text: جدول تناوبی عنصرهای شیمیایی یا جدول دورهای عنصرهای شیمیایی یا جدول مَندَلیُف ، نمایش جدولی عنصرهای شیمیایی بر پایهٔ عدد اتمی، آرایش الکترونی و ویژگیهای شیمیایی آنها است. ترتیب جایگیری عنصرها در این جدول از عدد اتمی (شمار پروتونها) کمتر به سوی عدد اتمی بالاتر است. شکل استاندارد این جدول است؛ عنصرهای اصلی در بالا و دو ردیف کوچکتر از عنصرها در پایین جای دارد. میتوان این جدول را به چهار مستطیل شکست، این چهار بلوک مستطیلی عبارتند از: بلوک اس در سمت چپ، بلوک پی در راست، بلوک دی (فلزات واسطه) در وسط و بلوک اف (فلزات واسطهٔ داخلی) در پایین. ردیفهای این جدول، دوره و ستونهای آن، گروههای جدول تناوبی نام دارند. همچنین گاهی برخی از این گروهها نامهای ویژهای دارند. برای نمونه گروه هالوژنها و گازهای نجیب از آن جملهاند. هدف از ساخت جدول تناوبی، چه به شکل مستطیلی و چه به شکلهای دیگر، بررسی بهتر ویژگیهای شیمیایی عنصرها بودهاست. این جدول، کاربرد زیادی در دانش شیمی و پردازش رفتار عنصرها دارد. جدول تناوبی با نام دیمیتری مندلیف شناخته شدهاست، با اینکه پیشروان دیگری پیش از او وجود داشتهاند. او جدولی مشابه جدول تناوبی امروزی را در سال ۱۸۶۹ منتشر کرد. این، نخستین جدولی بود که به این گستردگی مرتب شده بود. مندلیف این جدول را تهیه کرد تا ویژگیهای دورهای آنچه که بعدها «عنصر» نام گرفت را بهتر نشان دهد. وی توانسته بود برخی ویژگیهای عنصرهایی که هنوز کشف نشده بود را پیشبینی کند و جای آنها را خالی گذاشته بود. کمکم با پیشرفت دانش، عنصرهای تازهای شناسایی شد و جای خالی عنصرها در جدول پُر شد. با شناسایی عنصرهای نو و گسترش شبیهسازیهای نظری دربارهٔ رفتار شیمیایی مواد، جدول آن روز مندلیف بسیار گستردهتر شدهاست. همهٔ عنصرهای شیمیایی از عدد اتمی ۱ (هیدروژن) تا ۱۱۸ (اوگانسون) شناسایی یا ساخته شدهاند. دانشمندان هنوز به دنبال ساخت عنصرهای پس از اوگانسون هستند و البته این پرسش را پیش رو دارند که عنصرهای تازهتر چگونه جدول را اصلاح خواهند کرد. همچنین ایزوتوپهای پرتوزای بسیاری هم در آزمایشگاه ساخته شدهاست. ظاهر همهٔ نسخههای جدول تناوبی تنها دربردارندهٔ عنصرهای شیمیایی هستند و مخلوط، ترکیب یا ذرهٔ زیراتمی در آنها جایی ندارد. هر عنصر شیمیایی یک عدد اتمی یکتا دارد و این عدد برابر با شمار پروتونها در هستهٔ اتم آن عنصر است. اتمهای گوناگون یک عنصر میتوانند شمار نوترونهای متفاوتی داشته باشند. در این حالت به آنها ایزوتوپ گفته میشود. برای نمونه کربن سه ایزوتوپ طبیعی دارد. همهٔ ایزوتوپهای کربن ۶ پروتون، و بیشتر آنها ۶ نوترون دارند؛ اما یک درصد آنها ۷ نوترون و شمار بسیار کمتری از آنها ۸ نوترون دارند. ایزوتوپها در جدول تناوبی به صورت جداگانه، نمایش داده نمیشوند؛ بلکه میانگین آنها به عنوان جرم اتمی در زیر عنصر درج میشود. برای عنصرهایی که هیچ ایزوتوپ پایداری ندارند، جرم اتمی پایدارترین یا متداولترین ایزوتوپ آنها درون پرانتز نوشته میشود. در جدول تناوبی استاندارد عنصرها به ترتیب عدد اتمی (شمار پروتونها در هسته)، به صورت صعودی مرتب شدهاند. هر ردیف تازه در جدول، که یک دوره یا تناوب نامیده میشود، با افزوده شدن نخستین الکترون به یک لایهٔ الکترونی تازه آغاز میشود. عنصرهایی که در یک ستون جدول (گروه) جای گرفتهاند، همگی در لایهٔ آخر الکترونی خود دارای تعداد الکترونهای برابر هستند؛ به عبارت دیگر آرایش الکترونی لایهٔ آخر آنها یکسان است. مانند اکسیژن و سلنیم که هر دو در یک ستون هستند و هر دو چهار الکترون در لایهٔ بیرونی آرایش الکترونی خود یعنی تراز p دارند. عنصرهایی که ویژگیهای شیمیایی مشابه دارند، معمولاً در یک گروه از جدول قرار میگیرند. اما در بلوک f عنصرهایی که در یک دوره هستند نیز ویژگیهای مشابهی را نشان میدهند. در نتیجه به آسانی میتوان ویژگیهای شیمیایی یک عنصر را با آگاهی از عنصرهای پیرامونیاش پیشبینی کرد. تا سال ۲۰۱۵، جدول تناوبی ۱۱۸ عنصر داشتهاست که ۱۱۴ عنصر به صورت رسمی از سوی اتحادیه بینالمللی شیمی محض و کاربردی پذیرفته و نامگذاری شدهاند. ۹۸ عنصر از مجموع ۱۱۸ عنصر در طبیعت یافت میشوند و از آن میان، ۸۴ مورد، عنصرهای پایدار یا دارای نیمعمر بیش از سن زمین هستند. در حالی که ۱۴ عنصر باقیمانده نیمعمر کوتاهی دارند یا به عبارت دیگر پرتوزا هستند. در حال حاضر، این عنصرها تنها بر اثر انجام واکنش هستهای در عنصرهای دیگر به وجود میآیند و فراوانی ناچیزی دارند. تمام عنصرهای با عدد اتمی ۹۹ تا ۱۱۲ (که مابین اینشتینیم و کوپرنیسیم قرار دارند) و نیز دو عنصر فلروویوم و لیورموریوم، در طبیعت پدید نیامدهاند، بلکه در آزمایشگاه ساخته شدهاند. سپس آیوپاک آنها را بهطور رسمی پذیرفتهاست. گزارش شده که عنصرهای ۱۱۳، ۱۱۵، ۱۱۷ و ۱۱۸ هم در آزمایشگاه ساخته شدهاند، اما هنوز آیوپاک آنها را تأیید نکردهاست. برای همین، این عنصرها هنوز بر پایهٔ عدد اتمیشان شناخته میشوند. تاکنون عنصری سنگینتر از کالیفرنیم (عنصر ۹۸) در طبیعت به صورت خالص در اندازهٔ قابل مشاهده، پیدا نشدهاست. تا سال ۲۰۱۸ هنوز عنصری با عدد اتمی بزرگتر از ۱۱۸ ساخته نشدهاست. روش دستهبندی عنصرها در جدول تناوبی به صورت افقی (چپ به راست) در گروههای ۱ تا ۱۸ و به صورت عمودی (بالا به پایین) در دورههای ۱ تا ۷ دستهبندی میشوند. همچنین دستهبندی دیگری بر اساس لایهٔ الکترونی در حال پر شدن وجود دارد که بر اساس آن، عنصرها در بلوکهای s و p و d و f قرار میگیرند. گروه یک گروه یا خانواده، یک ستون عمودی از جدول تناوبی است. عنصرهای یک گروه معمولاً ویژگیهای نزدیک به هم بیشتری نسبت به عنصرهای یک دوره یا بلوک دارند. دانش مکانیک کوانتوم که دربارهٔ ساختار اتمی پژوهش میکند، نشان میدهد که چون عنصرهای موجود در یک گروه همگی از آرایش الکترونی یکسانی در لایهٔ آخر الکترونی برخوردارند؛ بنابراین ویژگیهای شیمیایی مشابهی از خود نشان میدهند و هرچه عدد اتمی آنها بالاتر میرود، این مشابهتها افزایش پیدا میکند. با این حال گاهی در بلوک d و f همانندیهای عنصرهای یک دوره به اندازهٔ همانندیها در یک گروه مهم هستند. به همانندی (شباهت) در یک دوره، همانندی افقی و در یک گروه، همانندی عمودی گفته میشود. بر اساس یک قرارداد جهانی، گروهها از ۱ تا ۱۸ شمارهگذاری شدهاند که گروه شمارهٔ یک را نخستین گروه از چپ (فلزهای قلیایی) و آخرین گروه را گروه نخست از راست (گازهای نجیب) در نظر گرفتهاند. در گذشته، شمارهٔ گروهها را با عددهای رومی نشان میدادند. همچنین در آمریکا برای گروههای بلوک اس و پی یک حرف A و برای عنصرهای بلوک دی یک حرف B در کنار شمارهٔ رومی گروه میگذاشتند. برای نمونه گروه چهار به صورت IVB و گروه چهاردهم (یا عنصرهای گروه کربن) به صورت IVA نمایش داده میشد. در اروپا هم همین روش به کار میرفت، با این تفاوت که حرف A برای گروههای پیش از گروه ۱۰ و حرف B برای عنصرهای گروه ۱۰ و گروههای پس از آن بکار میرفت. در سال ۱۹۸۸ آیوپاک سامانهٔ نامگذاری تازهای را پیشنهاد کرد و روشهای پیشین همگی فراموش شد. ویژگیهای عنصرهای یک گروه مانند شعاع اتمی، انرژی یونش و الکتروندوستی مشابه یکدیگر هستند. از بالا به پایین، شعاع اتمی عنصرها افزایش مییابد، در نتیجه الکترونهای لایهٔ آخر در فاصلهٔ دورتری از هسته جای میگیرند، چون ترازهای انرژی بیشتری پُر شدهاند. از بالا به پایین، انرژی یونش کاهش مییابد. چون الکترونها کمتر به هسته پیوند خوردهاند و آسانتر میتوان آنها را جدا کرد. با تحلیل مشابه، از بالا به پایین الکتروندوستی عنصرها کاهش مییابد. چون فاصلهٔ میان الکترونهای لایهٔ آخر و هسته افزایش مییابد. البته در این میان استثناهایی هم وجود دارد. برای نمونه در گروه ۱۱ الکتروندوستی از بالا به پایین افزایش مییابد. دوره یک دوره در جدول تناوبی، یک ردیف افقی از این جدول است. با اینکه عنصرها در یک گروه همانندیهای بسیاری دارند، اما بخشهایی از دورهها هستند که از اهمیتی بیش از گروهها برخوردارند. مانند بلوک F، جایی که لانتانیدها و آکتینیدها دو مجموعهٔ افقی از عنصرهای جدول را میسازند. عنصرها در یک دوره همانندیهایی از لحاظ شعاع اتمی، انرژی یونش، الکتروندوستی و الکترونخواهی (مقدار انرژی آزاد شده هنگامی که یک الکترون به یک مولکول یا اتم خنثی افزوده میشود) از خود نشان میدهند. در یک دوره از چپ به راست، شعاع اتمی کاهش مییابد. این پدیده، به این دلیل است که با افزایش عدد اتمی در یک دوره، شمار لایههای الکترونی ثابت است، اما شمار پروتونها افزایش مییابد. برای همین الکترونها بیشتر به سوی هسته کشیده میشوند. کاهش شعاع اتمی باعث افزایش انرژی یونش میشود (از چپ به راست). هرچه پیوندها در یک عنصر محکمتر باشد، انرژی بیشتری هم برای جداسازی یک الکترون نیاز است. الکتروندوستی مانند انرژی یونش رفتار میکند و از چپ به راست افزایش مییابد. چون کشش هسته بر روی الکترونها افزایش مییابد. همچنین مقدار الکترونخواهی هم در طول یک دوره اندکی تغییر میکند. فلزها (عنصرهای سمت چپ دوره) معمولاً نسبت به نافلزها (سمت راست دوره) الکترونخواهی پایینتری دارند. این قانون برای گازهای نجیب برقرار نیست. بلوک چون لایهٔ آخر الکترونی از اهمیت ویژهای برخوردار است، جدول تناوبی به بخشهایی وابسته به این لایههای الکترونی تقسیم شدهاست. به هر یک از این بخشها یک بلوک میگویند. بلوک اس دربردارندهٔ دو گروه نخست جدول (فلزهای قلیایی و قلیایی خاکی) و دو عنصر هیدروژن و هلیم است. بلوک پی دربردارندهٔ شش گروه آخر جدول، گروههای ۱۳ تا ۱۸ آیوپاک (۳A تا ۸A در نامگذاری آمریکایی) است. همهٔ شبهفلزات و نافلزها در این بلوک جای میگیرند. بلوک دی دربردارندهٔ گروههای ۳ تا ۱۲ آیوپاک (۳B تا ۸B در نامگذاری آمریکایی) و همهٔ فلزات واسطه است. بلوک اف که بیشتر در پایین بدنهٔ اصلی جدول جای میگیرد دربردارندهٔ لانتانیدها و اکتینیدها است. دیگر قراردادها در نمایش جدول تناوبی، لانتانیدها و اکتینیدها بیشتر به صورت دو ردیف اضافی در زیر بدنهٔ اصلی جدول گذاشته میشوند. همچنین در این نمایش، دو تکخانه از بدنهٔ اصلی جدول به یکی از عنصرهای این دو مجموعه اختصاص داده میشود. برای نمونه، یکی از عنصرهای لانتانیوم یا لوتسیم (برای لانتانیدها) و اکتینیم یا لارنسیم (برای اکتینیدها) را برمیگزینند و آنها را به ترتیب در یک تکخانه میان باریم و هافنیم، و رادیم و رادرفوردیم میگذارند. در دیگر جدولها، دو مجموعهٔ لانتانیدها و اکتینیدها به صورت دو ردیف (دوره) در میانهٔ بدنهٔ اصلی جدول جای داده میشود. در برخی جدولها یک خط جداکنندهٔ فلزها از نافلزها هم گنجانده میشود. همچنین ممکن است در یک جدول دستههای گوناگونی از عنصرها به صورت برجستهتری نمایان شوند. برای نمونه میتوان به فلزهای واسطه، فلزات پس واسطه و شبهفلزها اشاره کرد. همچنین بسته به کاربرد جدول، ممکن است گروههای ویژهای از عنصرها مانند فلزهای دیرگداز و فلزهای کمیاب که خود زیرگروه فلزهای واسطه هستند، به صورت پررنگتر نمایش داده شوند. ویژگیهای تناوبی آرایش الکترونی آرایش الکترونی عنصرهای جدول، الگویی تکرار شونده دارند. الکترونها در هر عنصر، مجموعهای از لایههای الکترونی را پُر میکند. هر لایهٔ الکترونی از یک یا چند زیرلایه ساخته شدهاست که به آنها لایههای s و p و d و f و g گفته میشود. هر چه عدد اتمی یک عنصر افزایش یابد، لایهها و زیرلایههای الکترونی بیشتری در آن عنصر پُر میشود. این لایهها بر پایهٔ اصل آفبا یا قانون تراز انرژی پر میشوند (همانند نموداری که کشیده شدهاست). برای نمونه، آرایش الکترونی نئون با عدد اتمی ۱۰ عبارت است از: که دو الکترون در لایهٔ نخست و هشت الکترون در لایهٔ دوم (دو تا در زیرلایهٔ s و شش تا در زیرلایهٔ p) جای میگیرد. برای نمونه، فلزهای قلیایی و عنصر هیدروژن، همگی تنها یک الکترون در لایهٔ اس دارند. ویژگیهای یک عنصر بیشتر به آرایش الکترونی آن عنصر وابسته است. در نتیجه، چون آرایش الکترونی عنصرها در جدول از نظم روشنی پیروی میکند، میتوان برخی رفتارهای فیزیکی و شیمیایی عنصرها در جدول را پیشبینی کرد. در نمودار سمت راست، به برخی از این رفتارها اشاره شدهاست. پیش از آنکه نیلز بور نظریه خود پیرامون آرایش الکترونی را مطرح کند، از روی این ویژگی پلهکانی عنصرها، جای برخی از عنصرها در جدول پیشبینی شده بود. شعاع اتمی اندازهگیری شعاع اتمی یک اتم به صورت مجزا امکانپذیر نیست؛ ولی میتوان با اندازهگیری فاصلهٔ میان هستههای دو اتم که با هم پیوند دارند، شعاع اتمی آنها را به دست آورد. برای نمونه، هنگامی که دو اتم یک عنصر با یکدیگر پیوند دارند، شعاع اتمی هر یک از آنها نصف طول پیوند دو اتم است. هرچند که این مقدار در پیوندهای مختلف، اندکی متفاوت است؛ ولی میتوان یک میانگین را برای شعاع اتمی در نظر گرفت. بهطور کلی، با حرکت به سمت چپ و پایین جدول تناوبی، شعاع اتمی افزایش مییابد. این تغییر شعاع اتمی و در کنار آن تغییر در ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی عنصرها را میتوان با کمک نظریههای اتمی دربارهٔ لایههای الکترونی توضیح داد. این تغییرها شاهدی بر درستی نظریهٔ کوانتوم است. عنصرهای واسطه از الگوی کلی تغییرات شعاع اتمی پیروی نمیکنند. در آغاز پر شدن لایهٔ d شعاع اتمی کاهش مییابد که نرخ آن از نرخ کاهش عنصرهای گروه ۲ نسبت به گروه ۱ بسیار کمتر است؛ ولی در اتمهای انتهایی، روند افزایشی وجود دارد. انرژی یونش نخستین انرژی یونش، انرژی لازم برای جدا کردن سستترین الکترون از یک اتم خنثی در حالت گازی است. دومین انرژی یونش، انرژی مورد نیاز برای جدا کردن دومین الکترون از یک اتم است. انرژیهای یونش مراتب بالاتر نیز به همین ترتیب تعریف میشوند. برای یک اتم مشخص، با افزایش درجهٔ یونش، انرژیهای یونش متعاقب هم