PERIODIČNA TABELA ELEMENTOV: ZGODOVINA, STRUKTURA, ELEMENTI - KEMIJA

Periodnega sistema elementov je orodje, ki omogoča posvetovanju kemijske lastnosti 118 elementov doslej znanih. Ključnega pomena je pri izvajanju stehiometričnih izračunov, napovedovanju fizikalnih lastnosti elementa, razvrščanju le-teh in iskanju občasnih lastnosti med njimi.

Atomi postanejo težji, saj njihova jedra dodajo protone in nevtrone, ki jih morajo spremljati tudi novi elektroni; v nasprotnem primeru elektro-nevtralnost ne bi bila mogoča. Tako so nekateri atomi zelo lahki, kot vodik, drugi pa zelo težki, kot oganenson.

Komu je takšno srce dolžno v kemiji? Znanstveniku Dmitriju Mendelejevu, ki je leta 1869 (pred skoraj 150 leti) po desetletju teoretičnih študij in eksperimentov objavil prvo periodično tabelo v poskusu organiziranja 62 takrat znanih elementov.

Mendeleev se je za to zanašal na kemijske lastnosti, medtem ko je Lothar Meyer objavil še eno periodično tabelo, ki je bila organizirana glede na fizikalne lastnosti elementov.

Na začetku je tabela vsebovala „prazne prostore“, katerih elementi v tistih letih niso bili znani. Vendar je Mendeleyev z občutljivo natančnostjo lahko napovedal več njegovih lastnosti. Nekateri od teh elementov so bili: germanij (ki ga je poimenoval eka-silicij) in galij (eka-aluminij).

Prve periodične tabele so razvrstile elemente glede na njihove atomske mase. To razvrščanje je pokazalo določeno periodičnost (ponavljanje in podobnost) v kemijskih lastnostih elementov; vendar se prehodni elementi s tem ukazom niso strinjali in tudi plemeniti plini niso bili.

Zaradi tega je bilo treba namesto atomske mase naročiti elemente, ki upoštevajo atomsko število (število protonov). Od tod, skupaj s trdim delom in prispevki številnih avtorjev, je bila Mendelejeva periodična tabela izpopolnjena in dopolnjena.

Zgodovina periodične tabele

Elementi

Uporaba elementov kot osnove za opis okolja (natančneje narave) se uporablja že od antičnih časov. Vendar so jih takrat označevali kot faze in stanja materije, in ne na način, na katerega se nanašajo iz srednjega veka.

Stari Grki so verjeli, da planet, ki ga naseljujemo, sestavljajo štirje temeljni elementi: ogenj, zemlja, voda in zrak.

Po drugi strani je bilo v starodavni Kitajski število elementov pet in za razliko od Grkov so ti izključevali zrak in vključujeli kovino in les.

Prvo znanstveno odkritje je leta 1669 naredil nemški Henning Brand, ki je odkril fosfor; na ta datum so bile zabeležene vse naslednje postavke.

Treba je pojasniti, da so bili nekateri elementi, kot sta zlato in baker, že znani pred fosforjem; razlika je v tem, da niso bili nikoli registrirani.

Simbologija

Alkimisti (predniki današnjih kemikov) so poimenovali elemente glede na ozvezdja, njihove odkritje in kraje, kjer so jih odkrili.

Leta 1808 je Dalton predlagal vrsto risb (simbolov), ki bi predstavljali elemente. Pozneje je bil ta sistem zapisov nadomeščen s sistemom Jhona Berzeliusa (prej), saj se je Dalton-ov model, ko so se pojavili novi elementi, zapletel.

Razvoj sheme

Prvi poskusi izdelave zemljevida, ki bi organiziral informacije o kemijskih elementih, so se zgodili v 19. stoletju z Döbereinerjevimi triadami (1817).

Z leti so bili najdeni novi elementi, ki so privedli do novih organizacijskih modelov, dokler niso dosegli že uporabljenega.

Telluric vijak Chancourtois (1862)

Alexandré-Émile Béguyer de Chancourtois je oblikoval papirno vijačnico, ki prikazuje graf spirale (telurski vijak).

V tem sistemu so elementi razvrščeni v naraščajočem vrstnem redu glede na njihovo atomsko maso. Podobni elementi so navpično poravnani.

Newlandske oktave (1865)

Nadaljeval z Döbereinerjevim delom, Britanec John Alexander Reina Newlands je kemijske elemente uredil v naraščajočem vrstnem redu glede na atomsko maso, pri čemer je opozoril, da ima vsak sedem elementov podobne lastnosti (vodik ni vključen).

Mendelejeva miza (1869)

Mendeleev je kemijske elemente razporedil v naraščajočem vrstnem redu glede na atomsko težo, v isti stolpec umestil tiste, katerih lastnosti so bile podobne. Pustil je vrzeli v svojem modelu periodične tabele, ki pričakuje pojav novih elementov v prihodnosti (poleg predvidevanja lastnosti, ki bi jih moral imeti).

Plemeniti plini se ne pojavljajo v Mendelejevi tabeli, saj jih še niso odkrili. Poleg tega Mendeleiv ni upošteval vodika.

