मूलद्रव्यांचे वर्गीकरण : डोबेरायनर ते आधुनिक आवर्ती नियम आणि आवर्ती कल (UPSC रसायनशास्त्र)

SRIRAMS IAS MARATHI BLOG  

• 27/09/2025
• 310

मूलद्रव्यांचे आवर्ती वर्गीकरण/Periodic Classification of Elements - UPSC/MPSC साठी

मूलद्रव्यांचे वर्गीकरण/Classification of Elements: ऐतिहासिक विकास

विज्ञान जगताला आज अनेक मूलद्रव्ये माहिती आहेत. त्यांची प्रचंड माहिती अभ्यासायची असल्यामुळे, वैज्ञानिकांनी त्यांच्या गुणधर्मांनुसार त्यांचे वर्गीकरण करण्याचे अनेक प्रयत्न केले आहेत.

डोबेरायनरची त्रिके/Dobereiner's Triads (सन १८१७)

• ते एक जर्मन वैज्ञानिक होते. 
• डोबेरायनरने मूलद्रव्यांचे गुणधर्म आणि अणुवस्तुमान यांचा संबंध दर्शवला. 
• त्यांनी समान रासायनिक गुणधर्म असलेल्या तीन मूलद्रव्यांचे 'त्रिके' गट केले. 
• त्रिकांमधील मूलद्रव्ये अणुवस्तुमानाच्या चढत्या क्रमाने मांडल्यास, मधल्या मूलद्रव्याचे अणुवस्तुमान इतर दोहोंच्या सरासरीइतके असते. मात्र, ही पद्धत सर्व ज्ञात मूलद्रव्यांसाठी लागू झाली नाही.

न्यूलँड्सच्या अष्टकांचा नियम/Newlands' Law of Octaves (सन १८६६)

इंग्लिश वैज्ञानिक जॉन न्यूलँड्स यांनी मूलद्रव्ये त्यांच्या अणुवस्तुमानांच्या चढत्या क्रमानुसार मांडली. या मांडणीची सुरुवात सर्वात हलक्या हायड्रोजनने झाली आणि शेवट थोरिअमने झाला.

• नियम: त्यांना असं आढळलं की, प्रत्येक आठव्या मूलद्रव्याचे गुणधर्म पहिल्या मूलद्रव्यासारखेच असतात. त्यांनी याला संगीतातील अष्टकांशी तुलना करून 'अष्टकांचा नियम' असं नाव दिलं.
• त्रुटी:

न्यूलँड्जच्या अष्टकांचे नियम:

• हा नियम फक्त कॅल्शिअमपर्यंतच लागू होत होता.
• त्याने काही जागांवर दोन मूलद्रव्ये एकत्र ठेवली (उदा. कोबाल्ट आणि निकेल).
• काही भिन्न गुणधर्मांची मूलद्रव्ये एकाच गटात ठेवली (उदा. कोबाल्ट आणि निकेलसारख्या धातूंना क्लोरीन आणि ब्रोमिनसारख्या हॅलोजनांबरोबर ठेवले).
• नव्याने शोध लागलेल्या मूलद्रव्यांसाठी त्यामध्ये जागा नव्हती.

मेंडेलीव्हची आवर्तसारणी/Mendeleev's Periodic table (१८६९-१८७२)

दिमित्री मेंडेलीव्हने मूलद्रव्यांच्या वर्गीकरणासाठी आवर्तसारणी विकसित केली.

• आधार: मेंडेलीव्ह यांनी ज्ञात 63 मूलद्रव्यांची मांडणी करताना अणुवस्तुमानाला मूलभूत गुणधर्म मानून, अणुवस्तुमानांच्या चढत्या क्रमाने मूलद्रव्ये मांडली.
• आवर्ती नियम: मूलद्रव्यांचे गुणधर्म त्यांच्या अणुवस्तुमानांचे आवर्तीफल (Periodic function) असतात.
• रचना: या मांडणीमध्ये उभ्या स्तंभांना 'गण' (Groups) आणि आडव्या ओळींना 'आवर्त' (Periods) असे म्हणतात.