افزایش مییابند. بر الکترونهای لایههای نزدیکتر به هسته، نیروی جاذبهٔ الکترواستاتیک بیشتری اعمال میشود؛ بنابراین انرژی مورد نیاز برای جداسازی آنها نیز بیشتر است. انرژی یونش با حرکت به سمت بالا و راست جدول تناوبی، افزایش مییابد. در هر دورهٔ جدول، دو پرش بزرگ دیده میشود. یک پرش در گذر از گاز نجیب به فلز قلیایی بعدی است. پرش دوم که کوچکتر است، پیش از گروه ۱۳ رخ میدهد. در هر دو حالت، ابتدا آخرین لایهٔ آرایش الکترونی پر شده و سپس الکترون بعدی در لایهٔ جدید قرار میگیرد؛ بنابراین انرژی مورد نیاز برای جدا کردن آن، بسیار کمتر خواهد بود. چنین رخدادی در انرژیهای یونش متوالی یک عنصر نیز مشاهده میشود. هنگامی که همهٔ الکترونهای یک لایه جدا شوند، انرژی یونش بعدی به شدت افزایش مییابد. الکترونگاتیوی الکترونگاتیوی، تمایل یک اتم به جذب الکترون است که به دو عامل عدد اتمی و فاصلهٔ الکترونهای لایهٔ آخر آن اتم با هسته وابسته است. این ویژگی در سال ۱۹۳۲ توسط لینوس پاولینگ پیشنهاد شد. الکترونگاتیوی با حرکت به سمت بالا و راست جدول تناوبی، افزایش مییابد. فلوئور بیشترین و سزیم کمترین میزان الکترونگاتیوی را در میان عنصرهایی که در طبیعت یافت میشوند، دارا هستند. استثناهایی در تغییرات تناوبی الکترونگاتیوی مشاهده میشوند. الکترونگاتیوی عنصرهای گروه ۱۳ و ۱۴ در دورهٔ چهارم بیشتر از دورهٔ سوم است که دلیل آن، پر شدن لایهٔ d (که درونیتر است) و کمتر شدن شعاع اتمی است. استثنای دیگر، بالا بودن غیرعادی الکترونگاتیوی سرب در مقایسه با عنصرهای پیرامونش است که به نظر میرسد به دلیل اشکال در تحلیل دادهها باشد. روشهای محاسباتی دیگر، متفاوت با آنچه مورد استفاده پاولینگ بوده، نشان میدهند که این عنصرها دارای رفتار دورهای طبیعی هستند. تفاوت الکترونگاتیوی میان دو اتم که پیوندی را تشکیل میدهند، میزان خصلت یونی آن پیوند را نشان میدهد. هرچه این تفاوت بیشتر باشد، پیوند دو اتم قطبیتر است. برای نمونه، در پیوند میان نافلزها که تفاوت الکترونگاتیوی اندک است، پیوند کووالانسی با قطبیت کم یا غیر قطبی است؛ ولی پیوند میان یک فلز و یک نافلز به دلیل تفاوت قابل توجه الکترونگاتیوی دو اتم، از نوع پیوند یونی است. معیار الکترونگاتیوی چندان دقیق نیست؛ زیرا دو اتم ممکن است به شکلهای گوناگونی با یکدیگر پیوند داشتهباشند. (برای نمونه الکترونگاتیوی فسفر در دو ترکیب PF3 و PF5 با یکدیگر متفاوت است) الکترونخواهی الکترونخواهی، انرژی واکنش افزوده شدن یک الکترون به یک اتم در حالت گازی و تبدیل اتم خنثی به یون منفی است. برای بیشتر عنصرها، این فرایند با آزاد شدن انرژی همراه است و در نتیجه، مقدار الکترونخواهی برای نخستین الکترون، مقداری منفی است. تنها الکترونخواهی فلزات قلیایی خاکی (گروه ۲)، گروههای ۷ و ۱۲ و گازهای نجیب (گروه ۱۸) مثبت است. (در واقع، برای این عنصرها مقدار تجربی الکترونخواهی اندازهگیری نشدهاست) دلیل این رخداد، پر بودن (مانند گروه ۲، ۱۲ و ۱۸) یا نیمهپر بودن آخرین لایهٔ آرایش الکترونی این عنصرها (مانند گروه ۷) است. الکترونخواهی عنصرهای گروه ۱۵ نیز به دلیل نیمهپر بودن لایهٔ p کمتر از گروههای مجاور است. در هر دوره، بیشترین الکترونخواهی منفی مربوط به گروه هالوژنها است. کلر بیشترین مقدار الکترونخواهی را در میان عنصرهای جدول تناوبی دارد. پیشینه نخستین تلاشها در سال ۱۷۸۹ آنتوان لاووازیه فهرستی از ۳۳ عنصر شیمیایی را منتشر کرد. او این عنصرها را زیر نامهای گازی، فلزی، نافلزی و خاکی دستهبندی کرده بود. سپس در دههٔ ۱۷۹۰ یرمیا بنیامین ریشتر جدول وزن معادل را تهیه کرد. به این منظور، مقدار وزنی اسیدهایی که با یک مقدار مشخص باز ترکیب میشدند و نیز مقدار فلزهایی که با مقدار مشخصی اسید ترکیب میشدند را اندازهگیری کرد. در سال ۱۸۲۹ یوهان ولفگنگ دوبرآینر دریافت که بسیاری از عنصرها را میتوان بسته به ویژگیهای شیمیایی آنها، در دستههای سهتایی بخشبندی کرد. برای نمونه لیتیم، سدیم و پتاسیم را با هم در دستهٔ فلزهای واکنشپذیر نرم گذاشت. همچنین او متوجه شد که وقتی عنصرها را به ترتیب وزن اتمی دستهبندی میکند، وزن عنصر دوم (میانی) تقریباً برابر است با میانگین وزن عنصر پیش و پس از خود (عنصر اول و سوم). این پدیده به نام قانون سهتایی یا سهتایی دوبرآینر شناخته شد. شیمیدان آلمانی لئوپولد گملین با همین روش ادامه داد و تا سال ۱۸۴۳ توانست ده دستهٔ سهتایی، سه دستهٔ چهارتایی و یک دستهٔ پنجتایی را شناسایی کند. در سال ۱۸۵۷ ژان باتیست آندره دوما توانست ارتباطهایی میان دستههای گوناگون فلزها به دست آورد. تا این دوره شیمیدانان گوناگون توانسته بودند ارتباطهای گوناگونی میان دستههای کوچک عنصرها به دست آورند؛ اما هیچیک جدول کلی ارائه نکردهبودند. در ۱۸۵۸ شیمیدان آلمانی فریدریش آگوست ککوله مشاهده کرد که کربن همواره با چهار اتم پیرامون خود پیوند برقرار میکند. برای نمونه در متان یک کربن با چهار هیدروژن پیرامون خود پیوند خوردهاست. این مفهوم کمکم با نام والانس یا الکترونهای ظرفیت شناخته شد. منظور از والانس یک اتم، تعداد اتمهایی است که با آن اتم پیوند میخورند. در ۱۸۶۲ یک زمینشناس فرانسوی به نام الکساندر-امیل بگویه دو شانکورتوآ یک نمای اولیه از جدول تناوبی را منتشر کرد و نام آن را «مارپیچ خاکی» یا «مارپیچ» گذاشت. او نخستین کسی بود که متوجه ویژگیهای تناوبی عنصرها شد و آنها را به ترتیب عدد اتمی از کمتر به بیشتر در یک استوانهٔ مارپیچ مرتب کرد. همچنین او نشان داد که عنصرهایی که ویژگیهای مانند هم دارند در فاصلهای ثابت از هم قرار دارند (شمار عنصرهای میان آنها همیشه ثابت است). جدول او برخی یونها و ترکیبها را هم دربرداشت. مقالهای که او دربارهٔ جدول خود منتشر کرد، بیش از دانش شیمی، به مطالب مربوط به زمینشناسی پرداخته بود. برای همین تا پیش از جدول دیمیتری مندلیف توجه کمی را به خود جلب کرد. در ۱۸۶۴ شیمیدان آلمانی، جولیوس لوتار میر جدولی ساختهشده از ۴۴ عنصر را بر پایهٔ الکترونهای لایهٔ ظرفیت (والانس) ارائه کرد. این جدول نشان میداد که عنصرهایی که ویژگیهای مانند هم دارند، معمولاً الکترونهای ظرفیت برابر هم دارند. همزمان شیمیدان انگلیسی، ویلیام آدلینگ هم جدولی ساختهشده از ۵۷ عنصر منتشر کرد. جدول آدلینگ بر پایهٔ وزن اتمی بود که چندین جای خالی و نکتهٔ غیرمعمول در آن دیده میشد. او متوجه مفهوم تناوبی بودن جرم اتمی در میان عنصرها و مسئلهٔ گروهبندی عنصرها در جدول شده بود اما هرگز پیگیر ادامهٔ آن نشد. او در ۱۸۷۰ عنصرها را برپایهٔ الکترونهای لایهٔ ظرفیت (والانس) مرتب کرد و به عنوان جدول پیشنهادی خود ارائه کرد. شیمیدان انگلیسی جان نیولندز از سال ۱۸۶۳ تا ۱۸۶۶ مجموعه مقالاتی را منتشر کرد. او در این مقالهها توضیح میداد که هنگامی که عنصرها به ترتیب از عدد اتمی کمتر به بیشتر مرتب شوند در دستههای هشتتایی ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی مشابهی را تکرار میکنند. او این تناوب و تکرار هشتتایی را به هشتگانهای موسیقی همانند کرد. قانون هشتگانهای نیولندز از سوی همکارانش احمقانه دانسته شد و جامعهٔ شیمی حاضر به انتشار کار او نشد. برخلاف این برخورد، نیولندز دادههای جدول هشتایی خود را جمعآوری کرد و از آن برای پیشبینی عنصرهای ناشناخته مانند ژرمانیم بهره برد. جامعهٔ شیمی پنج سال پس از آنکه جدول تناوبی مندلیف به جهان معرفی شد، به کار نیولندز بها داد. در سال ۱۸۶۷ یک شیمیدان زادهٔ دانمارک به نام گوستاووس هینریشس یک جدول تناوبی مارپیچ پیشنهاد کرد. این جدول برپایهٔ طیف اتمی، وزن و شباهتهای شیمیایی بود. جدول او به عنوان کاری «منحصربهفرد»، «درخور توجه» و البته «تودرتو و پیچیده» دانسته شد. چنین توصیفاتی مانع از شناسایی و پذیرش عمومی جدول او شد. جدول مندلیف استاد روس شیمی، دیمیتری مندلیف و شیمیدان آلمانی، ژولیوس لوتار میر، هر یک به صورت مستقل جدولی را به ترتیب در سالهای ۱۸۶۹ و ۱۸۷۰ منتشر کردند. جدول مندلیف، نخستین نسخه از کار او بود؛ درحالی که جدولی که میر منتشر کرد، نسخهٔ گسترش یافتهٔ جدول پیشین او بود که در سال ۱۸۶۴ منتشر کرده بود. هر دو نفر، عنصرها را در ردیفها و ستونها به ترتیب وزن اتمی فهرست کرده بودند. در هر دو جدول در آغاز یک ستون یا ردیف، ویژگیهای عنصرها به صورت مرتب تکرار میشد. مندلیف در این جدول دو انتخاب مهم انجام داده بود که باعث شد تا جدول او مورد پذیرش عمومی قرار گیرد: نخست اینکه جای عنصرهایی را که هنوز شناسایی نشده بود، خالی گذاشته بود. مندلیف نخستین شیمیدانی نبود که چنین کرده بود، اما نخستین کسی بود که با توجه به ردپایی که از جدول داشت، جای عنصرها را پیشبینی کرده بود. عنصرهایی مانند گالیم و ژرمانیم عنصرهایی بودند که بعداً شناسایی شدند. انتخاب دوم مندلیف در جایگذاری و دستهبندی عنصرها بود، او گاهی ویژگی وزن اتمی را نادیده گرفته بود و به جای آن، عنصرها را با توجه به ویژگیهای شیمیایی جایگذاری کرده بود. عنصرهایی مانند تلوریم و ید از این دست بودند. بعدها با پیشرفت علم معلوم شد که مندلیف نادانسته عنصرها را به ترتیب افزایش عدد اتمی و بار هسته مرتب کرده بود. اهمیت عدد اتمی در جایگذاری عنصرها در جدول تناوبی نادیده گرفته میشد تا اینکه وجود و ویژگیهای پروتون و نوترون در هسته شناسایی شد. گسترش در آینده مندلیف در سال ۱۸۷۱ جدول خود را به روز کرد و جزئیات بیشتری از عنصرهایی که جای آنها را پیشبینی میکرد، ارائه داد. او باور داشت که این عنصرها وجود دارند، اما هنوز شناسایی نشدهاند. با گذر زمان و شناسایی عنصرهایی که به صورت طبیعی یافت میشوند، جاهای خالی کمکم پر شد. باور عمومی چنین است که آخرین عنصر شناسایی شدهای که به صورت طبیعی پدید میآید، فرانسیم است که در سال ۱۹۳۹ شناسایی شد. مندلیف این عنصر را «اکا-سزیم» (اکا به معنی همانند) نامیده بود. پس از آن، در سال ۱۹۴۰ عنصر پلوتونیم به صورت آزمایشگاهی تولید شد؛ اما در سال ۱۹۷۱ دانشمندان به این نتیجه رسیدند که این عنصر به صورت طبیعی ساخته میشود. جدول تناوبی پرکاربرد امروزی که به نام جدول تناوبی استاندارد یا جدول تناوبی متداول نیز شناخته میشود، جدولی است که به شیمیدان آمریکایی هوراس گرووز دمینگ نسبت داده میشود. دمینگ در ۱۹۲۳ دو نسخهٔ کوتاه (نسخهٔ مندلیفی و ۱۸ ستونی) جدول تناوبی را منتشر کرد. بعدها در سال ۱۹۲۸ نسخهٔ ۱۸ ستونی جدول دمینگ به صورت گسترده در دسترس مدرسههای آمریکا قرار گرفت. تا دههٔ ۱۹۳۰ جدول دمینگ در بسیاری از کتابها و دانشنامههای شیمی در دسترس بود. همچنین برای سالها توسط انتشارات علمی سرجنت-ولچ منتشر میشد. با پیشرفت دانش مکانیک کوانتوم و افزایش دانش دربارهٔ الکترونها و نقش آنها در اتم، روشن شد که جایگیری عنصرها در هر دوره (ردیف) از جدول تناوبی با پر شدن یکی از لایههای الکترونی همسنگ است. اتمهای بزرگتر، الکترونها و در نتیجه زیرلایههای بیشتری دارند. پس با افزایش شمارهٔ دوره، طول دورههای جدول بیشتر میشود. در ۱۹۴۵، دانشمند آمریکایی گلن سیبورگ گفت که الکترونها در اکتینیدها مانند لانتانیدها بلوک اف از لایههای الکترونی را پر میکنند. چرا که پیش از آن فرض میشد که الکترونهای لایهٔ آخر این عنصرها در بلوک دی جای میگیرند. همکار سیبورگ به او توصیه کرد که چنین مطلبی را منتشر نکند و آیندهٔ کاری خود را به خطر نیندازد. با این حال، او پیشنهاد خود را ارائه داد که از سوی جامعهٔ علمی درست دانسته شد. سیبورگ به تلاش خود ادامه داد و در سال ۱۹۵۱ توانست جایزهٔ نوبل شیمی را به خاطر کار بر روی اکتینیدها از آن خود کند. قالبهای جایگزین غیر از جدول تناوبی استاندارد، جدولهای تناوبی گوناگونی تاکنون ساخته شدهاست. با گذشت ۱۰۰ سال از معرفی جدول از سوی مندلیف در سال ۱۸۶۹، نزدیک به ۷۰۰ نسخهٔ گوناگون از جدول تناوبی معرفی و منتشر شد. غیر از قالب معمول که به شکل مستطیلی بود، قالبهایی دیگری مانند دایرهای، مکعبی، استوانهای، هرمی، مارپیچ، کروی، مربعی، حلزونی، منشور هشت وجهی، به صورت تو در تو (مانند نماد بینهایت ∞) و حتی جدا جدا هم ساخته شد. هدف از پیشنهاد چنین قالبهایی بیشتر تأکید بر روی یک ویژگی فیزیکی یا شیمیایی ویژه از عنصرها است که در جدول تناوبی سنتی به خوبی دیده نمیشود. یکی از قالبهای جایگزین و شناخته شدهٔ جدول، نسخهای است که به تئودور بنفی (۱۹۶۰) نسبت میدهند. در جدول بنفی، عنصرها به صورت یک مارپیچ پیوسته در کنار هم جای گرفتهاند؛ به گونهای که هیدروژن در مرکز مارپیچ و عنصرهای واسطه، لانتانیدها و اکتینیدها به صورت بیرونزدگی در کنار جای گرفتهاند. (مانند شکل) بیشتر جدولهای تناوبی دو بُعدی هستند. با این حال پیش از آنکه مندلیف جدولش را معرفی کند در سال ۱۸۶۲ جدول سه بعدی هم پیشنهاد شده بود. جدولهای تازهتر مانند دستهبندی کورتین (۱۹۲۵)، نظام لامینای رینگلی (۱۹۴۹)، جدول حلزونی گیگر (۱۹۶۵)، درخت تناوبی دوفور (۱۹۹۶) و جدول تناوبی استاو (۱۹۸۹) همگی به صورت چهاربعدی توصیف شدهاند. به این صورت که سه بُعد آن، بعدهای فضایی و یک بُعد، رنگ آن در نظر گرفته شدهاست. پرسشها و تناقضهای امروز جدول عنصرهای دارای ویژگیهای شیمیایی ناشناخته با وجود آنکه عنصرهای جدول تا اوگانسون شناسایی شدهاند اما تنها تا عنصرهای هاسیم (عنصر ۱۰۸) و کوپرنیسیم (عنصر ۱۱۲) ویژگیهای شیمیایی شناخته شده دارند. در حالی که دیگر عنصرها رفتاری متفاوت از آنچه برایشان از راه برونیابی پیشبینی میشود از خود نشان میدهند. برای نمونه برخی پژوهشها میگوید که با اینکه عنصر فلروویوم در گروه کربن جای دارد اما باید رفتاری همانند گاز بیاثر رادون از خود نشان دهد، البته آزمایشهای تازهتر همانندیهایی در رفتار شیمیایی فلروویوم و عنصر سرب پیدا کردهاند که این با جدول تناوبی همخوانی بیشتری دارد. گسترش