كشف قانون تناوبی

لوتارمیر نیز در همان سال و كمی پس از نشر جدول مندلیف، جدول مشابهی تنظیم و در سال 1875 منتشر كرد كه تا اندازه‌ای با جدول مندلیف مشابهت داشت.

در فاصله بین سالهای 1869 تا 1871، لوتارمیر بررسیهای گسترده‌ای انجام داد و نمودار تغییرات بسیاری از خواص فیزیكی عنصرها را نسبت به جرم اتمی آنها رسم و مشاهده كرد كه این تغییرات روندی تناوبی دارند. برای نمونه نشان داد كه حجم اتمی عنصرها، نسبت به جرم اتمی آنها، مطابق شكل به طور تناوبی تغییر می‌كند.

در همین فاصله، مندلیف نیز با بررسی خواص عنصرها و تركیبهای آنها از جمله تركیبهای دوتایی هیدروژن‌دار و اكسیژن‌دار آنها، دریافت كه تغییرات خواص شیمیایی عنصرها مانند خواص فیزیكی آنها، نسبت به جرم اتمی، روند تناوبی دارد. از این رو جدولی را كه در سال 1869 منتشر كرده بود، به صورت جدیدی در هشت ستون و دوازده سطر منظم كرد. بدین ترتیب، مندلیف و لوتارمیر به كشف قانون تناوبی دست یافتند كه در سال 1871 منتشر شد و مفهوم آن چنین است: «خواص عناصر، تابعی از تناوبی از جرم اتمی آنها است».

براساس این قانون، جدول طبقه‌بندی عنصرها كه توسط مندلیف منظم شده بود، «جدول تناوبی عناصر» نیز نامیده شد.

مندلیف، با توجه به اشكالات و نارساییهای جدول نیولندز و لوتارمیر و حتی جدولی كه خود وی در سال 1869 منتشر كرده بود، جدولی تقریباً بدون اشكال ارائه داد كه فراگیر و ماندنی شد. در این جدول به ابتكارات و نوآوریهای جالبی به شرح زیر دست زد:

1- شك در درستی جرم اتمی برخی از عنصرها و ارزیابی دوباره آنها.

2- توجه به اصل تشابه و مقدم شمردن بر جرم اتمی، به حكم ضرورت. بر همین اساس؛ مثلا با وجود این كه جرم اتمی كبالت از نیكل بیشتر بود آن را پیش از نیكل قرار داد.

3- خالی گذاشتن برخی از خانه‌های جدول، به منظور رعایت هر چه بیشتر اصل تشابه و پیش‌بینی وجود عنصرهای ناشناخته.

4- پیشگویی خواص عنصرهای ناشناخته با توجه به خواص عنصرهای مجاور و طبقه‌بندی سه تایی‌های دو بر اینر.

5- تقسیم عنصرهای هر ستون به دو گروه اصلی و فرعی (a و b) به منظور رعایت هر چه بیشتر اصل تشابه.

مثلا در سال 1869، مس، نقره و طلا را مانند فلزهای قلیایی در ستون اول قرار داده بود، اما كمی بعد، عنصرهای این ستون را به دو گروه اصلی a (فلزهای قلیایی) و فرعی b (مس، نقره و طلا) تقسیم كرد.

6- تنظیم ده سطر جدول به صورت پنج دوره، به ترتیبی كه دوره‌های اول و دوم شامل یك سطر و هر یك از دوره‌های سوم به بعد، شامل دو سطر باشد.

7- توجه به این كه 9 عنصر: آهن، كبالت، نیكل، روتنیم، ردیم، پالادیم، اسمیم، ایریدیم و پلاتین، خواص نسبتاً مشابهی با یكدیگر داشته و با عنصرهای اصلی و یا فرعی گروههای دیگر شباهتی ندارند و برای رعایت هر چه بیشتر اصل تشابه، این عنصرها را در سه سری سه تایی در ستون جداگانه‌ای قرار داد. به عبارت دیگر. به گروههای هفت گانه جدول پیشین خود، گروه دیگری (گروه VIII) را اضافه كرد.

در زمان تنظیم جدول تناوبی، هنوز گازهای كمیاب كشف نشده بود. از این رو، در متن جدول اصلی مندلیف، جایی برای این عنصرها پیش‌بینی نشد. اما با توجه به نبوغ مندلیف در تنظیم جدول تناوبی، این امر اشكالی به وجود نیاورده بود. به طوری كه هنگامی رامسی و رایلی در سال 1894 گاز آرگون را كشف كردند و تا سال 1908 گازهای كمیاب دیگر نیز كشف شد، از آنجا كه این عنصرها فعالیت شیمیایی نداشته، به بیان دیگر، ظرفیت شمیایی آنها برابر صفر در نظر گرفته شده بود آنها را پیش از فلزهای قلیایی در ستون جداگانه‌ای به نام گروه صفر قرار داد البته بعدها، پس از كشف ساختار اتم و با توجه به آرایش الكترونی اتمها، آنها را به آخر جدول منتقل كردند.

در سال 1913 یعنی در همان سالی كه بور دانشمند دانماركی نظریه اتمی خود را منتشر كرده بود، موزلی دانشمند انگلیسی، با استفاده از دستگاه طیف سنجی كه توسط براگ (Bragg) اختراع شده بود، طیف پرتوهای X تعداد زیادی از عنصرها (از آلومینیوم تا نقره) را با دقت مورد بررسی قرار داد و دریافت كه از انواع دیگر طیفها (مثلا طیف اتمی و طیف مولكولی) ساده‌تر است و همان‌طور كه باركلا و سدلر، نظر داده بودند، شامل دوسری متمایز از خطوط (سری K و سریL) می‌باشند.