मेंडेलीव्हच्या आवर्तसारणीचे गुण (Merits):

खालील बदलांमुळे मेंडेलीव्हच्या आवर्त सारणीला महत्त्व प्राप्त झाले:

• अणुवस्तुमानाची दुरुस्ती: काही मूलद्रव्यांचे अणुवस्तुमान त्यांच्या गुणधर्मांनुसार पुन्हा तपासले आणि दुरुस्त केले (उदा. बेरिलिअमचे अणुवस्तुमान 14.09 वरून 9.4 केले).
• अज्ञात मूलद्रव्यांचे भाकीत: त्यांनी काही जागा रिकाम्या ठेवून 'एका-बोरॉन', 'एका-अ‍ॅल्युमिनम' आणि 'एका-सिलिकॉन' या तीन अज्ञात मूलद्रव्यांचे अणुवस्तुमान आणि गुणधर्म सांगितले. नंतर शोध लागलेल्या स्कँडिअम (Sc), गॅलिअम (Ga) आणि जर्मेनिअम (Ge) या मूलद्रव्यांचे गुणधर्म त्यांच्या भाकितानुसारच होते.
• राजवायूसाठीचे स्थान: नंतर शोध लागलेल्या हेलिअम आणि निऑनसारख्या राजवायूसाठी मूळ सारणीमध्ये कोणताही बदल न करता 'शून्य गण' तयार केला.

मेंडेलीव्हच्या आवर्तसारणीतील त्रुटी/Demerits of Mendeleev's periodic table:

• समस्थानिकांचे स्थान: भिन्न अणुवस्तुमान आणि समान रासायनिक गुणधर्म असलेल्या समस्थानिकांना आवर्तसारणीत योग्य स्थान देणे हे एक आव्हान होते.
• हायड्रोजनचे स्थान: हायड्रोजनचे रेणुसूत्र (H2) हॅलोजनांशी (F2, Cl2) साधर्म्य दर्शवते, तर त्याचे रासायनिक गुणधर्म अल्क धातूंशी (Na, K) जुळतात. यामुळे आवर्तसारणीमध्ये त्याचे स्थान निश्चित करता आले नाही.
• अणुवस्तुमानांमधील अनियमितता: अणुवस्तुमानांमधील वाढ अनियमित असल्यामुळे, दोन जड मूलद्रव्यांमध्ये किती नवीन मूलद्रव्यांचा शोध लागेल, याचा अंदाज वर्तवणे कठीण होते.

आधुनिक आवर्ती नियम आणि त्यांची रचना

मेंडेलीव्हने जेव्हा आवर्तसारणी तयार केली, तेव्हा अणूच्या आतमध्ये काय आहे, हे कोणालाच माहीत नव्हतं. पण १९१३ मध्ये, हेनरी मोस्ले नावाच्या एका इंग्लिश वैज्ञानिकाने शोधून काढलं की, मूलद्रव्याचा खरा महत्त्वाचा गुणधर्म 'अणुअंक' (म्हणजे Z) आहे.

आधुनिक आवर्ती नियम/Modern Periodic Law

मूलद्रव्यांचे गुणधर्म हे त्यांच्या अणुअंकांचे आवर्तीफल असतात.

आधुनिक आवर्तसारणीची रचना/Structure of modern periodic table

अणुअंकांच्या चढत्या क्रमाने मूलद्रव्यांची मांडणी केल्यावर आधुनिक आवर्तसारणी (दीर्घ रूप) तयार झाली.