بیشتر جدول تناوبی هنوز روشن نیست که آیا عنصرهای تازهتر که در آینده شناسایی میشوند در ردیف هشتم (دورهٔ هشتم) جای میگیرند یا به کلی نظم جدول را به هم میریزند. گلن سیبورگ بر این باور بود که دورهٔ هشتم جدول به گونهای است که دو عنصر ۱۱۹ و ۱۲۰ از بلوک اس، ۱۸ عنصر از بلوک جدید جی و ۳۰ عنصر از بلوکهای اف، دی و پی را دربر میگیرد. برخی فیزیکدانان معاصر مانند پکا پیکو به صورت نظری به این نتیجه رسیدهاند که این عنصرهای تازهتر، از اصل آفبا که توضیحدهندهٔ چگونگی پُر شدن لایههای الکترونی است، پیروی نخواهند کرد. به این ترتیب با شناسایی عنصرهای تازهتر، ظاهر جدول تناوبی دچار دگرگونی خواهد شد. بالاترین عدد اتمی ممکن بالاترین عدد اتمی ممکن هنوز روشن نیست. نخستین بار الیوت آدامز در ۱۹۱۱ با توجه بهشمار عنصرهای جای گرفته در هر ردیف به این نتیجه رسیده بود که وزن اتمی بالاتر از (یعنی عنصرهای ۹۹ و ۱۰۰ امروز) ناممکن است و وجود ندارد. پس از آن گفته شد که جدول تناوبی به زودی پس از جزیرهٔ پایداری به پایان خواهد رسید. بر پایهٔ این پیشبینی باید نزدیک به عنصر ۱۲۶ ام جدول به پایان میرسید. پس از آن جان امزلی و ریچارد فاینمن هر یک به ترتیب پیشبینی کردند که عنصر ۱۲۸ ام و ۱۳۷ ام آخرین عنصرهای جدول اند و در نهایت آلبرت خزان گفت که عنصر ۱۵۵ ام عنصر آخر است. همچنین مدل بور داشتن عدد اتمی بالاتر از ۱۳۷ را ناممکن میداند چون در این صورت باید الکترونهای ۱s با سرعتی بیشتر از سرعت نور حرکت کند؛ بنابراین مدل غیر نسبیتی بور در این کاربرد دقیق نیست. جای هیدروژن و هلیم هیدروژن و هلیم گاهی در جایی گذاشته میشوند که مطابق آرایش الکترونی شان نیست. برای نمونه برپایهٔ شمار الکترونها معمولاً هیدروژن بالای لیتیم جای میگیرد؛ اما چون گاهی رفتاری همانند فلوئور یا کربن از خود نشان میدهد، بالای این دو عنصر هم گذاشته میشود. در حالتهایی که رفتار هیدروژن مانند هیچ عنصری دانسته نمیشود، برایش یک گروه تعریف میکنند و آن را در گروه خودش میگذارند. اما هلیم تقریباً همیشه در بالای نئون جای میگیرد؛ چون رفتار شیمیایی بسیار همانندی دارند. با این حال دیده شده که آن را بالای بریلیم هم بگذارند، چون آرایش الکترونی نزدیک به هم دارند. (هلیم: برلیم: ) عنصرهای تناوب ۶ و ۷ در گروه سوم جدول گروه سه جدول از چهار عنصر ساخته شدهاست که دو عنصر نخست یعنی اسکاندیم و ایتریم مورد پذیرش همه است. اما بر سر دو عنصر بعدی اختلاف است، برخی میگویند دو عنصر بعدی، لانتان و اکتینیم هستند و برخی دیگر اعتقاد دارند، دو عنصر باید لوتتیم و لارنسیم باشند. بر سر ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی این عنصرها در نظم جدول بحث است که هنوز همگان را قانع نکردهاست. بهطور سنتی، لانتان و اکتینیم به عنوان دو عضو بعدی گروه ۳ در نظر گرفته میشدند. به نظر میرسد که این انتخاب، از دههٔ ۱۹۴۰ میلادی با ظهور جدولهای تناوبی که وابسته به آرایش الکترونی بودند، آغاز شدهاست. آرایش الکترونی سزیم، باریم و لانتان به صورت [Xe]6s1 و[Xe]6s2 و [Xe]5d16s2 است. آخرین الکترون لانتان در لایهٔ 5d قرار میگیرد که آن را به عنوان نخستین عنصر بلوک d دورهٔ ششم در گروه ۳ قرار میدهد. دو عنصر دیگر گروه ۳، یعنی اسکاندیم و ایتریم نیز چنین آرایش الکترونی را در لایهٔ آخر خود دارند. از سوی دیگر، آرایش الکترونی لوتتیم به صورت [Xe]4f145d16s2 است و آخرین الکترون آن در لایهٔ f قرار میگیرد؛ بنابراین لوتتیم آخرین عنصر بلوک f در دورهٔ ششم است. در جدولهای دیگر، لوتتیم و لارنسیم به عنوان دو عضو دیگر گروه ۳ نشان داده میشوند. از اوایل سدهٔ بیستم شباهت میان ویژگیهای شیمیایی اسکاندیم و ایتریم با لوتتیم و سایر عنصرهای کمیاب خاکی شناخته شدهبود. به همین دلیل، برخی از شیمیدانان در دههٔ ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰ لوتتیم را به جای لانتان در گروه ۳ قرار دادند. مطالعات طیفبینی در سالهای بعد، نشان داد که آرایش الکترونی ایتربیم به صورت [Xe]4f146s2 است. در نتیجه آخرین الکترون لوتتیم در لایهٔ d قرار میگیرد. به این ترتیب، لوتتیم نیز مانند لانتان واجد شرایط قرار گرفتن در گروه ۳ است. برخی از فیزیکدانان در دهههای ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ لوتتیم را به جای لانتان برای قرار گرفتن در گروه ۳ برگزیدند. در این ساختار، لانتان در بلوک f قرار میگیرد. در حالی که هیچ الکترونی در لایهٔ 4f ندارد. هرچند که گفته میشود چنین انتخابی مشکلی ایجاد نمیکند؛ زیرا توریم نیز هیچ الکترونی در لایهٔ 5f خود ندارد، در حالی که عضوی از بلوک f است. گروههایی که فلزهای واسطه را دربردارند بر پایه تعریف آیوپاک، فلز واسطه به عنصری گویند که زیرلایه d آن پر نشدهاست یا با ناقص بودن زیرلایه d خود میتواند کاتیونها را افزایش دهد. با این تعریف، همه عنصرهای گروه ۳ تا ۱۱ در گروه فلزهای واسطه قرار میگیرند؛ ولی عنصرهای گروه ۱۲ (شامل روی، کادمیوم و جیوه) جزء فلزهای واسطه نیستند. بعضی شیمیدانان عقیده دارند که همه عنصرهای بلوک d (از جمله گروه ۱۲) در دسته فلزات واسطه هستند. در این حالت، عنصرهای گروه ۱۲ به عنوان حالت خاصی از عنصرهای واسطه در نظر گرفته میشوند که الکترونهای زیرلایه d آنها در پیوند شیمیایی شرکت نمیکنند. کشف تازه مبنی بر آن که جیوه میتواند از الکترونهای زیرلایه d خود در تشکیل جیوه فلوئورید (HgF4) استفاده کند، بعضی مفسران را بر آن داشته که پیشنهاد دهند جیوه میتواند در گروه عنصرهای واسطه قرار گیرد. ولی بعضی دیگر معتقد هستند که امکان ساختهشدن این ماده تنها در شرایط بسیار غیرمعمول وجود دارد؛ بنابراین با هیچ تفسیری نمیتوان جیوه را جزء فلزهای واسطه قرار داد. بعضی دیگر از شیمیدانان، عنصرهای گروه ۳ را از تعریف فلزهای واسطه خارج میکنند. دلیل آنان، این است که این عنصرها هیچ یونی با زیرلایه d ناقص ایجاد نمیکنند و ویژگیهای شیمیایی فلزهای واسطه را ندارند. در این حالت، تنها عنصرهای گروه ۴ تا ۱۱ به عنوان فلز واسطه در نظر گرفته میشوند. قالب بهینهٔ جدول در حال حاضر، شکلهای گوناگونی از جدول تناوبی وجود دارند و دانشمندان نمیدانند که شکل بهینه یا قطعی جدول تناوبی چیست. به نظر میرسد که پاسخ این پرسش بستگی به این دارد که آیا تناوب شیمیایی میان عنصرها، یک حقیقت بنیادی است که در تمام جهان وجود دارد یا چنین تناوبی، محصول تفسیر ذهنی انسان، باورها، شرایط و علاقهٔ ناظران انسانی است. یک مبنای عینی برای تناوبهای شیمیایی میتواند پرسشهایی از جمله مکان هیدروژن، هلیم و عنصرهای گروه ۳ را پاسخ دهد. تصور میشود که چنین حقیقت اساسی، در صورت وجود، هنوز کشف نشدهاست. در نبود آن، شکلهای گوناگون جدول تناوبی را میتوان به عنوان نسخههای گوناگون تناوب شیمیایی در نظر گرفت. هر شکلی، جنبهها، ویژگیها و رابطههای مختلفی میان عنصرها را بررسی میکند و مد نظر قرار میدهد. تکمیل شدنِ سطرِ هفتمِ جدول در جریان آخرین اکتشافهای علمی و به تأیید سازمان جهانی شیمی که نظارت بر جدول تناوبی را به عهده دارد، ۴ عنصر جدید به این جدول افزوده شدند که بهاینترتیب هفتمین ردیف آن کامل میشود. بر اساس اعلام اتحادیه بینالمللی شیمی محض و کاربردی (IUPAC)، عنصرهای شمارهٔ ۱۱۳، ۱۱۵، ۱۱۷ و ۱۱۸ با کسب معیارهای لازم بهعنوان عنصرهایی با خواص شیمیایی منحصربهفرد، شرایط لازم برای معرفی بهعنوان عنصر مستقل را پیدا کردند و بهاینترتیب اولین سری از عنصرهایی لقب گرفتند که بعد از سال ۲۰۱۱ به جدول تناوبی اضافه میشوند. آیوپاک نام و نماد شیمیایی این عنصرها را به این ترتیب اعلام کرد: عنصر ۱۱۳: نیهونیوم (Nh)، عنصر ۱۱۵: مسکوویم (Mc)، عنصر ۱۱۷: تِنِسین (Ts) و عنصر ۱۱۸: اوگانِسون (Og). برنامههای آینده برای کشف عنصرهای جدید در سومین همایش بینالمللی عنصرهای فوق سنگین در سال ۲۰۱۷ در لهستان، «هیدِتو انیو» مدیر مؤسسه تحقیقاتی ریکن ژاپن اعلام کرد که در دسامبر ۲۰۱۷ تلاش برای ساخت عنصر ۱۱۹ جدول تناوبی را آغاز خواهند کرد. آنها امیدوارند در مدت زمان پنج سال عنصر ۱۱۹ و نیز عنصر ۱۲۰ را بسازند. برای این هدف آنها عنصر کوریوم را با یونهای وانادیم بمباران خواهد کرد. از سوی دیگر یوری اوگانسیان از مؤسسه مشترک پژوهشهای هستهای دوبنا (JINR) در روسیه نیز در این همایش اعلام کرد که آنان نیز کار ساخت این عنصر را در اوایل سال ۲۰۱۹ آغاز خواهند کرد. آنان برای این کار از روشی متفاوت استفاده خواهند کرد و عنصر برکلیوم را با یونهای تیتانیوم بمباران خواهند کرد. در صورت موفقیت، عنصر ۱۱۹ نخستین عنصر ردیف هشتم جدول تناوبی خواهد بود. سال جهانی جدول تناوبی سال ۲۰۱۹ (۹۷–۹۸) به دلیل ۱۵۰ ساله شدن ایجاد جدول تناوبی، توسط سازمان ملل، سال ۲۰۱۹، سال جهانی جدول تناوبی عناصر شیمیایی (IYPT 2019) نامگذاری شد. جستارهای وابسته گروه جدول تناوبی دوره جدول تناوبی گروه شیمیایی کشف عناصر شیمیایی آیوپاک روش اصولی نامگذاری عناصر یادداشت پانویس منابع پیوند به بیرون جدول تناوبی پویا جدول تناوبی عناصر پویا با قابلیت فیلتر نمایش عناصر بر حسب سال کشف و نمایش حالت عناصر در دماهای مختلف A Brief History of the Development of Periodic Table Chemistry: WebElements Periodic Table Game The Periodic Table of Comic Books at the Department of Chemistry, University of Kentucky List of Periodic Table Elements that can be sorted by physical characteristics Periodic table with mineral emphasis Wooden Periodic table with samples The Pictorial Periodic Table by Chris Heilman. Includes alternate styles: Stowe, Benfey, Zmaczynski, Giguere, Tarantola, Filling, Mendeleev آثار ۱۸۶۹ (میلادی) اختراعهای روسی دمیتری مندلیف سامانههای ردهبندی شیمی عناصر شیمیایی ویکیسازی رباتیک


source: wikipedia

text: عنصر شیمیایی در علم شیمی به مادهای خالص گفته میشود که اتمهای سازنده آن از تعداد پروتونهای برابری در هستهٔ خود برخوردار باشند. این عدد (تعداد پروتونها) که با نماد Z نشان داده میشود، عدد اتمی آن عنصر نام دارد. همهٔ اتمهایی که دارای تعداد پروتونهای برابر (عدد اتمی برابر) باشند، ویژگیهای شیمیایی یکسانی دارند. اما اتمهای یک عنصر میتوانند دارای تعداد متفاوتی (نوترون) باشند که (ایزوتوپ)های آن عنصر نامیده میشوند. گاهی نیز برای سادگی، به عنصر شیمیایی صرفاً عنصر گفته میشود. ویژگیهای شیمیایی اتمهای یک عنصر که توسط ساختار الکترونی آنها تعیین میشود که آن نیز به تعداد پروتونهای هسته آن اتم وابسته است. در بیان کلی مفهوم عنصر به ویژگی یک اتم گفته میشود که آن را از سایر ویژگیهایی که اتمهای دیگر دارند متمایز میکند. منظور از ویژگی در حالت کلی به تعداد پروتونهای یک اتم در هستهٔ خود گفته میشود که ویژگی آن را شکل میدهد این همان ویژگی است که بهطور مثال اتم مس را از طلا متمایز میکند. تمام عناصر شیمیایی از باریون ساخته شدهاند. با این وجود کیهان شناسان بر این باورند که باریون تنها ۱۵٪ مواد قابل مشاهده در کیهان را تشکیل میدهند؛ بنابراین باقیماندهٔ مواد موجود در کیهان، مادهٔ تاریک است که ماهیت آن شناخته شده نیست ولی از عناصری که ما میشناسیم تشکیل نشدهاست. از بین تمام عناصر دو عنصر هیدروژن و هلیم که در بدو مه بانگ (بیگ بنگ) تشکیل شدهاند، فراوانترین عناصر موجود در کائنات هستند. عناصر شیمیایی میتوانند در هنگام واکنش شیمیایی با یکدیگر ترکیب شده و تعداد بیشماری مادهٔ شیمیایی بهوجود آورند؛ مثلاً آب نتیجهٔ واکنش عنصرهای هیدروژن و اکسیژن است. در این حالت، دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن به هم متصل میشوند و مولکولی با فرمول شیمیایی H2O میسازند. همین دو عنصر در شرایط متفاوت میتوانند مادهٔ دیگری را به نام هیدروژن پراکسید (آب اکسیژنه) بسازند که دارای مولکولهای H2O2 است. به همین شکل، همه ترکیبهای شیمیایی میتوانند به عناصر سازنده خود تجزیه شوند. به عنوان مثال میتوان آب را به کمک برقکافت به عناصر هیدروژن و اکسیژن تبدیل کرد. یک مادهٔ خالص که تنها از اتمهای یک عنصر تشکیل شده باشد، «مادهٔ ساده» نامیده میشود. چنین مادهای را نمیتوان به ماده دیگری تجزیه کرد. از این دیدگاه، مادهٔ ساده در برابر مادهٔ مرکب قرار میگیرد. به عنوان مثال، اکسیژن یک عنصر است. اما مادهای را که ما در طبیعت به عنوان گاز اکسیژن شناختهایم، در حقیقت یک ماده ساده دو اتمی از این عنصر است که «دی اکسیژن» یا «اکسیژن مولکولی» (O2) نامیده میشود. اوزون شکل دیگری از عنصر اکسیژن است که در طبیعت با فرمول (O3) یافت میشود. رابطه بین دی اکسیژن و اوزون رابطهای است که به آن دگرشکلی (آلوتروپی) میگویند. به زبان دیگر، دی اکسیژن و اوزون، دگرشکلهای عنصر اکسیژن هستند. الماس و گرافیت نیز دو آلوتروپ برای عنصر کربن هستند. عناصر دیگر مانند گوگرد و فسفر هم دارای آلوتروپهای شناختهشدهٔ پرکاربردی هستند. از بین عناصر شناخته شده تعداد کمی به صورت ساده یا خالص در طبیعت یافت میشوند که از بین آنها میتوان به مس، طلا، نقره، کربن و گوگرد اشاره کرد. به جز چند عنصر بقیه عناصر از جمله گازهای نجیب (گازهای بی اثر) و فلزات نجیب معمولاً به صورت ترکیب یافته بر روی زمین کشف میشوند و نه به صورت خالص. عناصر شیمیایی را نمیتوان به کمک واکنشهای شیمیایی معمولی به یکدیگر تبدیل کرد. تنها واکنشی که میتوان با استفاده از آن تعداد پروتونهای هسته اتمهای یک عنصر را تغییر داد و یک عنصر را به عنصر دیگری تبدیل کرد، یک واکنش هستهای است که آن را واکنش تبدیل هستهای مینامند. تا پیش از سال ۲۰۱۶ تعداد ۱۱۸ عنصر، کشف یا ساخته شدهبود. از این تعداد، ۹۲ عنصر در طبیعت یافت میشدند و بقیه بهطور مصنوعی و به کمک واکنشهای هستهای در آزمایشگاه ساخته