الأنظمة الدورية للجزيئات الصغيرة

تُعدّ الأنظمة الدورية للجزيئات جداول للجزيئات تُشبه الجدول الدوري للعناصر. وقد بدأ إنشاء هذه الجداول في أوائل القرن العشرين، ولا يزال العمل عليها مستمراً.

يُعتقد عمومًا أن القانون الدوري ، المُمثَّل بالجدول الدوري، ينعكس في سلوك الجزيئات ، على الأقل الجزيئات الصغيرة. فعلى سبيل المثال، إذا استُبدلت أي ذرة في جزيء ثلاثي الذرات بذرة غاز نبيل ، فسيحدث تغيير جذري في خصائص الجزيء. ويمكن تحقيق عدة أهداف من خلال بناء تمثيل واضح لهذا القانون الدوري كما يتجلى في الجزيئات: (1) نظام تصنيف للعدد الهائل من الجزيئات الموجودة، بدءًا من الجزيئات الصغيرة التي تحتوي على عدد قليل من الذرات، لاستخدامه كوسيلة تعليمية وأداة لأرشفة البيانات، (2) بيانات التنبؤ بخصائص الجزيئات بناءً على نظام التصنيف، و(3) نوع من التوحيد مع الجدول الدوري والنظام الدوري للجسيمات الأساسية . ^{[ 1 ]}

تُعدّ الأنظمة الدورية (أو المخططات أو الجداول) للجزيئات موضوع مراجعتين. ^{[ 2 ] [ 3 ]} تشمل أنظمة الجزيئات ثنائية الذرة أنظمة (1) إتش دي دبليو كلارك، ^{[ 4 ] [ 5 ]} و(2) إف-إيه كونغ، ^{[ 6 ] [ 7 ]} والتي تُشبه إلى حدٍ ما المخطط الذري. وقد طُوّر نظام آر هيفرلين وآخرون ^{[ 8 ] [ 9 ]} من (3) نظام ثلاثي الأبعاد إلى (4) نظام رباعي الأبعاد، وذلك باستخدام حاصل ضرب كرونكر لمخطط العنصر مع نفسه.

$\begin{pmatrix}{\rm {Li}}&{\rm {Be}}\\{\rm {Na}}&{\rm {Mg}}\end{pmatrix}}\otimes \begin{pmatrix}{\rm {Li}}&{\rm {Be}}\\{\rm {Na}}&{\rm {Mg}}\end{pmatrix}}=\begin{pmatrix}{\rm {Li_{2}}}&{\rm {LiBe}}&{\rm {BeLi}}&{\rm {Be_{2}}}\\{\rm {LiNa}}&{\rm {LiMg}}&{\rm {BeNa}}&{\rm {BeMg}}\\{\rm {NaLi}}&{\rm {NaBe}}&{\rm {MgLi}}&{\rm {MgBe}}\\{\rm {Na_{2}}}&{\rm {NaMg}}&{\rm {MgNa}}&{\rm {Mg_{2}}}\\\end{pmatrix}}}$

ناتج كرونكر لمخطط دوري افتراضي لأربعة عناصر. تشير الجزيئات الستة عشر، وبعضها زائد عن الحاجة، إلى مكعب فائق، مما يوحي بدوره بأن الجزيئات موجودة في فضاء رباعي الأبعاد؛ الإحداثيات هي أرقام الدورة وأرقام المجموعة للذرتين المكونتين. [ 10 ]

يُعدّ نظام (5) جي في جوفيكين، ^{[ 11 ] [ 12 ]} ، نظامًا دوريًا مختلفًا تمامًا ، وهو قائم على ديناميكيات المجموعات . في جميع هذه الحالات باستثناء الحالة الأولى، قدّم باحثون آخرون مساهمات قيّمة، وبعضهم مؤلفون مشاركون. وقد عدّل كونغ ^{[ 7 ]} وهيفرلين ^{[ 13 ]} بنى هذه الأنظمة لتشمل الأنواع المتأينة، ثم وسّعها كونغ ^{[ 7 ]} وهيفرلين ^{[ 9 ]} وجوفيكين وهيفرلين ^{[ 12 ]} لتشمل فضاء الجزيئات ثلاثية الذرات. ترتبط هذه البنى رياضيًا بمخطط العناصر. وقد أُطلق عليها في البداية اسم الأنظمة الدورية "الفيزيائية". ^{[ 2 ]}

ركز باحثون آخرون على بناء هياكل تعالج أنواعًا محددة من الجزيئات ، مثل الألكانات (موروزوف)؛ [ ^{14 ] والبنزينويدات} ( دياس)؛ ^{[ 15 ] [ 16 ]} والمجموعات الوظيفية التي تحتوي على الفلور والأكسجين والنيتروجين والكبريت (هاس)؛ [ ^{17 ] [ 18 ] أو} مزيج من الشحنة الأساسية ، وعدد الأغلفة الإلكترونية، وجهود الأكسدة والاختزال ، وميول الحموضة والقاعدية (غورسكي). ^{[ 19 ] [ 20 ]} لا تقتصر هذه الهياكل على الجزيئات ذات عدد معين من الذرات ، ولا تشبه مخطط العناصر إلا قليلًا؛ وتُسمى أنظمة "كيميائية". لا تبدأ الأنظمة الكيميائية بمخطط العناصر، بل تبدأ، على سبيل المثال، بتعداد الصيغ (دياس)، وقانون إزاحة الهيدريد لغريم (هاس)، ومنحنيات الجهد المختزل (جينز)، ^{[ 21 ]} ومجموعة من المؤشرات الجزيئية (غورسكي)، واستراتيجيات مماثلة.

