક આવર્ત કોષ્ટક જેવું જ છે. જોકે, તેમનું કાર્ય દિમિત્રી મેન્ડેલીફના કાર્ય પછી જ પ્રકાશિત થયું હતું, જે વૈજ્ઞાનિકને સામાન્ય રીતે આધુનિક આવર્ત કોષ્ટકના વિકાસનો શ્રેય આપવામાં આવે છે.

કોષ્ટક 3.2 ન્યુલેન્ડ્સના અષ્ટક

જ્યારે ડોબેરાઇનરે આવર્તનીય સંબંધનો અભ્યાસ શરૂ કર્યો, ત્યારે મેન્ડેલીફ જ પ્રથમ વખત આવર્ત નિયમ પ્રકાશિત કરવા માટે જવાબદાર હતા. તે નીચે પ્રમાણે જણાવે છે:

તત્વોના ગુણધર્મો તેમના પરમાણુ વજનનું આવર્તનીય કાર્ય છે.

મેન્ડેલીફે તત્વોને તેમના પરમાણુ વજનના વધતા ક્રમમાં કોષ્ટકની આડી પંક્તિઓ અને ઊભી કૉલમમાં એવી રીતે ગોઠવ્યા કે સમાન ગુણધર્મો ધરાવતા તત્વો એ જ ઊભી કૉલમ અથવા જૂથમાં આવેલા હતા. તત્વોનું વર્ગીકરણ કરવાની મેન્ડેલીફની પ્રણાલી લોથાર મેયરની પ્રણાલી કરતાં વધુ વિગતવાર હતી. તેણે આવર્તિતાના મહત્વને સંપૂર્ણપણે સ્વીકાર્યું અને તત્વોનું વર્ગીકરણ કરવા માટે ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મોની વ્યાપક શ્રેણીનો ઉપયોગ કર્યો. ખાસ કરીને, મેન્ડેલીફે તત્વો દ્વારા રચાયેલા સંયોજનોના અનુભવસિદ્ધ સૂત્રો અને ગુણધર્મોમાં સમાનતાઓ પર આધાર રાખ્યો. તેમણે સમજ્યા કે જો પરમાણુ વજનનો ક્રમ સખત રીતે અનુસરવામાં આવે તો કેટલાક તત્વો તેમની વર્ગીકરણની યોજનામાં ફિટ થતા નથી. તેણે પરમાણુ વજનના ક્રમને અવગણ્યો, એવું વિચારીને કે પરમાણુ માપ ખોટા હોઈ શકે છે, અને સમાન ગુણધર્મો ધરાવતા તત્વોને એકસાથે મૂક્યા. ઉદાહરણ તરીકે, ટેલ્યુરિયમ (જૂથ VI) કરતાં ઓછા પરમાણુ વજન ધરાવતા આયોડિનને ગુણધર્મોમાં સમાનતાને કારણે ફ્લોરિન, ક્લોરિન, બ્રોમિન સાથે જૂથ VII માં મૂકવામાં આવ્યા હતા (ફિગ. 3.1). તે જ સમયે, સમાન ગુણધર્મો ધરાવતા તત્વોને એ જ જૂથમાં ગોઠવવાના તેમના પ્રાથમિક ઉદ્દેશ્યને જાળવી રાખીને, તેમણે પ્રસ્તાવ મૂક્યો કે કેટલાક તત્વો હજુ પણ અજાણ્યા હતા અને તેથી, કોષ્ટકમાં કેટલાક ગાબડા છોડી દીધા. ઉદાહરણ તરીકે, મેન્ડેલીફે તેનું આવર્ત કોષ્ટક પ્રકાશિત કર્યું ત્યારે ગેલિયમ અને જર્મેનિયમ બંને અજાણ્યા હતા. તેણે એલ્યુમિનિયમની નીચે અને સિલિકોનની નીચે ગાબડો છોડી દીધો, અને આ તત્વોને એકા-એલ્યુમિનિયમ અને એકા-સિલિકોન કહેવાય છે. મેન્ડેલીફે ગેલિયમ અને જર્મેનિયમના અસ્તિત્વની જ નહીં, પરંતુ તેમના કેટલાક સામાન્ય ભૌતિક ગુણધર્મોનું વર્ણન પણ કર્યું. આ તત્વો પછીથી શોધાયા હતા. કોષ્ટક 3.3 માં આ તત્વો માટે મેન્ડેલીફ દ્વારા આગાહી કરેલા અને પ્રાયોગિક રીતે મળેલા કેટલાક ગુણધર્મોની સૂચિ આપવામાં આવી છે.