شدهاند. از میان همه عناصر، ۸۱ عنصر دارای حداقل یک ایزوتوپ پایدار میباشند که به جز عنصر شماره ۴۳ (تکنسیم) و عنصر شماره ۶۱ (پرومتیم) همگی دارای عدد اتمی برابر یا پایینتر از ۸۳ هستند. به زبان دیگر در جدول تناوبی تنها عناصری که از عنصر ۸۴ (پولونیوم) سبکتر بوده و دارای ایزوتوپ پایدار نمیباشند، تکنسیم و پرومتیم هستند. به جز ۸۱ عنصر مذکور بقیه ایزوتوپ پرتوزا (رادیو نوکلئید) بوده که در طول زمان و در پی واپاشی هستهای به عناصر دیگر تبدیل میشوند. تا نوامبر ۲۰۱۶، بنا بر گزارش اتحادیه بینالمللی شیمی محض و کاربردی در مجموع ۱۱۸ عنصر را شناسایی کرده بود. اولین ۹۴ عنصر بهطور طبیعی روی زمین یافت میشوند و ۲۴ باقیمانده عناصر مصنوعی هستند که در واکنشهای هستهای تولید میشوند. به جز عناصر رادیواکتیو ناپایدار (رادیونوکلئیدها) که به سرعت تجزیه میشوند، تقریباً همه عناصر به صورت صنعتی در مقادیر مختلف در دسترس هستند. کشف و سنتز عناصر جدید بیشتر حوزهای است که بهطور مداوم مورد مطالعه علمی قرار دارد. تاریخچه فلاسفهٔ یونان باستان بر این باور بودند که کل ماده موجود در جهان از مقداری مواد ساده پدید آمدهاست که «عنصر» نام دارند. این واژه برای اولین بار توسط افلاطون در کتاب تیمائوس به کار گرفته شد. وی باور داشت این مواد که یک قرن پیش از وی توسط امپدوکلس معرفی شده بودند، چندوجهیهای منتظم کوچکی میباشند که سازنده مواد جهان هستند و ماهیت آنها عبارت است از آتش، هوا، خاک و آب. سپس ارسطو عنصر جدید به نام «اتر» را به این چهار عنصر اضافه کرد که به نظرش سازنده اجرام آسمانی یا بهشت بود. این عنصر بعداً به نام quintessence نامیده شد که در زبان لاتین به معنی عنصر پنجم است. او عنصر را جسمی تعریف کرد که قابل تقسیم به اجزا کوچکتر نیست. رابرت بویل در سال ۱۶۶۱ در کتاب کیمیاگر (شیمیدان) شکاک (The Skeptical Chymist) مفاهیم جدیدی را برای عنصر ارائه کرد. به نظر او عناصر، موادی بودند که از ترکیب هیچ ماده دیگری ساخته نشدهباشند؛ بلکه خود در ترکیب با یکدیگر، اجسام تازهای را شکل دهند. وی بر این عقیده بود که تشخیص عناصر، تنها با آزمایش شیمیایی ممکن است. بعدها آنتوان لاووازیه پدر شیمی مدرن همین مفهوم را گستردهتر کرد و مادهای را عنصر نامید که به مواد سادهتری تجزیه نشود. هر چند او نور و گرما را هم به همراه چند ماده مرکب (از جمله آب) به اشتباه در فهرست عناصر خود وارد کردهبود؛ ولی توانست ۲۳ عنصر را به درستی از هم تفکیک و معرفی کند. لاووازیه موادی را که از پیوستن چند عنصر حاصل میشوند، مواد مرکب نامید. ویژگیهای عناصر عدد اتمی عدد اتمی یک عنصر که با Z نشان داده میشود، برابر با تعداد پروتونهایی است که در هسته اتمهای آن عنصر یافت میشود. برای مثال، تمام اتمهای هیدروژن تنها یک پروتون در هسته خود دارند. به همین دلیل، عدد اتمی هیدروژن برابر با یک است. اما ممکن است که هسته اتمهای یک عنصر، دارای تعداد نوترونهای متفاوت باشند، که هر کدام نشانگر ایزوتوپهای متفاوت آن عنصر هستند. اتمهای یک عنصر از دیدگاه الکتریکی خنثی هستند؛ زیرا تعداد الکترونهای آن که دارای بار منفی هستند با تعداد پروتونهای آن که دارای بار مثبت هستند برابر است. به همین دلیل، عدد اتمی اتمهای یک عنصر هم نشان دهنده تعداد پروتونها و هم الکترونهای آن است. ویژگیهای شیمیایی یک عنصر بیش از هر چیز با آرایش الکترونی آن تعیین میشود. میتوان گفت که شناخت عدد اتمی یک عنصر به شناخت ماهیت آن عنصر کمک میکند. عدد اتمی یک عنصر را در گوشه سمت چپ و پایین نماد آن عنصر به صورت zX مینویسند. گاهی اصطلاح سبک یا سنگین به صورت غیررسمی برای اشاره به عدد اتمی نسبی عنصر (و نه چگالی آن) استفاده میشود؛ مثلاً عناصر سبکتر از کربن یا عناصر سنگینتر از سرب. هر چند وزن یا جرم اتمهای یک عنصر همانند عدد اتمی آن از یک روند افزایشی با آهنگ ثابت برخوردار نیست. عدد جرمی عدد جرمی یک عنصر که با A نشان داده میشود، برابر است با مجموع تعداد نوکلئونها (پروتون و نوترون) در داخل هسته اتمهای آن عنصر. عدد جرمی معمولاً در کنار نماد عنصر نشان داده نمیشود؛ مگر این که بخواهیم به تفاوت ایزوتوپهای آن عنصر اشاره کنیم. برای نشان دادن عدد جرمی در کنار نماد شیمیایی عنصر، باید آن را در گوشه سمت چپ و بالای آن به صورت AX نوشت. اگرچه تعداد پروتونهای اتمهای یک عنصر همواره برابر است؛ ولی اتمهای یک عنصر میتوانند دارای تعداد نوترونهای متفاوت و در نتیجه عدد جرمی متفاوت (ایزوتوپهای متفاوت) باشند. برای مثال، هیدروژن دارای سه ایزوتوپ اصلی است که عبارتند از: پروتیوم یا هیدروژن معمولی که هسته آن فاقد نوترون است و با نماد H نمایش داده میشود، دوتریوم که کمیابتر بوده و هسته آن دارای یک نوترون و یک پروتون است (گاهی با نماد 2H و بعضی مواقع با نماد D نشان داده میشود) و تریتیم که هیدروژن پرتوزا است و در طبیعت به تعداد بسیار کم یافت شده و در هسته خود دارای دو نوترون و یک پروتون است (میتوان این ایزوتوپ را با نماد 3H یا T هم نشان داد). تغییر عدد جرمی تأثیری بر روی آرایش الکترونی اتمهای یک عنصر ندارد؛ پس انتظار داریم ایزوتوپهای یک عنصر خواص شیمیایی یکسانی داشته باشند که معمولاً همینطور است؛ اما اثرات ایزوتوپیک (تغییرات عدد جرمی) میتوانند در اتمهای سبک (لیتیم، هیدروژن و هلیم) به راحتی مشاهده شوند؛ زیرا اضافه یا کم شدن یک نوترون در هسته این اتمها منجر به تغییرات نسبتاً مشهود در جرم اتم میشود که بر روی سینتیک واکنشهای شیمیایی و استواری پیوندهای شیمیایی تأثیرگذار است. عدد جرمی، برای ۱۱۵ عنصر دیگر، اثر چندانی بر روی خواص شیمیایی عنصر ندارد. جرم اتمی جرم اتمی هر اتم، عددی است حقیقی که برابر است با جرم هر ایزوتوپ خاص از اتم یک عنصر که با واحد یکای جرم اتمی (U) نشان داده میشود. به دلیل برابر واحد U نبودن جرم پروتون و نوترون، بیشتر بودن تعداد نوترونها از پروتونها و ناچیز بودن جرم الکترونها و همچنین به خاطر وجود انرژی بستگی هستهای، عدد جرمی با جرم اتمی متفاوت است. به عنوان مثال، جرم اتمی کلر-۳۵ تا پنج رقم معنیدار برابر با ۳۴/۹۶۹U و وزن اتمی کلر-۳۷ برابر با ۳۶/۹۶۶U میباشد. جرم اتمی یک ایزوتوپ خالص یک عنصر بر حسب U بسیار به عدد جرمی آن نزدیک میباشد. تنها استثنا در مورد جرم اتمی ایزوتوپی از یک عنصر که از لحاظ ریاضی یک عدد حقیقی نیست، ایزوتوپ کربن-۱۲ است که مقدار آن بر حسب تعریف، دقیقاً برابر با دوازده U میباشد؛ زیرا یکای جرم اتمی به صورت یک دوازدهم جرم ایزوتوپ آزاد و بدون بار کربن-۱۲ در حالت پایه تعریف میشود. جرم اتمی نسبی یا همان وزن اتمی (اصطلاح مشهور و تاریخی برای جرم اتمی نسبی) هر عنصر در واقع میانگین جرمهای اتمی تمام ایزوتوپهای آن عنصر با توجه به درصد فراوانی آنها است. برای مثال جرم اتمی نسبی کلر برابر با ۳۵/۴۵۳U است که اختلاف معنیداری با عدد طبیعی منظور شده برای کلر (۳۵) دارد. علت آن، وجود دو ایزوتوپ با درصدهای فراوانی متفاوت در طبیعت است: کلر-۳۵ با درصد فراوانی ۷۶٪ و کلر-۳۷ با درصد فراوانی ۲۴٪. ایزوتوپ ایزوتوپهای یک عنصر، اتمهایی با تعداد پروتونهای برابر و تعداد نوترونهای متفاوت میباشند. برای مثال، عنصر کربن سه ایزوتوپ اصلی دارد. تمام اتمهای کربن دارای شش پروتون در درون هسته خود هستند؛. ولی میتوانند دارای شش، هفت یا هشت نوترون باشند؛ بنابراین سه ایزوتوپ کربن به ترتیب دارای عدد جرمی ۱۲، ۱۳ و ۱۴ بوده و کربن-۱۲، کربن-۱۳ و کربن-۱۴ نام دارند. به جز هیدروژن که ایزوتوپهای آن دارای جرم نسبی بسیار متفاوت با یکدیگر و در نتیجه اثرات شیمیایی متفاوت میباشند، ایزوتوپهای دیگر عناصر به راحتی از هم قابل شناسایی نیستند. تمام عناصر دارای تعدادی ایزوتوپ رادیواکتیو یا رادیوایزوتوپ میباشند. هر چند تمام این رادیوایزوتوپها طبیعی نیستند. رادیوایزوتوپها معمولاً با تابش پرتو آلفا یا پرتو بتا به عناصر دیگری تبدیل میشوند. ایزوتوپهای غیر رادیو اکتیو از هر عنصر، ایزوتوپ پایدار نام دارند. تمام ایزوتوپهای پایدار شناخته شده به صورت طبیعی یافت میشوند. بیشتر عناصری که در طبیعت یافت میشوند، بیش از یک ایزوتوپ پایدار دارند. بسیاری از رادیوایزوتوپها که در طبیعت یافت نمیشوند، پس از سنتز مصنوعی توصیف و معرفی میشوند. برخی عناصر نیز دارای هیچ ایزوتوپ پایداری نیستند که عنصر پایدار نامیده میشوند و به عکس برخی تنها دارای ایزوتوپهای رادیواکتیو میباشند. تمام عناصری که دارای عدد اتمی بیشتر از ۸۲ باشند در این دسته قرار دارند. دگرشکل اتمهای عناصر خالص میتوانند با یکدیگر بیش از یک نوع پیوند، ایجاد کرده و در نتیجه با چندین ساختار متفاوت مشاهده شوند. به این اشکال مختلف، آلوتروپ میگویند. آلوتروپها در خواص شیمیایی با یکدیگر متفاوت هستند. برای مثال، کربن میتواند به شکل الماس با ساختار چهاروجهی در اطراف هر اتم کربن، به شکل گرافیت با ساختار لایهلایه و شش وجهی، به شکل گرافین که تشکیل شده از یک لایه گرافیت و بسیار مستحکم است یا به شکل فولرن با ساختار کروی یافت شود. ریزلولههای کربن نیز یکی دیگر از آلوتروپهای کربن هستند که از لولههایی با ساختار شش وجهی تشکیل شدهاند (که حتی در خواص الکتریکی نیز میتوانند با یکدیگر متفاوت باشند). توانایی یک عنصر برای وجود داشتن به اشکال مختلف آلوتروپی نامیده میشود. حالت استاندارد یک عنصر شیمیایی، شکلی از آن عنصر است که آنتالپی استاندارد تشکیل آن در شرایط طبیعی کمینه باشد. طبق قرارداد، کمترین آنتالپی استاندارد تشکیل را در محاسبات برابر با صفر در نظر میگیرند. برای مثال حالت استاندارد کربن، گرافیت است؛ زیرا پایدارترین آلوتروپ در بین همه ساختارهای کربن میباشد. خلوص شیمیایی و خلوص ایزوتوپیک خلوص شیمیایی با خلوص ایزوتوپیک متفاوت است. عنصر خالص ماده ای است که اتمهای آن دارای عدد اتمی یکسان یا تعداد پروتونهای یکسان باشند. در حالیکه از دیدگاه ایزوتوپیک عنصر خالص عنصری است که تنها دارای یک ایزوتوپ پایدار باشد. برای مثال اگر ۹۹/۹۹٪ اتمهای یک سیم مسی از اتمهای مسی که همگی دارای ۲۹ پروتون باشند، تشکیل شده باشد، از دیدگاه شیمیایی خالص است. اما مس از دیدگاه ایزوتوپیک خالص نیست زیرا مس معمولی از دو ایزوتوپ پایدار ^{63}cuبه میزان ۶۹٪ و ^{65}Cuبه میزان ۳۱٪ با تعداد نوترونهای متفاوت تشکیل شدهاست. برخی عناصر مانند طلای خالص هم از دیدگاه ایزوتوپیک و هم شیمیایی خالص هستند زیرا طلای معمولی تنها دارای یک ایزوتوپ (^{197}Au) میباشد. خواص عمومی چندین اصطلاح معمولاً برای توصیف خواص فیزیکی و شیمیایی عناصر شیمیایی استفاده میشوند. رسانایی نخستین وجه تمایز بین فلزات و غیر فلزات، توانایی آنها در رسانایی الکتریکی است. عناصری که توانایی هدایت جریان الکتریسیته را دارند، در گروه فلزات تقسیمبندی میشوند و عناصری که رسانایی الکتریکی آنها بسیار پایین است، غیر فلزات را تشکیل میدهند. در این میان، گروه دیگری از عناصر به نام شبه فلز نیز وجود دارند که خواصی حد واسط بین فلزات و غیر فلزات را نشان داده و به صورت نیمرسانا عمل میکنند. معمولاً چنین تمایزاتی را در جدول تناوبی به تفاوت رنگها نشان میدهند. به جز تقسیمبندی بر اساس توانایی هدایت جریان الکتریکی، اکتینیدها، فلزهای قلیایی، فلزهای قلیایی خاکی، هالوژنها، لانتانیدها، فلزهای واسطه، فلزهای پسا واسطه و گازهای نجیب نیز در جدول تناوبی حضور دارند. حالت ماده معیار دیگر برای متمایز کردن عناصر از یکدیگر، حالت ماده یا فاز ماده است. در دما و فشار استاندارد، فازهای متصور برای یک عنصر عبارتند از جامد، مایع و گاز. بیشتر عناصر در دمای مرسوم و فشار اتمسفر، جامد هستند. در حالی که برخی گاز بوده و تنها عناصر مایع در دمای صفر درجه سلسیوس (سی و دو درجه فارنهایت) برم و جیوه هستند. گالیم و سزیم نیز در این دما جامد هستند، اما به ترتیب در دماهای ۲۸/۴ سلسیوس و ۲۹/۸ سلسیوس تبدیل به مایع میشوند. دمای جوش و دمای ذوب دمای جوش و دمای ذوب را که معمولاً در مقیاس سلسیوس در فشار یک اتمسفر ذکر میشوند، میتوان به عنوان معیاری برای تشخیص عناصر از یکدیگر مورد استفاده قرار داد. این دو معیار برای بسیاری از عناصر محاسبه شدهاند، اما دمای ذوب و جوش برای بسیاری از عناصر مصنوعی و برخی عناصر پرتوزای بسیار کمیاب شناخته شده نیست. هلیم در صفر مطلق نیز مایع باقی میماند؛ بنابراین برای این عنصر، نقطه ذوب تعریف نمیشود و تنها نقطه جوش برای آن معنیدار است. چگالی چگالی در دما و فشار استاندارد، برای توصیف و تشخیص عناصر از یکدیگر مورد استفاده قرار میگیرد. چگالی معمولاً با واحد g/cm3 بیان میشود. از آنجاییکه تعداد زیادی از عناصر به شکل گاز یافت میشوند، چگالی آنها نیز برای حالت گازی، مایع یا شکل جامد آنها به صورت جداگانه بیان میشود. برای عناصری که آلوتروپهای متفاوت و در نتیجه چگالیهای متفاوت دارند، معمولاً چگالی یک آلوتروپ به عنوان نماینده چگالیهای متفاوت آن عنصر عنوان میشود. هر چند در صورت نیاز به جزئیات بیشتر میتوان چگالی هر آلوتروپ را به صورت جداگانه عنوان کرد؛ مثلاً چگالی سه آلوتروپ معروف کربن یعنی کربن آمورفی، گرافیت و الماس به ترتیب ۱/۸–۲/۱، ۲/۲۶۷ و ۳/۵۱۵ g/cm3 میباشد. ساختار بلوری عناصری که تاکنون به عنوان نمونه عناصر جامد مطالعه شدهاند، هشت نوع حالت بلور را نشان میدهند: مکعبی، مکعبی مرکز-پر، مکعبی وجه-پر، شش وجهی، مونو کلینیک، اورتورومیک و چهار وجهی. برای برخی عناصر مصنوعی پس از اورانیوم، بلورهایی موجود است که از فرط کوچکی نمیتوان برای آنها ساختار بلوری تعیین نمود. پیدایش عناصر بر روی زمین از بین ۹۴ عنصری که به صورت طبیعی بر روی زمین قرار دارند، ۸۳ عنصر پایدار بوده یا خاصیت پرتوزایی ضعیفی داشته و در دسته عناصر نخستین جای دارند. ۱۱ عنصر باقی مانده نیمه