قام إي في بابايف ^{[ 22 ]} بإنشاء نظام دوري فائق يتضمن من حيث المبدأ جميع الأنظمة الموصوفة أعلاه باستثناء تلك الخاصة بـ دياس وغورسكي وجينز.

يرتكز الجدول الدوري للعناصر، ككرسي صغير، على ثلاثة أركان: (أ) نموذج بور - سومرفيلد الذري للنظام الشمسي ( مع دوران الإلكترون ومبدأ ماديلونغ )، الذي يُحدد العناصر ذات الأرقام السحرية التي تُنهي كل صف من الجدول ، ويُعطي عدد العناصر في كل صف، (ب) حلول معادلة شرودنغر ، التي تُقدم المعلومات نفسها، (ج) البيانات المُستقاة من التجارب، ومن نموذج النظام الشمسي، ومن حلول معادلة شرودنغر. ولا ينبغي إغفال نموذج بور-سومرفيلد ، فقد قدم تفسيراتٍ لكمٍّ هائل من البيانات الطيفية التي كانت موجودةً قبل ظهور ميكانيكا الموجة .

كل نظام من الأنظمة الجزيئية المذكورة أعلاه، وتلك التي لم يتم ذكرها، مدعوم أيضًا بثلاثة أركان: (أ) البيانات الفيزيائية والكيميائية المرتبة في أنماط بيانية أو جدولية (والتي، بالنسبة للأنظمة الدورية الفيزيائية على الأقل، تعكس مظهر مخطط العناصر)، (ب) ديناميكيات المجموعة، ورابطة التكافؤ، والمدارات الجزيئية، وغيرها من النظريات الأساسية، و(ج) جمع أرقام الدورة الذرية والمجموعة (كونغ)، ومنتج كرونكر واستغلال الأبعاد الأعلى (هيفرلين)، وتعداد الصيغ (دياس)، ومبدأ إزاحة الهيدروجين (هاس)، ومنحنيات الجهد المختزل (جينز)، واستراتيجيات مماثلة.

تضم قائمةٌ مُرتبةٌ زمنيًا للمساهمات في هذا المجال ^{[ 3 ]} ما يقارب ثلاثين مدخلاً مؤرخةً في الأعوام 1862، 1907، 1929، 1935، و1936؛ ثم، بعد فترة توقف، ازداد النشاط بشكلٍ ملحوظٍ بدءًا من الذكرى المئوية لنشر مندليف لجدوله العنصري، عام 1969. تتضمن العديد من المنشورات حول الأنظمة الدورية للجزيئات بعض التنبؤات بالخصائص الجزيئية، ولكن منذ مطلع القرن العشرين، بُذلت محاولاتٌ جادةٌ لاستخدام الأنظمة الدورية للتنبؤ ببياناتٍ أكثر دقةً تدريجيًا لأعدادٍ مختلفةٍ من الجزيئات. ومن بين هذه المحاولات، محاولات كونغ ^{[ 7 ]} وهيفرلين ^{[ 23 ] [ 24 ].}

يحتوي نظام الإحداثيات المُختزل على ثلاثة متغيرات مستقلة بدلاً من الستة التي يتطلبها نظام كرونكر. ويستفيد اختزال المتغيرات المستقلة من ثلاث خصائص للجزيئات ثلاثية الذرات في الحالة الغازية والحالة الأرضية. (1) بشكل عام، بغض النظر عن العدد الإجمالي لإلكترونات التكافؤ الذرية المكونة، تميل بيانات الجزيئات متساوية الإلكترونات إلى أن تكون أكثر تشابهًا من بيانات الجزيئات المتجاورة التي تحتوي على عدد أكبر أو أقل من إلكترونات التكافؤ؛ بالنسبة للجزيئات ثلاثية الذرات، يكون عدد الإلكترونات هو مجموع أرقام المجموعات الذرية (مجموع أرقام الأعمدة من 1 إلى 8 في المجموعة p من الجدول الدوري للعناصر، C1+C2+C3). (2) تبدو الجزيئات ثلاثية الذرات الخطية/المنحنية أكثر استقرارًا قليلاً، مع ثبات المعايير الأخرى، إذا كانت ذرة الكربون هي الذرة المركزية. (3) معظم الخصائص الفيزيائية للجزيئات ثنائية الذرات (وخاصة الثوابت الطيفية) تتناسب طرديًا تقريبًا مع حاصل ضرب رقمي دورتي (أو صف) الذرة ، R1 وR2. بالنسبة للجزيئات ثلاثية الذرات، تكون الرتابة قريبة من R1R2+R2R3 (والتي تختزل إلى R1R2 للجزيئات ثنائية الذرات). لذلك، فإن إحداثيات x و y و z لنظام الإحداثيات المختصر هي C1+C2+C3 و C2 و R1R2+R2R3. تتوافق تنبؤات الانحدار المتعدد لقيم أربع خصائص للجزيئات ذات البيانات المجدولة توافقًا جيدًا جدًا مع البيانات المجدولة (تشمل مقاييس الخطأ للتنبؤات البيانات المجدولة في جميع الحالات تقريبًا). ^{[ 25 ]}

• تاريخ الجدول الدوري
• الجدول الدوري