મેન્ડેલીફની માત્રાત્મક આગાહીઓની સાહસિકતા અને તેમની અંતિમ સફળતાએ તેમને અને તેમના આવર્ત કોષ્ટકને પ્રસિદ્ધ બનાવ્યા. 1905 માં પ્રકાશિત મેન્ડેલીફનું આવર્ત કોષ્ટક ફિગ. 3.1 માં બતાવવામાં આવ્યું છે.

કોષ્ટક 3.3 એકા-એલ્યુમિનિયમ (ગેલિયમ) અને એકા-સિલિકોન (જર્મેનિયમ) તત્વો માટે મેન્ડેલીફની આગાહીઓ

જૂથો અને શ્રેણીઓમાં તત્વોની આવર્ત પ્રણાલી

ફિગ. 3.1 પહેલાં પ્રકાશિત મેન્ડેલીફનું આવર્ત કોષ્ટક

3.3 આધુનિક આવર્ત નિયમ અને આવર્ત કોષ્ટકનું વર્તમાન સ્વરૂપ

આપણે ધ્યાનમાં રાખવું જોઈએ કે જ્યારે મેન્ડેલીફે તેનું આવર્ત કોષ્ટક વિકસાવ્યું, ત્યારે રસાયણશાસ્ત્રીઓને પરમાણુની આંતરિક રચના વિશે કંઈ જ ખબર ન હતી. જોકે, $20^{\text {th }}$ સદીની શરૂઆતમાં ઉપ-પરમાણુ કણો વિશેના સિદ્ધાંતોમાં ઊંડા વિકાસની સાક્ષી મળી. 1913 માં, અંગ્રેજ ભૌતિકશાસ્ત્રી, હેન્રી મોસલીએ તત્વોની લાક્ષણિક $X$-કિરણ સ્પેક્ટ્રામાં નિયમિતતાઓ જોઈ. $\sqrt{v}$ (જ્યાં $V$ એ $X$-કિરણોની આવૃત્તિ છે) નો પરમાણુ સંખ્યા $(Z)$ સામેનો આલેખ એક સીધી રેખા આપે છે અને $\sqrt{v}$ વિરુદ્ધ પરમાણુ દળનો આલેખ નથી. આમ તેણે બતાવ્યું કે પરમાણુ સંખ્યા એ તેના પરમાણુ દળ કરતાં તત્વનો વધુ મૂળભૂત ગુણધર્મ છે. મેન્ડેલીફનો આવર્ત નિયમ, તેથી, તે મુજબ સુધારવામાં આવ્યો હતો. આ આધુનિક આવર્ત નિયમ તરીકે ઓળખાય છે અને નીચે પ્રમાણે જણાવી શકાય છે:

તત્વોના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો તેમની પરમાણુ સંખ્યાઓનું આવર્તનીય કાર્ય છે.

આવર્ત નિયમે 94 કુદરતી રીતે થતા તત્વોમાં મહત્વપૂર્ણ સામ્યતાઓ જાહેર કરી (નેપ્ચ્યુનિયમ અને પ્લુટોનિયમ જેવા એક્ટિનિયમ અને પ્રોટોએક્ટિનિયમ પણ પિચબ્લેન્ડમાં જોવા મળે છે - યુરેનિયમનું એક અયસ્ક). આથી અકાર્બનિક રસાયણશાસ્ત્રમાં નવી રુચિ ઉત્પન્ન થઈ અને કૃત્રિમ રીતે ઉત્પન્ન થયેલા ટૂંકા જીવનકાળના તત્વોના સર્જન સાથે તે વર્તમાન સુધી ચાલુ રહી છે.