عمری آنقدر کوتاه دارند که نمیتوانستهاند در ابتدای پیدایش سامانه خورشیدی وجود داشته باشند و بنابراین جزو فلزات واسطه هستند. از بین این ۱۱ عنصر ۵ عنصر پولونیوم، رادون، رادیوم، آکتینیوم و پروتاکتینیوم نسبتاً کمیاب و محصول مشترک رادیوم و توریوم هستند. ۶ عنصر دیگر یعنی تکنتیوم، پرومتیوم، استاتین، فرانسیوم، نپتونیوم و پلوتونیوم که به ندرت یافت میشوند محصول واپاشیهای کمیاب یا فرایند واکنش هسته ای اورانیوم یا فلزهای سنگین دیگرند. تمام عناصر دارای عدد اتمی ۱ تا ۴۰ پایدارند. عناصر دارای اعداد اتمی ۴۱ تا ۸۲ به جز تکنتیوم و پرومتیوم متااستیبل میباشند که نیم عمر آنها به اندازه ای بلند است (حداقل ۱۰۰ میلیون برابر بیش از سن تخمین زده شده کیهان که ردیابی واپاشی هسته ای آنها هنور به شکل تجربی امکانپذیر است. عناصر با عدد اتمی ۸۳ تا ۹۴ به شکلی ناپایدارند که واپاشی آنها قابل ردیابی است. سه عنصر از این عناصر یعنی بیسموت (عنصر ۸۳)، توریوم (عنصر۹۰)، و اورانیوم (عنصر ۹۲) دارای یک یا بیش از یک ایزوتوپ با نیم عمری به اندازه ای بلند هستند که از فرایند هسته زایی ستاره ای که به نوبه خود عناصر سنگین را پیش از پدید آمدن سامانه خورشیدی تولید نمودهاست، باقی ماندهاند. ۲۴ عنصر باقی مانده (از پلوتونیوم به بعد) عناصر سنگین دارای نیم عمر پایینی هستند که به صورت طبیعی یافت نمیشوند. جدول تناوبی ویژگیهای عناصر شیمیایی در جدول تناوبی خلاصه میشوند. در این جدول، عناصر به ترتیب عدد اتمی در سطرها و ستونهایی جای گرفتهاند. به هر سطر، یک تناوب و به هر ستون، یک گروه میگویند. هر چند پیش از مندلیف، کسانی سعی کرده بودند که این جدول را شکل دهند؛ اما افتخار تهیه آن به نام دیمتری مندلیف، شیمیدان روس، به سال ۱۸۶۹ ثبت شدهاست. هدف مندلیف در ابتدا نشان دادن خواص تناوبی عناصر بود. با گذشت زمان و به موازات کشف عناصر تازه، جدول بارها دستخوش تغییر و پالایش شد و مدلهای نظری نوین برای توضیح رفتار شیمیایی عناصر ارائه شد. امروزه استفاده از جدول تناوبی در محیطهای آموزشی به امری روزمره تبدیل شدهاست. نامگذاری عناصر نامگذاری مواد مختلف که امروزه به نام عنصر شناخته میشوند، پیش از ارائه نظریه اتمی آغاز شده بود. بسیاری از فلزات، ترکیبها و آلیاژهایی که در آن زمان از سوی شیمیدانان به عنوان عنصر شناخته نمیشدند، با توجه به ویژگیهای زبانی و فرهنگی خاص هر منطقه، دارای نامهای محلی بودند. حتی پس از شناخته شدن مفهوم عنصر، نامهای موجود برای عناصر شناخته شده قدیمی مانند جیوه، طلا، نقره، آهن و ... در بیشتر کشورهای دنیا حفظ شدند. به منظور برقراری ارتباط سادهتر در بین محافل آکادمیک و نیز به منظور تسهیل اهداف تجاری، نام عناصر قدیمی و همینطور عناصری که اخیراً کشف شدهاند، توسط آیوپاک (اتحادیه بینالمللی شیمی کاربردی و شیمی محض) و بیشتر با نگاهی مثبت نسبت به زبان انگلیسی به عنوان یک زبان بینالمللی انتخاب میشود؛ مثلاً پذیرش نام طلا (گلد) به جای Aurum به عنوان نام عنصر ۷۹ در حالی که نماد آن یعنی «Au» از زبان لاتین وام گرفته شدهاست، حاصل این رویکرد است. در نیمه دوم قرن بیستم آزمایشگاههای فیزیک قادر به ساخت هسته عناصر با نیمعمر بسیار کوتاه و در کمیتیهایی شدند که در هر بازه زمانی بتوان آنها را ردیابی کرد. این عناصر هم توسط آیوپاک معمولاً با پیشنهاد کاشفان آنها نامگذاری میشوند. البته در مورد برخی عناصر با عدد اتمی بزرگتر از ۱۰۳ تا مدتها بحث بر سر این بود که کدام گروه زودتر عناصر مذکور را سنتز کردهاند و بنابراین نامگذاری آنها تا مدتها به تعویق افتاد. نماد شیمیایی عناصر عناصر شیمیایی طبق قرارداد با نمادهای شیمیایی نشان داده میشوند که از یک یا دو حرف ابتدایی از نام انگلیسی (مانند سدیم (Soda))، آلمانی (مانند تنگستن (Wolfram))، لاتین (مانند مس (Cuprum)) آن عنصر تشکیل شدهاست. جدول روبرو نشان دهنده نماد و نام برخی عناصر است که ریشه لاتین دارند. هر چند عناصر بسیاری هستند که نامهای متفاوتی در زبانهای مختلف دارند، اما نماد هر عنصر در همه زبانها یکسان است. نماد شیمیایی عمومی به جز نمادهای عناصر، نمادهای دیگری نیز هستند که در شیمی به صورت تک حرفی و با مفاهیم مشخص استفاده میشوند؛ مثلاً "X" برای اشاره به عناصر گروه هفتم یعنی هالوژنها، "R" برای اشاره به رادیکالها یعنی مواد مرکب مانند زنجیرههای هیدروکربنی، "Q" برای نشان دادن گرما در واکنشهای شیمیایی، "L" برای اشاره به لیگاندها در شیمی معدنی و شیمی فلزی آلی و "M" به صورت عمومی برای نشان دادن فلزات به کار میروند. "Ln" نیز یک نماد دو حرفی است که برای اشاره به لانتانیدها استفاده میشود. فراوانی ۱۱۸ عنصر تا سهماهه اول سال ۲۰۱۵ توسط شیمیدانان مشاهده شدند. مشاهده به این معناست که حداقل یک اتم از عنصر مورد نظر را بتوان در شرایط معتبر و قابل اطمینان ردیابی کرد. برای نمونه تا امروز تنها سه اتم از عنصر ۱۱۸ ردیابی شدهاست. از این میان آیوپاک تنها ۱۱۲ عنصر ابتدایی به همراه عناصر شماره ۱۱۴ و ۱۱۶ را به رسمیت شناختهاست. از میان نود و چهار عنصری که در طبیعت یافت میشوند، شش عنصر یعنی عناصر تکنسیم، پرومتیم، استاتین، پلوتونیم، فرانسیم و نپتونیم تنها به صورت رادیوایزوتوپ طبیعی در مقادیر بسیار ناچیز یافت میشوند. تمام این شش عنصر به علاوه عنصری بنام کالیفرنیم در فضا نیز ردیابی شدهاند. ۲۲ عنصر دیگر که نه بر روی زمین و نه در فضا یافت نمیشوند، بهطور مصنوعی از عناصر سبکتر و به روش همجوشی هستهای ساخته میشوند. فرایند ساخت عناصر در فضا همانطور که اشاره شد تنها ۴٪ مواد موجود در کیهان از اتم و یون تشکیل شده و به عنوان عنصر قابل شناسایی هستند. بقیه ماده موجود در کائنات که ۱۵٪ مواد موجود را تشکیل میدهد، ماده تاریک است که ماهیت آن بر ما شناخته شده نیست اما میدانیم که از اتمهای عناصر شیمیایی تشکیل نشدهاند زیرا حاوی پروتون، نوترون و الکترون نیستند. بر اساس مدل استاندارد کیهانشناسی، فراوانی نسبی ایزوتوپهای ۹۴ عنصر در جهان هستی حاصل چهار پدیده است: هسته زایی مه بانگ که در پی آن، سه یا چهار عنصر نخستین یعنی هیدروژن، هلیم، لیتیم و بریلیم تنها در چند دقیقه ابتدایی مه بانگ به وجود آمدند. به جز این عناصر مقدار کمی دوتریوم نیز در این فرایند تولید شدند. میزان لیتیم و برلیم تولید شده در این مرحله بسیار اندک بودهاست. حتی ممکن است مقداری بسیار کمتر از بور نیز در این مرحله پدیدار شده باشد زیرا این عنصر در بسیاری از ستارههای قدیمی مشاهده شدهاست. در حالیکه کربن در این سیارهها وجود ندارد. بر سر این مسئله که عناصر سنگین تر از بور در این مرحله تولید نشدهاند تقریباً توافق وجود دارد؛ بنابراین عناصر ابتدایی عبارتند از ^{1}Hبه میزان ۷۵٪، ^{4}He۲۵٪، دوتریوم ۰/۰۱٪ و تنها مقداری بسیار اندک از لیتیوم، برلیوم، احتمالاً بور و شاید مقدار خیلی کمی کربن. هسته زایی ستاره ای که بیست و دو عنصر بعدی (تا عنصر آهن) را پدیدآورد اما مقدار کمی لیتیم، برلیوم و بر نیز تولید نمود. پدیده پراش که در طی آن هستههای عناصر یاد شده، محیط بین اختری را (به ویژه با عناصر لیتیم و بریلیم که به مقدار بسیار زیاد در تشعشع کیهانی یافت میشوند) پر نمودهاند. هسته زایی ابر نواختری که در آن، هسته این عناصر بر روی ستارههای در حال مرگ، به ویژه ابرنواخترها، تمام عناصر سنگینتر از آهن را به دو روش سریع (R) یا آرام (S) به وجود آوردند. هر چند به جز این دو روش، روش پروتون سریع (RP) و روش فروپاشی نوری (P) به خصوص برای تشکیل هسته اتم عناصر پر پروتون نظیر جیوه دخیل بودهاند. هیدروژن فراوانترین عنصر موجود در همه جهان است. پس از آن، هلیم، اکسیژن و کربن، بیشترین فراوانی را در جهان دارند. فراوانی بر روی زمین فراوانترین عنصر در کره زمین و اتمسفر آن، اکسیژن با درصد جرمی ۴۹/۲ درصد است. اما فراوانترین عنصر در لایههای مختلف کره زمین (هسته، پوسته و گوشته) آهن با درصد جرمی ۴/۷ درصد است. نگارخانه جستارهای وابسته کشف عناصر شیمیایی جزیره پایداری جدول هستهها فهرست عناصر جدول تناوبی پانویس منابع * جدول تناوبی شیمی نظری شیمی عناصر شیمیایی


text: مهندسی مکانیک شاخهای از مهندسی است که فیزیک مهندسی و ریاضیات را با دانش مواد تلفیق کرده و با طراحی، آنالیز و ساخت سیستمهای مکانیکی سروکار دارد. این رشته قدیمیترین و گستردهترین علوم مهندسی است و به مادر علوم مهندسی مشهور است. مهندسی مکانیک نیازمند درک مفاهیمی همانند استاتیک، دینامیک، ترمودینامیک، مقاومت مصالح، دانش مواد، آنالیز سازهها و الکتریسیته و برسی حرکت و ایستایی جامدات و سیالات و تولید، تبدیل و انتقال انرژی است. علاوه بر مفاهیم اصلی، مهندسین مکانیک ابزارهایی مانند طراحی به کمک رایانه، ساخت به کمک رایانه و مدیریت چرخهعمر محصول را برای طراحی تجهیزات و ماشینآلات صنعتی، سیستمهای گرمایشی و سرمایشی، سیستمها و قطعات اتوموبیلها، هواپیماها، شناورها، سیستمهای رباتیک، تجهیزات پزشکی و جنگافزارها بهکار میگیرند. مهندسی مکانیک ابتدا در انقلاب صنعتی اول در قرن ۱۸ میلادی به عنوان یک شاخهٔ مجزا شناخته شد؛ اما توسعه آن چندین سال طول کشید. علم مهندسی مکانیک در قرن ۱۹ میلادی در نتیجهٔ پیشرفتهای فیزیک توسعه پیدا کرد. این علم بهطور پیوستهای تکامل یافته تا پیشرفتهای فناوری را بهکار گیرد و امروزه مهندسان مکانیک به دنبال گسترش دانش در رشتههایی مانند مواد مرکب، مکاترونیک و نانوتکنولوژی هستند. تاریخچه کاربرد مهندسی مکانیک را میتوان در آرشیوهای جوامع مختلف قدیمی و قرون وسطی مشاهده نمود. در دوران کهن، در خاور نزدیک شش ماشین ساده شناخته شده بودند. گُوِه و سطح شیب دار هر دو از ازمنه پیش از تاریخ شناخته شده بودند. چرخ و سازوکار چرخ و محور در هزارهٔ پنجم ق. م در بینالنهرین (عراق کنونی) اختراع گردید. در حدود ۵ هزار سال پیش سازوکار اهرم در خاور نزدیک برای کاربری در ترازوی ساده، و در مصر برای حرکت دادن اشیاء حجیم بهوجود آمد. همچنین در حدود ...۳ سال ق.م. در بینالنهرین، اهرم در نخستین جرثقیل به نام شادوف که برای بالا کشیدن آب بکار برده میشد، مورد استفاده قرار گرفت. قدیمیترین مدارک در مورد قرقرهها به اوایل هزاره دوم قبل از میلاد در بینالنهرین برمیگردد. نخستین ماشینهای کاربردی که با نیروی آب کار میکردند یعنی چرخ آبی و آسیاب آبی در سده ۴ ق.م. در امپراتوری ایران در ایران و عراق امروزی، ظاهر شدند. در سنت غرب علم مکانیک تحت نفوذ کارهای ارشمیدس (۲۸۷–۲۱۲ ق. م) در یونان کهن قرار گرفتهاست. در زمان تسلط رومیان بر مصر، نخستین دستگاهی که با نیروی بخار کار میکرد بنام آیولیپایل توسط هرون اسکندرانی (حدود ۱۰–۷۰ م) ساخته شد. در چین، ژَنگ هِنگ (۷۸–۱۳۹ م) طرحی پیشرفته تر از ساعت آبی ارائه داده، لرزه سنج را اختراع نمود، و ما جون (۲۰۰–۲۶۵ م) ارابه ای با چرخ دندههای دیفرانسیل اختراع نمود. ستارهشناس و مهندس چینی سو سانگ (۱۰۲۰–۱۱۰۱ م) در قرون وسطی و دو سده قبل از کاربری چرخ دنگ در ساعتهای اروپائی، یک سازوکار چرخ دنگ را در ساختمان برج ساعت نجومی خود بکار گرفت. وی همچنین مخترع نخستین چرخ زنجیر دورانی برای انتقال نیرو میباشد. در دوران طلایی تمدن اسلامی (سدههای ۷ تا ۱۵ میلادی)، مخترعان مسلمان تأثیر شایانی بر فن آوری مکانیک گزاردند. یکی از آنان بنام بدیع الزمان ابوالعز بن اسماعیل بن رزازجَزَری کتاب معروف خود را با عنوان «مبانی نظری و عملی مهندسی مکانیک در تمدن اسلامی» در سال۱۲۰۶ نگاشته و طرحهای مکانیکی فراوانی را ارائه داد. جَزَری همچنین بعنوان نخستین طراح ابزاری همچون میل لنگ و میل بادامک که امروزه اساس سازوکارهای فراوانی میباشند، شناخته میشود. سده ۱۷ میلادی شاهد پیشرفتهای مهمی در اصول اساسی مهندسی مکانیک در انگلستان بود. در این سدهآیزاک نیوتن قوانین حرکت نیوتن را ارائه داده حساب دیفرانسیل و انتگرال را بعنوان اساس ریاضیِ علم فیزیک ابداع نمود. در بدو امر نیوتن در چاپ و انتشار کارهای خود مردد بود، لکن، بالاخره چند تن از همکارانش همچون ادموند هالی او را متقاعد به چاپ آثارش نمودند تا جامعه بشری از این آثار بهرهمند گردد. گوتفرید ویلهلم لایبنیتس نیز بعنوان مبتکر حساب دیفرانسیل و انتگرال در این عصر شناخته شدهاست. در اوائل انقلاب صنعتی در سده ۱۹، ساخت ماشین ابزار در کشورهای انگلستان، آلمان و اسکاتلند توسعه یافت. این امر باعث شناخته شدن مهندسی مکانیک به عنوان رشتهٔ مجزایی در مهندسی گردید. در پی آمد این گسترش، ماشینهای ساخت و تولید، و انواع موتورها جهت نیرو دادن به این ماشینها بهوجود آمدند. نخستین انجمن مهندسان مکانیک بنام مؤسسه مهندسان مکانیک در ۱۸۴۷ در انگلستان تشکیل گردید. متعاقباً، سی سال بعد، نخستین انجمن حرفه ای همانند بنام مؤسسه مهندسان عمران توسط مهندسان عمران تشکیل گردید. در قاره اروپا، یوهان فون زیمرمن (۱۸۲۰–۱۹۰۱) نخستین کارخانه ساخت ماشینهای تراش را در سال ۱۸۴۸ در شهر کمنیتس آلمان برپا نمود. در ایالات متحده آمریکا، پس از تأسیس انجمن مهندسان عمران آمریکا در سال ۱۸۵۲ و مؤسسه مهندسان معدن آمریکا در سال۱۸۷۱، انجمن مهندسان مکانیک آمریکا بعنوان سومین انجمن مهندسی آمریکا در سال ۱۸۸۰ تشکیل گردید. نخستین دانشگاه هائی که در این کشور دورههای مهندسی ارائه دادند، عبارت بودند از آکادمی نظامی ایالات متحده آمریکا در سال ۱۸۱۷، دانشگاه نورویچ در سال ۱۸۱۹ و مؤسسه پلی تکنیک رنسلر در سال ۱۸۲۵. اهداف مهندسی مکانیک مهندسی مکانیک رشتهای دانشگاهی است که به بررسی تأثیر نیرو بر وضعیت حالتهای مختلف ماده میپردازد. اگر ماده، از نوع جامد باشد، اعمال نیرو میتواند سبب حرکت جسم شود یا سبب تغییر شکل جسم شود. علمی که به بررسی ارتباط نیرو با حرکت میپردازد، دینامیک نام دارد و علمی که به بررسی ارتباط نیرو و تغییر شکل، میپردازد، مقاومت مصالح نام دارد؛ بنابراین هدف دسته ای از مهندسان مکانیک این است که با استفاده از اصول دینامیک به طراحی، تحلیل و ساخت مکانیزمهای مکانیکی، رباتها و همچنین تحلیل سینماتیکی و دینامیکی انواع ماشینها بپردازند. بررسی سینماتیک ماشینها (نظیر محاسبه موقعیت، شتاب و سرعت مکانیزمهای مختلف) و دینامیک ماشینها (نظیر محاسبه نیروهای دینامیکی، وجود نابالانسی و روشهای بالانس کردن) از دیگر اهداف مهندسان مکانیک است. هدف دیگری که در مهندسی مکانیک دنبال میشود، این است که با استفاده از اصول علم مقاومت مصالح دریابد که یک سازه یا ماشین تحت نیروهای اعمال شده، چه طور تغییر شکل مییابد یا به این سؤال جواب دهد که آیا این جسم، تحت نیروهای اعمال شده، میشکند یا خیر؟ اصولاً از آنجا که تحلیل شکست در مواد به خواص درونی آنها ارتباط دارد، هدف دیگر مهندسان مکانیک فراگیری علم مواد و استفاده از اصول آن برای تحلیل خواص فیزیکی و مکانیکی مواد و تأثیر آنها در تحمل نیروهای مختلف و همچنین چگونگی فرایندهای ساخت و چگونگی تشکیل آلیاژهای مختلف مواد است. هدف دیگر مهندسان مکانیک، تحلیل تأثیر نیرو بر حالتهای غیر جامد مواد یا سیالات است. به علمی که به تحلیل سینماتیکی و دینامیکی جریانهای سیال میپردازد، مکانیک سیالات میگویند. مکانیک سیالات کاربردهای بسیاری دارد. از سیستمهای میکروبیولوژی در بدن انسان (خون خود یک سیال است و قلب به مانند یک پمپ عمل میکند) تا نیروی پیشرانش فضاپیماها به این علم مرتبط میشود. هدف مهندسان مکانیک از تحلیل سیالات این است که بتوانند جریانهای داخلی (مانند جریان در لولههای انتقال آب، جریان خون در رگها)، جریانهای خارجی، (مانند جریان هوا در هواپیما که باعث تعادل آن میشود)، جریانهای پتانسیل (مانند جریان هوای مکیده شده توسط جارو برقی)، جریان کانال باز (مانند جریان سیال در رودخانهها و کانالهای انتقال آب)، جریان مافوق صوت (مانند جریان سیال در هواپیماهای مافوق صوت) سیال در حالت ایستا (مانند جریان سیال پشت سدها) و در نهایت ماشینهای آبی یا توربوماشینها (پمپها، توربینها، کمپرسورها و فنها) را تحلیل کنند. هدف دیگر مهندسان مکانیک، بررسی ارتباط تغییرات دما با خواص سیالات است که به علم ترمودینامیک مرتبط میشود. علم ترمودینامیک، یکی از بنیادیترین، قوانین حاکم بر طبیعت است. با استفاده از قوانین اول و دوم ترمودینامیک، میتوان بسیاری از سیستمها رو تحلیل نمود و حتی برای بیشترین کاری که میتوان از سیستم گرفت کران مشخص نمود. هدف مهندسان مکانیک از فراگیری علم ترمودینامیک، فراگیری چرخههای گازی (به مانند چرخههای استفاده شده در هواپیماها)، چرخههای بخار (که در نیروگاههای بخار برای تولید برق کاربرد دارند)، چرخههای تبرید (به مانند یخچالها و فریزرها)، تحلیل فریند ترکیب گازها، موتورهای احتراق داخلی و تهویه مطبوع (که اصول کار وسایل خنککننده (مانند کولرهای آبی و گازی) و وسایل گرمکننده (مانند بخاریها) و همچنین محاسبه بار سرمایش و گرمایش ساختمان را توضیح میدهد) است. هدف دیگر مهندسان مکانیک بررسی فرایندهای انتقال حرارت است. فرایندهای انتقال حرارت، عمدتاً به سه دسته رسانش، همرفت و تابش تقسیم میشوند. هدف اصلی مهندسان مکانیک از فراگیری این علم، طراحی مبدلهای حرارتی (که برای خنک سازی استفاده میشوند) طراحی عایق حراراتی، طراحی پرههای انتقال حرارت با توجه به مکانیزمهای اصلی انتقال حرارت است. علم انتقال حرارت، در تهویه مطبوع، تحلیل و بهرهبرداری از انرژی خورشیدی و مهندسی پزشکی کاربرد بسیاری دارد. معادلات حاکم بر انتقال حرارت رسانش، در حالت پایدار، یک بعدی، دو بعدی، سه بعدی و حالت گذرا، شبیهسازی مسائل انتقال حرارت با مقاومتهای حرارتی، روشهای عددی برای حل معادله انتقال حرارت رسانایی دوبعدی پایدار، انتقال حرارت رسانش گذرا و روشهای عددی برای حل معادلات حاکم بر آن، انتقال حرارت همرفت اجباری در جریانهای داخلی و خارجی، انتقال حرارت همرفت آزاد در جریانهای خارجی، جوشش و چگالش، انتقال حرارت تشعشعی از مفاهیمی هستند که مهندسان مکانیک در این علم فرا میگیرند. عموماً هنگامی که سیستمهای مکانیکی در حالت تعادل قرار نداشته باشند، میتوانند حول نقطه تعادل ارتعاش کنند. یکی از اهداف اصلی دیگر مهندسان مکانیک، تحلیل ارتعاشات سیستمهای مکانیکی است. ارتعاشات، عمدتاً پدیده ای نامطلوب است؛ مثلاً هنگامی که در ماشین نشستهاید، ارتعاشات زیاد ماشین، سبب ناخرسندی و عدم آسایش شما میشود؛ بنابراین، وظیفه سیستم تعلیق اتومبیل این است که ارتعاشات را تا حد ممکن نرم کند؛ بنابراین یکی از اهداف اصلی مهندسان مکانیک این است که این ارتعاشات را تحلیل کند و به علمی که این ارتعاش را تحلیل میکند، ارتعاشات مکانیکی میگویند. هدف اصلی مهندسان مکانیک از فراگیری این علم، این است که ارتعاشات را تا حد ممکن با توجه به منبع اصلی آن، نرم کنند. همچنین بسیاری از سیستمهای مکانیکی، در صورتی که نیروی تحریک کننده با فرکانس مشخصی به آن وارد شود، دامنه ارتعاشات بسیار بزرگی خواهند داشت و عملاً نابود میشوند. (به این فرکانس، فرکانس طبیعی میگویند). بنابراین یکی دیگر از اهداف علم ارتعاشات این است که ماشینهای مکانیکی، طوری طراحی شوند که فرکانس نیروی تحریک، فاصله زیادی از فرکانس طبیعی داشته باشد. (این موضوع در طراحی پلها، زیردریاییها، هواپیماها، تیرها و بسیاری از ماشینها مهم است) روشهای مختلف محاسبه فرکانسهای طبیعی سیستمهای یک درجه آزادی، ارتعاشات آزاد با میرایی، مدلسازی ارتعاشاتی سیستمها، ارتعاشات اجباری سیستمهای یک درجه آزادی، ارتعاشات گذرای سیستمهای یک درجه آزادی و مفهوم ضربه و شاک، ارتعاشات سیستمهای چند درجه آزادی، ارتعاشات سیستمهای پیوسته، معادلات لاگرانژ برای سیستمهای چند درجه آزادی، خواص ارتعاشاتی سیستمهای خطی از مفاهیم اصلی این علم است. هدف دیگر مهندسان مکانیک این است که بتوانند متغیرهای حالت اصلی سیستم خود را به صورت اتوماتیک، دلخواه تغییر دهند یا سیستم را در هر وضعیتی، به حالت تعادل خود بازگردانند (مثلا یک آونگ). به علمی که این موارد را بررسی میکند، علم کنترل خودکار میگویند. علم کنترل نه تنها در مهندسی مکانیک مهم است، بلکه در بسیاری دیگر از شاخههای مهندسی نظیر برق، هوافضا، شیمی نیز دارای اهمیت است. بررسی پاسخ زمانی سیستم با اعمال کنترلر، محاسبه پایداری سیستم، محاسبه خطای حالت ماندگار، بررسی پاسخ فرکانسی سیستم و طراحی کنترلر از مباحث اصلی این علم است. علم کنترل، در طراحی و ساخت رباتها، حرکت رباتها، حفظ تعادل در رباتها، خودروهای خودران، هدایت و ناوبری، اینترنت اشیاء کاربرد دارد. تحلیل و طراحی مدارهای الکتریکی آنالوگ نیز، علم دیگری است که به مهندسان مکانیک این توانایی را میدهد که بتوانند، مدارهای تک حلقه، چند حلقه، سه فاز، القاکنایی متقابل، مدارهای ترانزیستوری و دیودی را تحلیل کنند. هدف مهندسان مکانیک، از فراگیری این علم این است که بتوانند کنترلرهای مناسبی را با استفاده از مدارهای الکتریکی بسازند. عموماً انرژی الکتریکی و مکانیکی دوگونه انرژی متداول در زندگی بشر هستند و ماشین الکتریکی، وسیله ای است که میتواند این انرژیها را به یکدیگر تبدیل کند؛ بنابراین، یکی از اهداف مهندسان مکانیک، طراحی موتورهای الکتریکی، ژنراتورها و ترانسفورماتورها است. و علمی که به مهندسان مکانیک امکان فراگیری اصول تبدیل انرژیهای الکتریکی و مکانیکی را فراهم میکند، ماشینهای الکتریکی نام دارد. از دیگر اهداف مهندسان مکانیک، این است که اجزای مکانیکی ماشینها را طراحی کنند و علم طراحی اجزاء ماشین، علمی است که به طراحی پیچها، فنرها، جوشها، یاتاقانهای غلتشی و لغزشی، اجزاء انعطافپذیر (نظیر تسمهها و زنجیرها)، ترمزها و کلاچها، چرخ طیارها، بادامک و پیرو، کوپلینگها و چرخ دندهها میپردازد. زمینههای فعالیت مهندسی مکانیک زمینههای فعالیت مهندسی مکانیک بهطور جامعتر عبارتاند از: در زمینهٔ طراحی دستگاههایی که هر نوع محصولی را تولید میکنند. تجهیزات دوار مانند توربوماشینها (توربینها، پمپها، کمپرسورها، دمندهها و ...) موتورهای درونسوز، موتور جت و موتور موشک مخزنهای تحت فشار، رآکتورهای شیمیایی و رآکتورهای هستهای مبدلهای گرمایی (بویلرها، کندانسورها، تبخیرکنندهها و ...) سامانههای لولهکشی وسیلههای نقلیه مانند خودرو، کامیون، اتوبوس، هواپیما، کشتی، قطار و ... تجهیزات حمل مواد مانند کانوایرها، رباتها و ... طراحی کنترلر برای سیستمهای دینامیکی طراحی سیستمهای اچویایسی، تهویه مطبوع، گرمایش و سرمایش در ساختمانها طراحی سیستمهای انتقال آب طراحی کانالهای عبور جریان سیال طراحی اجزای مکانیکی در سیستمها نظیر چرخ دندهها، کلاچها، ترمزها، پیچها، تسمهها، زنجیرها، کابلها، فنرها، یاتاقانها، بادامکها طراحی سازههای دینامیکی و استاتیکی طراحی سیستمهای تعلیق و سیستمهای جذب ارتعاشات طراحی دینامیکی سیستمها (محاسبه فرکانسهای طبیعی، پاسخ دینامیکی سیستم و تحلیل مدهای ارتعاشاتی) طراحی مخزنهای جدار نازک و ضخیم طراحی عایقهای حرارتی طراحی پرهها برای انتقال حرارت رسانش طراحی مبدلهای حرارتی طراحی سیستمهای هیدرولیکی و نیوماتیکی طراحی سیستمهای کنترل طراحی مکانیزمهای مکانیکی طراحی سلاحهای نظامی در زمینهٔ تحلیل خستگی، خزش و شکست دستگاهها روش اجزاء محدود و دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) انتقال گرما، مکانیک سیالات ارتعاشات مکانیکی، آکوستیک کمانش ستونها، تیرها، ورق و پوستهها تحلیل خیز و انحراف در تیرها تحلیل تنش و کرنش (کشش، فشار، برش، خمش و پیچش) تحلیل معیارهای درونی شکست اجسام تحلیل نیروهای گسترده و متمرکز در سیستمها تحلیل استاتیکی و آنالیز نیرو در سازهها، ماشینها و خرپاها تحلیل سینماتیک دینامیک دوبعدی و سه بعدی ذرات و اجسام صلب برای مختصات دکارتی، استوانه ای و کروی و منحنی الخط تحلیل تبدیل مختصاتهای اندازهگیری مختلف به یکدیگر تحلیل ساختار درونی و کریستالی مواد و تأثیر آنها روی رفتار مکانیکی و شیمیایی اجسام تحلیل مدارهای الکتریکی آنالوگ تحلیل سیستمهای تبدیل انرژی الکتریکی نظیر موتورها، ترانسفورماتورها و ژنراتورها تحلیل استاتیک و دینامیک سیالات تحلیل سینماتیک و دینامیک جریانهای سیال تحلیل جریان سیال در لوله، جریان سیال کانال باز، جریان سیال مافوق صوت، جریان سیال آرام و متلاطم، جریان سیال طبیعی و اجباری تحلیل سیکل جریان سیال در هواپیماها و وسایل جریان پایدار نظیر نازلها و دیفیوزرها تحلیل موتورهای احتراق داخلی تحلیل قانون اول و دوم ترمودینامیک برای سیستمهای مهندسی تحلیل تولید انتروپی در سیستمهای مهندسی تحلیل سیکلهای برودتی تحلیل نیروگاههای حرارتی و سیالاتی تحلیل مکانیزمهای انتقال حرارت رسانش، جابجایی و تشعشع در سیستمهای مهندسی تحلیل ارتعاشات سیستمهای یک درجه و چند درجه آزادی و سیستمهای پیوسته دینامیکی تحلیل نابالانسی استاتیکی و دینامیکی سیستمهای مکانیکی مهندسی دریا مهندسی آکوستیک (صوتشناسی) مهندسی کنترل (خودکارسازی) سیستمهای اندازهگیری مهندسی روباتیک مهندسی هوافضا در زمینهٔ آزمایش آزمایش کیفیت، بهبود عملکرد و قابلیّت اطمینان فراوردهها، دستگاهها و فرایندها آزمونهای غیرمخرب در زمینهٔ ساخت و تولید فرایندهای ماشینکاری سنتی فرایندهای ماشینکاری نوین فرایندهای شکلدهی فلزها طراحی و ساخت قالبها روشهای اتصال و جوشکاری عملیات حرارتی روشهای ریختهگری مترولوژی و سیستمهای اندازهگیری زمینههای نوین فناوری نانو مهندسی سیستمهای انرژی سیستمهای میکرو الکترومکانیکی و سیستمهای نانو الکترومکانیکی (حسگری و عملگری) باتریهای الکتریکی میکروتوربوماشینها پیلهای سوختی انرژیهای نو دینامیک سیالات محاسباتی پلاستیسیته محاسباتی پرینترهای سه بعدی روش اجزاء محدود غیر خطی الاستیسیته خستگی مکانیک محیطهای پیوسته مکانیک ضربه کنترل فازی کنترل مقاوم کنترل تصادفی کنترل سیستمهای غیر خطی کنترل بهینه اینترنت اشیاء ارتعاشات سیستمهای غیر خطی ارتعاشات سیستمهای پیوسته ارتعاشات سیستمهای تصادفی عیبیابی سیستمهای مکانیکی روشهای برداشت انرژی دینامیک تحلیلی دینامیک مولکولی مکانیک مداری آلودگی هوا مواد هوشمند روباتیک روتور دینامیک روان کاری سیستمهای دارو رسانی در ابعاد نانو سیستمهای میکرو و نانو سیالاتی نانوکامپوزیتها، نانوکریستالها، نانولولههای کربنی ربات مکاترونیک یاتاقانهای مغناطیسی بیومکانیک سیستمهای کنترل آیندهٔ شغلی مهندسی مکانیک چشمانداز شغلی مهندسان مکانیک، امیدبخش و با استحکام است. برای مثال، در ایالات متحد آمریکا، رشد شغلها و حرفههای مربوط به مهندسی مکانیک، هر سال حدود ۱۶٪ (۳۵ هزار شغل) است و انتظار میرود این آهنگ رشد تا سالهای آینده حفظ شود. مهندسان مکانیک از روزگاران گذشته تا به امروز، اغلب در بخشهای صنعتی زیر نقش عمدهای ایفا میکنند: هوا فضا، خودروسازی، واحدهای شیمیایی، فناوری نانو، رایانه و الکترونیک، ساختمانسازی، انواع فراوردههای مصرفی، انرژی، رباتیک، مشاوره مهندسی و بخشهای دولتی.