• आवर्त (Periods): एकूण ७ आडव्या ओळी. एका आवर्तामध्ये डावीकडून उजवीकडे जाताना बाह्यतम कक्षेत इलेक्ट्रॉन भरले जातात. इलेक्ट्रॉन असलेल्या कक्षांची संख्या समान असते.
• गण (Groups): एकूण १८ उभे स्तंभ. एका गणातील मूलद्रव्यांच्या बाह्यतम कक्षेतील संयुजा इलेक्ट्रॉनांची संख्या समान असते.
• खंड (Blocks): संपूर्ण आवर्तसारणी s-खंड, p-खंड, d-खंड व f-खंड अशा चार खंडांमध्ये विभागली आहे.
• s-खंड: गण १ आणि २.
• p-खंड: गण १३ ते १८. (येथे धातू, अधातू व धातुसदृश वेगळे होतात) .
• d-खंड: गण ३ ते १२ (यांना संक्रामक मूलद्रव्ये म्हणतात).
• f-खंड: तळाच्या लॅन्थेंनाइड आणि अ‍ॅक्टिनाइड श्रेणी.

आवर्ती कल: गुणधर्मांमध्ये होणारे नियमित बदल/Periodic Trends

आधुनिक आवर्तसारणीमधील गण आणि आवर्तांमध्ये मूलद्रव्यांच्या गुणधर्मांची तुलना केल्यास, त्यांच्यामध्ये काही नियमितता आढळते.

१. संयुजा/Valency

• आवर्त (Periods): डावीकडून उजवीकडे जाताना संयुजा क्रमाने बदलते (उदा. आवर्त 2 मध्ये 1 ते 4 पर्यंत वाढते आणि नंतर कमी होते).
• गण (Groups): एका गणात वरून खाली जाताना संयुजा समान असते.

२. अणु-आकारमान/Atomic Size

अणूचा आकार (त्रिज्या)

• आवर्त (डावीकडून उजवीकडे): आवर्तामध्ये डावीकडून उजवीकडे जाताना, अणुअंक वाढत जातो आणि त्यामुळे केंद्रकीय धनप्रभार वाढतो. मात्र, इलेक्ट्रॉन त्याच बाह्यतम कक्षेत जमा होत असल्यामुळे, इलेक्ट्रॉन केंद्रकाकडे अधिक ओढले जातात, परिणामी अणुत्रिज्या कमी होत जाते.
• गण (वरून खाली): गणात वरून खाली येताना, नवीन कक्षेची भर पडते. यामुळे बाह्यतम इलेक्ट्रॉन आणि अणुकेंद्रक यांच्यातील अंतर वाढते आणि अणूचे आकारमान वाढत जाते.

३. धातु-अधातु गुणधर्म/Metallic-Nonmetallic Character

आधुनिक आवर्तसारणीतील गुणधर्म/Properties of the modern periodic table:

आवर्त (डावीकडून उजवीकडे):

• धातु-गुणधर्म (विद्युत धनता): कमी होत जातो, कारण संयुजा इलेक्ट्रॉन गमावण्याची प्रवृत्ती कमी होते.
• अधातु-गुणधर्म (विद्युत ऋणता): वाढत जातो, कारण इलेक्ट्रॉन स्वीकारून ऋणायन बनण्याची क्षमता वाढते.

गण (वरून खाली):

• धातु-गुणधर्म (विद्युत धनता): वाढण्याचा कल दिसून येतो, कारण केंद्रक व संयुजा इलेक्ट्रॉनमधील अंतर वाढल्याने आकर्षण बल कमी होते.
• अधातु-गुणधर्म (विद्युत ऋणता): कमी होत जातो.

आधुनिक आवर्तसारणी मूलद्रव्यांच्या अभ्यासासाठी अत्यंत उपयुक्त आहे. यामध्ये नागमोडी रेषेच्या डावीकडे सर्व धातू, उजवीकडे सर्व अधातू आणि रेषेच्या किनारीने धातुसदृश मूलद्रव्ये आहेत. मूलद्रव्यांचे स्थान (गण व आवर्त) त्यांच्या इलेक्ट्रॉन संरूपणावरून ठरते आणि त्यांच्या गुणधर्मांविषयी अचूक माहिती मिळते.