તમને યાદ હશે કે પરમાણુ સંખ્યા ન્યુક્લિયર ચાર્જ (એટલે કે, પ્રોટોનની સંખ્યા) અથવા તટસ્થ પરમાણુમાં ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા જેટલી હોય છે. પછી તત્વોની આવર્તિતામાં ક્વોન્ટમ સંખ્યાઓ અને ઇલેક્ટ્રૉનિક રચનાઓનું મહત્વ કલ્પના કરવું સરળ છે. હકીકતમાં, હવે એ સ્વીકારવામાં આવ્યું છે કે આવર્ત નિયમ અનિવાર્યપણે ઇલેક્ટ્રૉનિક રચનાઓમાં આવર્તનીય વિવિધતાનું પરિણામ છે, જે ખરેખર તત્વો અને તેમના સંયોજનોના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો નક્કી કરે છે.

સમયાંતરે આવર્ત કોષ્ટકના અસંખ્ય સ્વરૂપો શોધવામાં આવ્યા છે. કેટલાક સ્વરૂપો રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ અને સંયોજકતા પર ભાર મૂકે છે, જ્યારે અન્ય તત્વોની ઇલેક્ટ્રૉનિક રચના પર ભાર મૂકે છે. એક આધુનિક સંસ્કરણ, જેને તત્વોના આવર્ત કોષ્ટકનું “લાંબું સ્વરૂપ” કહેવાય છે (ફિગ. 3.2), સૌથી અનુકૂળ અને વ્યાપક રીતે ઉપયોગમાં લેવાય છે. આડી પંક્તિઓ (જેને મેન્ડેલીએવે શ્રેણીઓ કહી હતી)ને આવર્ત કહેવામાં આવે છે અને ઊભી કૉલમ, જૂથ. તેમના પરમાણુઓમાં સમાન બાહ્ય ઇલેક્ટ્રૉનિક રચના ધરાવતા તત્વોને ઊભી કૉલમમાં ગોઠવવામાં આવે છે, જેને જૂથ અથવા કુટુંબ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. ઇન્ટરનેશનલ યુનિયન ઓફ પ્યોર એન્ડ એપ્લાઇડ કેમિસ્ટ્રી (IUPAC)ની ભલામણ મુજબ, જૂથોને 1 થી 18 સુધી નંબર આપવામાં આવે છે જે જૂથ IA … VIIA, VIII, IB … VIIB અને 0 ના જૂની નોટેશનને બદલે છે.

કુલ મળીને સાત આવર્ત છે. આવર્ત નંબર આવર્તમાંના તત્વોના સૌથી વધુ મુખ્ય ક્વોન્ટમ નંબર $(n)$ને અનુરૂપ છે. પ્રથમ આવર્તમાં 2 તત્વો હોય છે. અનુગામી આવર્તમાં અનુક્રમે $8,8,18,18$ અને 32 તત્વો હોય છે. સાતમો આવર્ત અપૂર્ણ છે અને છઠ્ઠા આવર્તની જેમ 32 તત્વોનો સૈદ્ધાંતિક મહત્તમ (ક્વોન્ટમ સંખ્યાના આધારે) હશે. આવર્ત કોષ્ટકના આ સ્વરૂપમાં, છઠ્ઠા અને સાતમા બંને આવર્તના 14 તત્વો (અનુક્રમે લેન્થેનોઇડ્સ અને એક્ટિનોઇડ્સ) તળિયે અલગ પેનલમાં મૂકવામાં આવ્યા છે[^0].

<img src="