همچنین صنعت پزشکی و داروسازی، فرصتهای شغلی هیجانانگیزی را برای مهندسان مکانیک به وجود آوردهاند تا نیروها و دانشهای زیستی را در هم بیامیزند. همچنین فرصت شغلی این رشته در ایران نسبت به رشتههای دیگر بسیار مناسب است. نرمافزارهای کاربردی مهندسی مکانیک SolidWorks (نرمافزار طراحی قطعات بهصورت سهبعدی 3D CAM/CAD/CAE) Catia (نرمافزار طراحی قطعات بهصورت سهبعدی 3D CAD/CAM/CAE) NX (Unigraphics) (نرمافزار طراحی قطعات بهصورت سهبعدی 3D CAD/CAM/CAE) Creo (Pro/Engineer) (نرمافزار طراحی قطعات بهصورت سهبعدی 3D CAD/CAM/CAE) Autodesk inventor (نرمافزار طراحی قطعات بهصورت سهبعدی 3D CAD) Solid Edge (نرمافزار طراحی قطعات بهصورت سهبعدی 3D CAD) Microstation (نرمافزار طراحی قطعات بهصورت دو بعدی 2D CAD) Autodesk Autocad (نرمافزار طراحی بهصورت دو بعدی 2D CAD) Autodesk Autocad Mechanical (نرمافزار طراحی قطعات مکانیکی) Autodesk Autocad MEP (نرمافزار ترسیم نقشه تأسیسات ساختمان) Autodesk Autocad P&ID (نرمافزار ترسیم نقشه پایپینگ و ابزار دقیق) Autodesk Autocad Plant (نرمافزار طراحی پلنت) PowerShape (نرمافزار مدلسازی تولید قطعات CAD برای نرمافزار PowerMill) PowerMill (نرمافزار تولید به کمک کامپیوتر CAM) MasterCAM (نرمافزار تولید به کمک کامپیوتر CAM) SurfCAM (نرمافزار تولید به کمک کامپیوتر CAM) EdgeCAM (نرمافزار تولید به کمک کامپیوتر CAM) SolidCAM (نرمافزار تولید به کمک کامپیوتر CAM) ArtCAM (نرمافزار تولید به کمک کامپیوتر CAM) Esprit (نرمافزار تولید به کمک کامپیوتر CAM) FeatureCAM (نرمافزار تولید به کمک کامپیوتر CAM) SmartCAM (نرمافزار تولید به کمک کامپیوتر CAM) TopCAM (نرمافزار تولید به کمک کامپیوتر CAM) TopSolid (نرمافزار مدلسازی تولید قطعات CAD برای نرمافزار TopCAM) Ansys (نرمافزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM) Abaqus (نرمافزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM) Comsol Multiphysics (FEMLAB) (نرمافزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM) MSC Nastran (نرمافزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM) MSC Patran (نرمافزاری برای مدلسازی و ایجاد مدل هندسی برای نرمافزار Nastran) Autodesk Simulation Mechanical (ALGOR) (نرمافزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM) ADINA (نرمافزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM) NISA (نرمافزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM) CosmosWorks (نرمافزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM) LMS Samcef (نرمافزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM) MSC Marc (نرمافزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM) ++CSM (نرمافزار تحلیل تنش به روش اجزاء محدود FEM) ++CAA (نرمافزار شبیهسازی پدیدههای آیروآکوستیکی) MSC Actran (نرمافزار شبیهسازی پدیدههای آکوستیکی) MSC Sinda (نرمافزار حل مسائل حرارتی پیشرفته به روش اجزاء محدود FEM) FEHT (نرمافزار حل مسائل حرارتی پیشرفته به روش اجزاء محدود FEM) Fluent (نرمافزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD) Gambit (نرمافزاری برای مدلسازی و ایجاد مدل هندسی برای نرمافزار Fluent) +STAR-CCM (نرمافزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD) ++FLO (نرمافزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD) ++CFD (نرمافزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD) FLOW-3D (نرمافزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD) OpenFoam (نرمافزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD) fidap (نرمافزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD) ANSYS CFX (نرمافزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD) ANSYS POLYFLOW (نرمافزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD) Autodesk Simulation CFD (CFDesign) (نرمافزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD) CosmosFlowWorks (نرمافزار تحلیل جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی CFD) MSC Adams (نرمافزار شبیهسازی و تحلیل سیستمهای دینامیکی MBD) LMS Dads (نرمافزار شبیهسازی و تحلیل سیستمهای دینامیکی MBD) Visual Nastran 4D (نرمافزار شبیهسازی و تحلیل سیستمهای دینامیکی MBD) SimWise 4D (نرمافزار شبیهسازی و تحلیل سیستمهای دینامیکی MBD) Working Model 2D (نرمافزار شبیهسازی و تحلیل سیستمهای دینامیکی MBD) CosmosMotion (نرمافزار شبیهسازی و تحلیل سیستمهای دینامیکی MBD) Ansys LS-DYNA (نرمافزار شبیهسازی پدیدههای دینامیکی پیچیده مانند ضربه، انفجار،...) Ansys Autodyn (نرمافزار شبیهسازی پدیدههای دینامیکی پیچیده مانند ضربه، انفجار،...) MSC Dytran (نرمافزار شبیهسازی پدیدههای دینامیکی پیچیده مانند ضربه، انفجار،...) Matlab (نرمافزار محاسبات ریاضی و مهندسی) Mathcad (نرمافزار محاسبات ریاضی و مهندسی) Maple (نرمافزار محاسبات ریاضی و مهندسی) Mathematica (نرمافزار محاسبات ریاضی و مهندسی) Scilab (نرمافزار محاسبات ریاضی و مهندسی) PDMS (نرمافزار طراحی پلنت) PDS (نرمافزار طراحی پلنت) MPDS4 (نرمافزار طراحی پلنت) SmartPlant (نرمافزار طراحی پلنت) AutoPlant (نرمافزار طراحی پلنت) COADE CADWorx (نرمافزار طراحی پلنت) COADE PV Elite (نرمافزار طراحی مخازن تحت فشار) COADE TANK (نرمافزار طراحی مخازن ذخیره) COADE CAESAR II (نرمافزار تحلیل تنش پایپینگ) AutoPipe (نرمافزار تحلیل تنش پایپینگ) CaePipe (نرمافزار تحلیل تنش پایپینگ) CATT2 (نرمافزار جداول ترمودینامیکی) EES (نرمافزار شبیهسازی و تحلیل سیستمهای ترمودینامیکی و حرارتی) Thermo-Calc (نرمافزار شبیهسازی و تحلیل سیستمهای ترمودینامیکی و حرارتی) Thermoflow (نرمافزار طراحی و شبیهسازی نیروگاههای حرارتی) Carrier HAP (نرمافزار طراحی سیستمهای تهویه مطبوع) Trane TRACE 700 (نرمافزار طراحی سیستمهای تهویه مطبوع) Rhvac (نرمافزار طراحی سیستمهای تهویه مطبوع) Chvac (نرمافزار طراحی سیستمهای تهویه مطبوع) HeatCAD (نرمافزار طراحی سیستمهای تهویه مطبوع) LoopCAD (نرمافزار طراحی سیستمهای تهویه مطبوع) CADVent (نرمافزار طراحی سیستمهای تهویه مطبوع) MagiCAD (نرمافزار طراحی سیستمهای تهویه مطبوع) TRNSYS (نرمافزار تحلیل سیستمهای انرژی) eQUEST (نرمافزار تحلیل سیستمهای انرژی) Aspen EDR (نرمافزار طراحی مبدلهای حرارتی) Aspen B-Jac (نرمافزار طراحی مبدلهای حرارتی) Aspen HTFS (نرمافزار طراحی مبدلهای حرارتی) Aspen HX-Net (نرمافزار طراحی مبدلهای حرارتی) SimSci HEXTRAN (نرمافزار طراحی مبدلهای حرارتی) HTRI Xchanger Suite (نرمافزار طراحی مبدلهای حرارتی) UniSim Heat Exchangers (نرمافزار طراحی مبدلهای حرارتی) CFTurbo (نرمافزار طراحی توربوماشین) Numeca FINE/Turbo (نرمافزار طراحی توربوماشین) Concepts NREC (نرمافزار طراحی توربوماشین) ANSYS Vista TF (نرمافزار طراحی توربوماشین) TURBOdesign (نرمافزار طراحی توربوماشین) Autodesk Alias Automotive (نرمافزار طراحی بدنه خودرو) AVL FIRE (نرمافزار طراحی موتور خودرو) GT Suite (نرمافزار طراحی موتور خودرو) Engine Analyzer Pro (نرمافزار طراحی موتور خودرو) CarSim (نرمافزار شبیهسازی و تحلیل دینامیکی حرکت خودرو) ADVISOR (نرمافزار شبیهسازی و تحلیل دینامیکی حرکت خودرو) AirCAD (نرمافزار طراحی هواپیما) SpaceCAD (نرمافزار طراحی هواپیما) XFLR5 (نرمافزار طراحی هواپیما) RcCAD (نرمافزار طراحی هواپیما) Autoship (نرمافزار طراحی کشتی) NavCAD (نرمافزار طراحی کشتی) Shipconstructor (نرمافزار طراحی کشتی) Tribon (نرمافزار طراحی کشتی) Robotics Developer studio (نرمافزار طراحی ربات) Webots (نرمافزار طراحی ربات) Automation Studio (نرمافزار طراحی مدارهای هیدرولیک و پنوماتیک) Festo Fluidsim (نرمافزار طراحی مدارهای هیدرولیک و پنوماتیک) Autodesk Simulation Moldflow (نرمافزار شبیهسازی فرایند تزریق پلاستیک) FLOW-3D THERMOSET (نرمافزار شبیهسازی فرایند تزریق پلاستیک) Moldex3D (نرمافزار شبیهسازی فرایند تزریق پلاستیک) Deform (نرمافزار شبیهسازی فرایند شکلدهی) Autoform (نرمافزار شبیهسازی فرایند شکلدهی) Qform (نرمافزار شبیهسازی فرایند شکلدهی) PAM-STAMP (نرمافزار شبیهسازی فرایند شکلدهی) Procast (نرمافزار شبیهسازی فرایند ریختهگری) Autocast (نرمافزار شبیهسازی فرایند ریختهگری) FLOW-3D CAST (نرمافزار شبیهسازی فرایند ریختهگری) STAR-Cast (نرمافزار شبیهسازی فرایند ریختهگری) SUTCast (نرمافزار شبیهسازی فرایند ریختهگری) MAGMA (نرمافزار شبیهسازی فرایند ریختهگری) WeldPlanner (نرمافزار شبیهسازی فرایند جوشکاری) SYSWELD (نرمافزار شبیهسازی فرایند جوشکاری) Simufact welding (نرمافزار شبیهسازی فرایند جوشکاری) Piping systems fluid flow (نرمافزار تحلیل جریان پایپینگ) Pipenet (نرمافزار تحلیل جریان پایپینگ) Pipeflow (نرمافزار تحلیل جریان پایپینگ) Pipesys (نرمافزار تحلیل جریان پایپینگ) Pipesim (نرمافزار تحلیل جریان پایپینگ) Pipephase (نرمافزار تحلیل جریان پایپینگ) Epanet (نرمافزار طراحی لولهکشی منطقهای و شهری) FlowMaster (نرمافزار تحلیل جریان کانال) MSK Channel (نرمافزار تحلیل جریان کانال) AULOS (نرمافزار تحلیل جریان کانال) HEC-RAS (نرمافزار تحلیل جریان کانال) Primavera (نرمافزار مدیریت و کنترل پروژه) MS Project (نرمافزار مدیریت و کنترل پروژه) Minitab (نرمافزار کنترل کیفیت آماری) SAS (نرمافزار کنترل کیفیت آماری) رشتههای مرتبط مهندسی مکانیک شباهتهای زیادی با مهندسی هوافضا، مهندسی مکاترونیک و مهندسی خودرو دارد. همچنین با رشتههایی مانند مهندسی عمران، مهندسی راهآهن، مهندسی برق، مهندسی پزشکی (بیومکانیک)، مهندسی متالورژی، مهندسی رباتیک، مهندسی شیمی، مهندسی نفت، مهندسی دریا، مهندسی صنایع، مهندسی معدن و مهندسی مکانیک بیوسیستم مرتبط است و همپوشانی دارد. مهندسان مکانیک معروف جیمز وات (۱۷۳۶–۱۸۱۹): تکمیلکننده موتور بخار و پدر انقلاب صنعتی. گوتلیب دایملر (۱۸۳۴–۱۹۰۰): مهندس و طراح صنعتی، به همراه میباخ مخترع اولین موتور سیکلت (دوچرخه موتور دار) و پیشرو در گسترش موتورهای احتراق داخلی، پدر بزرگ موتورهای احتراق داخلی. کارل بنز (۱۸۴۴–۱۹۲۹): مخترع موتورهای دیزلی و بنیانگذار موتورهای احتراق داخلی (هم دوره با دایملر و میباخ) و سازنده اولین خودروی تجاری، مبدع پدال گاز در خودرو و سیستم جرقه زنی با استفاده از شمع و باتری، مخترع کلاچ و مکانیزم تعویض دنده، کاربراتور و رادیاتور نیز از اختراعات اوست. ویلهلم می باخ(۱۸۴۶–۱۹۲۹): مهندس و طراح صنعتی، صاحب نشان می باخ، همکاری با دایملر در ساخت موتورهای احتراق داخلی و موتورهای چهار زمانه، دارنده دکترای افتخاری از دانشگاه اشتوتگارت، عضو افتخاری انجمن مهندسین آلمان. فردیناند پورشه (۱۸۷۵–۱۹۵۱): بنیانگذار شرکت خودروسازی پورشه. فرانتس جوزف پوپ (۱۸۸۶–۱۹۵۴): یکی از سه بنیانگذار شرکت خودروسازی ب ام و. آگوست هورش (۱۸۶۸–۱۹۵۱): بنیانگذار شرکت خودروسازی آئودی. آدام اوپل (۱۸۳۷–۱۸۹۵): بنیانگذار شرکت خودروسازی اوپل. انزو فراری (۱۸۹۸–۱۹۸۸): بنیانگذار شرکت خودروسازی فراری. فروچیو لامبورگینی (۱۹۱۶–۱۹۹۳): بنیانگذار شرکت خودروسازی لامبورگینی. اتوره بوگاتی (۱۸۸۱–۱۹۴۷): بنیانگذار شرکت خودروسازی بوگاتی. آرماند پژو (۱۸۴۹–۱۹۱۵): بنیانگذار شرکت خودروسازی پژو. آندره سیتروئن (۱۸۷۸–۱۹۳۵): بنیانگذار شرکت خودروسازی سیتروئن. لوئی رنو (۱۸۷۷–۱۹۴۴): بنیانگذار شرکت خودروسازی رنو. ویلیام سی. دورانت (۱۸۶۱–۱۹۴۷): بنیانگذار شرکت جنرال موتورز. هنری فورد (۱۸۶۳–۱۹۴۷): بنیانگذار شرکت خودروسازی فورد. لوئیس شورولت (۱۸۷۸–۱۹۴۱): بنیانگذار شرکت خودروسازی شورولت. دیوید دانبار بیوک (۱۸۵۴–۱۹۲۹): بنیانگذار شرکت خودروسازی بیوک. والتر کرایسلر (۱۸۷۵–۱۹۴۰): بنیانگذار شرکت خودروسازی کرایسلر. هنری ام. لیلند (۱۸۴۳–۱۹۳۲): بنیانگذار شرکتهای خودروسازی کادیلاک و لینکلن. کیشیرو تویودا (۱۸۹۴–۱۹۵۲): بنیانگذار شرکت خودروسازی تویوتا. یوشیسوکه آیکاوا (۱۸۸۰–۱۹۶۷): بنیانگذار شرکت خودروسازی نیسان. جوجیرو ماتسودا (۱۸۷۵–۱۹۵۲): بنیانگذار شرکت خودروسازی مزدا. سوییشیرو هوندا (۱۹۰۶–۱۹۹۱): بنیانگذار شرکت خودروسازی هوندا. چستر کارلسون (۱۹۰۶–۱۹۶۸): دستگاه زیراکس از نوآوریهای اوست. ساموئل کلت (۱۸۱۴–۱۸۶۲): سازندهٔ اسلحهٔ کلت. آیزاک سینگر (۱۸۱۱–۱۸۷۵): سازندهٔ نخستین چرخ خیاطی خانگی. رودولف دیزل(۱۸۵۸–۱۹۱۳): سازندهٔ موتورهای معروف دیزل که با گازوئیل کار میکنند. نیکلاس اتو(۱۸۳۲–۱۸۹۱): مهندس و مخترع اولین موتور احتراق داخلی با بازدهی مطلوب، تعمیم دهنده مفهوم چهار زمانه به موتورهای احتراق داخلی. فلیکس وانکل(۱۹۰۲–۱۹۸۸): مخترع موتور دورانی وانکل. ویلیس کریر(۱۸۷۶–۱۹۵۰): مخترع تهویه مطبوع نیکولا تسلا(۱۸۵۶–۱۹۴۳): مخترع جریان برق متناوب جستارهای وابسته مهندسی ساخت و تولید مهندسی خودرو مهندسی مکاترونیک مهندسی سیستمهای انرژی بیومکانیک نرمافزارهای رشته مهندسی مکانیک شاخه CAD و CAE نرمافزارهای رشته مهندسی مکانیک شاخه CAM منابع پیوند به بیرون انجمن مهندسان مکانیک ایران مهندسی مکانیک در دانشگاه ایالتی اوهایو طراحان مکانیک


text: شهر بَلخ (، Bakhlo) یا شهر باختر یا باکترا یا بکتریا (، Báktra؛ لاتین: Bactra) که به نام زریاسپه (Zariaspa) نیز آمدهاست، از شهرهای مهم افغانستان که امروزه در فاصله ۲۰ کیلومتری از مزار شریف مرکز ولایت بلخ در شمال افغانستان واقع شدهاست. این شهر پایتخت دولت یونانی باختر بود. بلخ از شروع تاریخ نخستین، مرکز باستانی بودیسم، اسلام و زرتشت و یکی از شهرهای مهم ولایت خراسان بزرگ در گذشته بودهاست. این شهر باستانی بیشتر به عنوان مرکز و پایتخت باکتریا یا تخارستان شناخته میشد. مارکو پولو بلخ را به عنوان «شهری باشکوه و بزرگ» توصیف کردهاست. اکنون از بلخ جز انبوهی از ویرانهها، در حدود ۱۲ کیلومتری کناره راست رودخانه بلخ چیزی باقی نماندهاست. نام نام باختری بلخ بهصورت (βαχλο) است. در متون پارسی میانه بهصورت باکسل (𐭡𐭠𐭧𐭫) به زبان پارسی باستان بهشکل باختری (𐎲𐎠𐎧𐎫𐎼𐎡𐏁) در زبان اوستایی بهصورت (𐬠𐬁𐬑𐬜𐬌) به زبان سانسکریت بلهیکه (Bahlīka) و در زبان ارمنی (Bahl) آمدهاست. پیشینه باختر(باکتر) به قولی کهنترین شهر تاریخ جهان است که پیشینهٔ آن به هزاران سال قبل از میلاد برمیگردد و یکی از شهرهای مهم پادشاهی ایران باستان بود. باختر(باکتر) نخستین شهری است که قبایل ایرانی از بین سالهای ۲۰۰۰ تا ۱۵۰۰ قبل از میلاد از شمال آمو دریا به آن نقل مکان کردند. عربها به دلیل دیرینگی این شهر، آن را امالبلاد یا مادر شهرها خوانده اند. این شهر بهطور سنتی مرکز زرتشتیان بود. نام زریاسپا، که یا یک نام جایگزین برای بلخ یا بخشی از شهر است، ممکن است از آتشکده مهم زرتشتیان آذر-آسپ گرفته شده باشد. بلخ به عنوان مکانی که زرتشت برای نخستین بار دین خود را موعظه میکرد، و همچنین مکانی که درگذشت، قلمداد میشد. از آنجا که هندوایرانیها اولین پادشاهی خود را در بلخ بنا کردند (باکتریا، بکتر، داکسیا، بوخدی) برخی از محققان بر این باورند که از این منطقه بود که موجهای مختلف هندوایرانیان (اقوام آریایی) به شمالشرقی ایران و منطقه سیستان پخش شدند. تغییرات آب و هوایی منجر شد که این منطقه که در زمان باستان بسیار حاصلخیز بود، به بیابان تبدیل شود. در افسانهها تأسیس این شهر به کیومرث، اولین پادشاه جهان در اساطیر ایرانی نسبت داده شدهاست؛ و حداقل مسلم است که در اوایل رقیب شوش، اکباتانا، نینوا و بابل بود. دوران پیشاتاریخ بیشتر از ۲۰٫۰۰۰ ابزار سنگی بدستآمده از آقکُپرُک (در ولایت بلخ) آنچنان ماهرانه ساخته شدهاند که باستانشناسان اغلب از سازندگان این ابزار در آقکُپرُک به عنوان «میکلآنجلوهای دورهٔ پارینهسنگی فوقانی» یاد میکنند. آثار بدستآمده از آقکُپرُک متعلق به یک دورهٔ فرهنگی است که ۵۰۰۰ سال، از حدود ۲۰٫۰۰۰ تا ۱۵٫۰۰۰ سال پیش طول کشید. در دورهای که هنرمندی ناشناس چهرهٔ یک مرد (یا یک زن؟) بر روی سنگ آهک کوچکی تراشیده - و یکی از نخستین ترسیمهای چهرهٔ انسان ساخت دست است که به ما رسیدهاست. اگرچه ترسیمهایی دیگر از استخوان و سفال در چکسلواکیا و فرانسه در دورهای مشابه ساخته شدهاند، اما بقایای حجاریهای آقکُپرُک هنوز یکی از قدیمیترین ترسیمهای شناختهشده از چهرهٔ انسان است که تا به کنون کشف شدهاست. اما چرا این کندهکاری صورت گرفته؟ شاید پاسخ این پرسش را هرگز نیابیم. دوران باستان شهرنشینی باستانی مرگوش و بلخ همچنین شناخته شده به عنوان تمدن آمودریا برجستهترین تمدن باستانی فرهنگ عصر برنز در آسیای میانه است، که قدمت آن تقریباً حدود ۲۲۰۰–۱۷۰۰ پیش از میلاد است. گستره این تمدن بزرگ شامل نمازگاه تپه در ترکمنستان امروزی، باخلو در شمال افغانستان، جنوب ازبکستان و تاجیکستان غربی، در منطقه بلخ باستان (باکتریا) میباشد. این مکانها توسط ویکتور سیریانیدی (۱۹۷۶) باستانشناس شوروی کشف و نامگذاری شد. باکتریا نام یونانی ناحیه باخلو (بلخ امروزی) در شمال افغانستان کنونی بود و مرگوش نام یونانی ساتراپی فارسی مارگو به مرکزیت مرو در ترکمنستان امروزی بود. مورخ قدیم یونان ستیاس در ۴۰۰ پیش از میلاد (به دنبال دیودور سیسیلی) ادعا کرد که نینوس پادشاه افسانهای آشور، اوکسیارت پادشاه باختر را در سال ۲۱۴۰ پیش از میلاد (۱۰۰۰ سال قبل از جنگ تروا) شکست دادهاست. از زمان کشف رمزگشایی خط میخی در قرن نوزدهم، کشف سوابق واقعی دولتهای یونانی بلخ و آشور امکانپذیر شد. با این حال، مورخان ارزش کمی برای این دولت یونانی قائل هستند. به گفته برخی از نویسندگان، باختر میهن قبایل هند و اروپایی بود که حدود ۲۵۰۰–۲۰۰۰ قبل از میلاد به جنوبغربی سوی ایران امروز و شمال غربی سوی هند و پاکستان امروزی نقل مکان کردند. که بعداً به ساتراپیهای شمالی شاهنشاهی هخامنشی تبدیل شد. پیامبر زرتشت در این مناطق، جایی که خاک حاصلخیز بلخ توسط صحرای توران احاطه شده بود، متولد شد و اولین پیروان خود را بدست آورد. زبانی که آنها صحبت میکردند اوستایی بود، زبان قدیمیترین بخشهای اوستای زرتشتی و یکی از زبانهای قدیمی هند و اروپایی. زمانی نظریه اینکه باختر جزو امپراتوری مادها بوده توسط ای. هرزفیلد پیشنهاد شد. در قرن ۶ پیش از میلاد باختر توسط کوروش به امپراتوری هخامنشی ضمیمه شد و همراه با مرگوش دوازدهمین ساتراپی هخامنشیان را تشکیل داد. پس از اینکه داریوش سوم توسط اسکندر بزرگ شکست خورد و در هرج و مرج بعدی کشته شد، قاتل وی بسوس، ساتراپ باختر، سعی کرد نقشه استقلال باختر را در ساتراپی خود سازمان دهد اما توسط دیگر جنگ سالاران اسیر شده و به اسکندر تحویل داده شد. اسکندر مقدونی سغدیانه و پارس را فتح کرد. با این حال، در جنوب، قبل از اینکه به آمودریا برسد، با مقاومت شدیدی برخورد نمود. پس از دو سال جنگ باختر توسط مقدونیها اشغال شد، اما اسکندر هرگز با موفقیت مردم را تحت سلطه خود درآورده نتوانست. پس از مرگ اسکندر، سرانجام امپراتوری مقدونیه بین ژنرالهای اسکندر تقسیم شده، باختر جزو قلمرو سلوکوس اول، بنیانگذار امپراتوری سلوکی شد. "ثروتمندترین امپراطوری معروف هزار شهر باختر" سلوکوس بدنبال ادامهٔ سیاستهای اسکندر با اپامه دختر اسپیتامن یکی از دشمنان اسکندر در سرزمین باختر ازدواج کرد. تا سلسلهای را بنیان نهد که آمیزهای از نژاد ایرانی و مقدونی باشد. او جهت ایجاد وحدت در قلمرو خود، به احداث شهرهای یونانینشین پرداخت. مشکلاتی که امپراتوری سلوکی با آن مواجه بود، جنگ با بطلیموس دوم مصر بود. این جنگ به دیودتس، والی باختر فرصت لازم برای اعلام استقلال (حدود ۲۵۵ پ. م) را داد. وی سغدیانه را تسخیر نموده پادشاهی یونانی بلخ را بنیانگذاری نمود. دیودتس و جانشینان وی توانستند خود را در برابر حملات سلوکیها حفظ کنند به ویژه از حملات آنتیوخوس سوم بزرگ، که در نهایت وی را شکست دادند (حدود ۱۹۰ پیش از میلاد). یونانیان بلخ چنان قدرتمند بودند که توانستند قلمرو خود را تا هند گسترش دهند: یونانیانی که باعث شورش باختر شدند، تصمیم بر این داشتند تا حکومت مستقلی ایجاد کنند. آنها موفق شدند و دولتهای یونانی بلخ وهند را تأسیس کردند، همانطور که آپولودور دمشقی میگوید: بودیسم شهر بلخ بخاطر دو راهب بزرگ بودایی افغانستان - تروپوسا و بهالیکا در کشورهای بودایی مشهور است. دو استوپا بر فراز مقبره آنها وجود دارد. طبق یک افسانه، بوداییسم توسط بالیکا، شاگرد بودا در بلخ معرفی شد و این شهر نام خود را از او گرفتهاست. وی یک بازرگان منطقه بود و از بوده گایا آمده بود. در ادبیات، بلخ به عنوان Balhika ,Valhika یا Bahlika نام برده شدهاست. اولین ویهارا در بلخ پس از بازگشت بالیکا بعد از راهب شدن برای وی ساخته شد. هنگامی که شوانزانگ در سال ۶۳۰ از بلخ بازدید کرد، آنجا یک مرکز شکوفای هینایانا بودیسم بود. طبق خاطرات شوانزانگ، در زمان بازدید وی در قرن هفتم میلادی، حدود صد صومعه بودایی در این شهر یا مجاورت آن وجود داشتهاست. ۳۰۰۰ راهب و تعداد زیادی استوپا و سایر بناهای مذهبی وجود داشتند. یهودیت همانطور که مورخ عرب المقریزی ثبت کردهاست، یک جامعه یهودی باستان در بلخ وجود داشتهاست، این جامعه با انتقال یهودیان به بلخ توسط پادشاه آشور سناخریب تأسیس شدهاست. جغرافیدانان عرب به وجود بابالیهود (دروازه یهودیان) و الیهودیه (شهر یهودی) در بلخ گواهی کردهاند. روایات اسلامی بیان میکنند که پیامبر ارمیا به بلخ گریخت و حزقیال در آنجا دفن شد. این اجتماع یهودی در قرن یازدهم مورد توجه قرار گرفت زیرا یهودیان این شهر مجبور شدند باغی را برای سلطان سلطان محمود غزنوی نگهداری کنند که برای آن مالیات ۵۰۰ درهم پرداخت کردند. طبق تاریخ شفاهی یهودیان، تیمور یک چهارم شهر را به یهودیان بلخ با یک دروازه برای بستن آن داد. جامعه یهودیان در بلخ تا اواخر قرن نوزدهم گزارش میشد، در حالی که یهودیان هنوز در یک محله ویژه شهر سکونت داشتند. حمله اعراب مسلمان نخستین حملهٔ مسلمانان به بلخ در سال ۶۵۲ م. (۳۲ ه.ق) به سرکردگی احنف بن قیس بود. در سال ۴۳ ه.ق دوباره بتصرف مسلمانان درآمد ولی در زمان قتیبة بن مسلم (متوفی بسال ۹۶ ه.ق) بود که کاملاً مغلوب آنان شد. در دورهٔ اعراب، یعنی در قرون وسطی، بلخ همراه با هرات، نیشابور و مرو یکی از چهار قسمت (چهار ربع) خراسان بود. در سال ۱۱۸ ه.ق اسدبن عبدالله قسری پایتخت خراسان را از مرو به بلخ انتقال داد و شهر رونق یافت. در سال ۲۵۶ ه.ق این شهر بتصرف یعقوب لیث صفاری درآمد. در سال ۲۸۷ ه.ق عمرو لیث صفاری نزدیک بلخ مغلوب اسماعیل سامانی شد و به قتل رسید و بلخ تحت حکومت سامانی درآمد. در سال ۴۵۱ ه.ق سلجوقیان تصرفش کردند و در سال ۵۵۰ ه.ق بدست ترکان غز افتاد. در سال ۶۱۷ ه.ق) با وجود اینکه بلخ تسلیم چنگیز مغول شد، مغولان همه مردم شهر از زن و مرد و کودک را از شهر بیرون آورده و همه را کشتند بهطوری که تا مدتها حیوانات وحشی از گوشت آنها تغذیه میکردند و سپس شهر را آتش زده و کاملاً تخریب نمودند. در دورهٔ تیموریان (۷۷۱ – ۹۱۱ ه.ق) تا اندازهای شکوه گذشته را بازیافت ولی پس از بنای مزارشریف در بیست کیلومتری آن، بلخ رو به انحطاط گذاشت. خرابههای بلخ قدیم اکنون ناحیهٔ وسیعی را اشغال کردهاست. در منابع تاریخی به خاطر موقعیت فرهنگی و تمدنی بلخ از آن به نامهای مختلف یاد شدهاست؛ مثلاً بلخ گزین، بلخ الحسنا، امالبلاد، امالقرا، بلخ بامی، قبه الاسلام، دارالفقاهه، دارالاجتهاد... جهانگردان اروپایی و فارسیزبان، بلخ را انبار مهمی برای کالاهای عبوری در آسیای میانه در نخستین سالهای سدهٔ ۱۹ م بهشمار آوردهاند. این شهر، در مرز میان بیابانهای بیدرخت و زمینهای سرسبز، در شمال هندوکش و جنوب آمودریا، زمانی بسیار آبادان بود و آب شهر از طریق شبکهای مرکب از ۱۸ جوی پخش میشد که درّههای شهر را به هم پیوند میداد. بلخ در برخوردگاه جادههای کاروانی واقع بود که از جنوب به هند، از غرب به ایران، و از شرق به چین کشیده میشد. کاروانهای بیشماری از طریق این شهر، که به عنوان بازاری در آسیای برای خرید و فروش اسب شهرت داشت، رفتوآمد میکردند. مکانهای باستانی بناهای اولیه بودایی دوام نسبتاَ بیشتری به بناهای اسلامی داشتهاند مثل تخت رستم. طول آن ۴۶ متر عرض ۲۷ متر و ارتفاع ۱۵ متر است. چهار طاق مدور در داخل غرق شده و چهار خروجی از بیرون به داخل طراحی شدهاست. پایه ساختمان از آجرهای خشک شده در برابر آفتاب با ۶۰ سانتیمتر مربع مساحت و ۱۰۰ تا ۱۳۹ میلیمتر ضخامت ساخته شدهاست. تخت رستم در نقشه به صورت گول شکل و دارای اضلاع ناهموار است. ظاهراً از گل پیس (یعنی گلی مخلوط با کاه و گودال) ساخته شدهاست. ممکن است در این ویرانهها ناوا ویهارا را که توسط دیپلومات چینی ژانگ چیان توصیف شدهاست، بشناسیم. بقایای بسیاری از برجهای دیگر نیز در سایت وجود دارد. تپههای مخروبه به سمت جاده مزار شریف احتمالاً نشاندهنده مکان شهری است که هنوز قدیمیتر از آن است که بلخ امروزی در آن قرار دارد. دیگر امروزه جدا از ویرانهها و استحکامات باستانی در بله مکانهای دیدنی زیادی دیگر نیز زیادی دیده میشود: مدرسه سید سبحان قلی خان. بالاحصار بلخ، زیارتگاه و مسجد خواجه نصر پارسا. آرامگاه شاعر رابعه بلخی. مسجد نه گنبد (مسجد نو گنبد). این مسجد با تزئینات و کاشیکاریهای عالی، که به آن مسجد حاجی پیاده نیز گفته میشود، اولین بنای یادبود اسلامی است که در افغانستان شناسایی شدهاست. تخت رستم و تپه رستم موزه بلخ این موزه قبلاً دومین موزه بزرگ کشور بود، اما مجموعه آثار آن در دوران اخیر دچار غارت شدهاست. این موزه از ساختمانی مشترکی که با یک کتابخانه مذهبی دارد به موزه مسجد کبود نیز معروف است. این موزه ویرانههای باستانی بلخ، کلکسیون آثار هنری اسلامی از جمله قرآن قرن سیزدهم و نمونههایی از هنرهای تزئینی و مردمی افغانستان را به نمایش میگذارد. نقش فرهنگی بلخ همواره کانون علم و هنر و فرهنگ بوده و نقش عمده ای در توسعه زبان و ادبیات فارسی داشتهاست. علماء و فضلای بزرگی را در دامان خویش پرورانیدهاست. در فهرست زیر نامهای تعدادی از این بزرگان که در بلخ زاده شده یا زیستهاند آمدهاست: مولانا جلال الدین محمد بلخی (رومی)، متولد بلخ، در قرن سیزدهم ابن سینا یا بوعلی، فیلسوف و دانشمند مشهور قرن دهم که پدرش بلخی بود ناصر خسرو قبادیانی امیر خسرو (دهلوی) که پدرش امیر سیف الدین از اینجا بود به گفته دولت شاه سمرقندی، منوچهری دامغانی متولد بلخ بود. رشید الدین وطواط صانح بلخی شهید بلخی ابوالموید بلخی ابوشکور بلخی معروفی بلخی شاعران اولیه قرن ۹ یا ۱۰ رابعه بلخی، اولین شاعر زن در تاریخ شعر فارسی، در قرن دهم و در بلخ میزیست. عنصری بلخی، شاعر قرن ۱۹ یا ۱۱ انوری، قرن دوازدهم، در بلخ زندگی میکرد و آنجا درگذشت. دقیقی بلخی، ابومنصور محمدبن احمد دقیقی بلخی، متولد بله و اولین سراینده شاهنامه معروف افراد مشهور دیگر ابراهیم ابن ادهم، صوفی و حاکم مشهور بلخ ابو مسلم خراسانی، سردار جنگی و از ساقطان خلافت امویان خالد ابن برمک، وزیر خلافت عباسی و از خانواده برجسته برمکیان ابوزید بلخی، عالم جغرافیدان، ریاضیدان، پزشک، روانشناس و دانشمند بلخی. ابومعشر بلخی، منجم و ستارهشناس دربار عباسی و فیلسوف اسلامی حیوی بلخی، مفسر یهودی بخاران و منتقد انجیل ابن بلخی، نامی متعارف برای مورخ فارسی قرن ۱۲ و نویسنده کتاب فارسی فارس نما عبدالله، پدر ابن سینا و دانشمند اسماعیلی مذهب جستارهای وابسته خراسان باختر (بلخ) بلخ در دانشنامهها و واژهنامههای فارسی دیوان بلخ نگارخانه منابع دانشنامه ایرانیکا ویکیپدیای انگلیسی وبگاه فارسی بیبیسی محمدامین زواری، جغرافیای تاریخی بلخ، بنیاد موقوفات افشار، تهران۱۳۸۸، شابک:۹۷۸-۹۶۴-۶۰۵۳-۵۳-۳ www.mazar-i-sharif.de بوداگرایی در افغانستان تاریخ افغانستان تاریخ ایران جایها در شاهنامه شهرها در افغانستان شهرهای باستانی ایران شهرهای راه ابریشم مناطق مسکونی بنیانگذاریشده در هزاره ۲ (پیش از میلاد) مناطق مسکونی پیشین در افغانستان مناطق مسکونی در ولایت بلخ منطقههای تاریخی افغانستان ولسوالیهای ولایت بلخ هنر و فرهنگ بودایی