Moseleyjeva periodična tabela (trenutna periodična tabela) - 1913

Henry Gwyn Jeffreys Moseley je predlagal, da se kemični elementi periodične tabele naročijo glede na njihovo atomsko številko; torej na podlagi njihovega števila protonov.

Moseley je leta 1913 označil "zakon o periodiki": "Ko so elementi razporejeni po vrstnem redu, njihove fizikalne in kemijske lastnosti kažejo periodične trende."

Tako vsaka vodoravna vrstica ali obdobje kaže eno vrsto razmerja, vsak stolpec ali skupina pa drugo.

Kako je organiziran? (Struktura in organizacija)

Vidimo, da ima pastel periodične mize več barv. Vsaka barva povezuje elemente s podobnimi kemijskimi lastnostmi. Obstajajo oranžni, rumeni, modri, vijolični stebri; zeleni kvadratki in jabolčno zelena diagonala.

Upoštevajte, da so celice v srednjih stebrih sivkaste barve, zato morajo imeti vsi ti elementi nekaj skupnega, to je, da gre za prehodne kovine s polovično polno d orbitalo.

Na enak način elementi vijoličnih kvadratov, čeprav gredo od plinastih snovi, od rdečkaste tekočine do trdne črno-vijolične (jod) in srebro-sive (astatin), so njihove kemijske lastnosti, ki jih tvorijo kongenere. Te lastnosti urejajo elektronske strukture njegovih atomov.

Organizacija in struktura periodične tabele ni poljubna, vendar je v skladu z vrsto periodičnih lastnosti in vzorcev vrednosti, določenih za elemente. Če se na primer kovinski znak zmanjša od leve proti desni mize, kovinskega elementa v zgornjem desnem kotu ni mogoče pričakovati.

Obdobja

Elementi so razporejeni v vrstice ali obdobja, odvisno od energijske ravni njihovih orbital. Pred četrtim obdobjem, ko so elementi uspeli drug drugemu povečati vrstni red atomske mase, so ugotovili, da so se pri vsaki osmi od njih kemijske lastnosti ponovile (zakon oktav Johna Newlandsa).

Prehodne kovine so ulivali z drugimi nekovinskimi elementi, kot sta žveplo in fosfor. Zaradi tega je bil vnos kvantne fizike in elektronskih konfiguracij ključnega pomena za razumevanje sodobnih periodičnih tabel.

Orbitale energijske lupine se napolnijo z elektroni (in jedri protonov in nevtronov), ko ta potuje skozi časovno obdobje. Ta energetska plast gre skupaj z velikostjo ali atomskim polmerom; zato so predmeti v zgornjih obdobjih manjši od spodnjih.

H in He sta v prvi (obdobju) energijski ravni; prva vrsta sivkastih kvadratov, v četrtem obdobju; in vrsto oranžnih kvadratov, v šestem obdobju. Upoštevajte, da čeprav se zdi, da je slednje že v devetem obdobju, dejansko spada v šesto, takoj za rumenim poljem za Ba.

Skupine

Skozi obdobje ugotovimo, da se masa, število protonov in elektronov povečujejo. V istem stolpcu ali skupini, čeprav se masa in protoni razlikujejo, je število elektronov v valenčni lupini enako.

Na primer, ima H v prvem stolpcu ali skupini en sam elektron v orbiti 1s ¹ , prav tako Li (2s ¹ ), natrij (3s ¹ ), kalij (4s ¹ ) in tako naprej, dokler se kalcij (7s ¹ ). Ta številka 1 pomeni, da ti elementi skoraj nimajo valenčnega elektrona in zato spadajo v skupino 1 (IA). Vsak izdelek je v različnih obdobjih.

Če ne štejemo zeleno zabojanega vodika, so elementi pod njim oranžni in jih imenujemo alkalijske kovine. Še eno polje na desni strani v katerem koli obdobju je skupina ali stolpec 2; to pomeni, da imajo njeni elementi dva valenčna elektrona.

Ko pa se premaknete korak naprej v desno, brez vednosti d orbitale, pridemo do skupine bora (B) ali skupine 13 (IIIA); namesto skupine 3 (IIIB) ali skandija (Sc). Če upoštevamo polnjenje d orbitale, začnemo skozi obdobja sivkastih kvadratov: prehodne kovine.

Protonsko število v primerjavi z valenčnimi elektroni

Pri preučevanju periodične tabele lahko nastane zmeda med atomskim številom Z ali številom celotnih protonov v jedru in številom valenčnih elektronov. Ogljik ima na primer Z = 6, torej ima šest protonov in s tem šest elektronov (sicer ne bi mogel biti nevtralno nabit atom).

Toda od teh šestih elektronov so štirje valenčni . Zaradi tega je njegova elektronska konfiguracija 2s ² 2p ² . označuje dva 1s ² elektrona zaprte lupine in teoretično ne sodelujeta pri tvorbi kemičnih vezi.

Tudi zato, ker ima ogljik štiri valenčne elektrone, se "priročno" nahaja v skupini 14 (IVA) periodične tabele.

Elementi pod ogljikom (Si, Ge, Sn, Pb in Fl) imajo večje atomsko število (in atomske mase); vsi pa imajo skupne štiri valenčne elektrone. To je ključno za razumevanje, zakaj predmet pripada eni skupini in ne drugi.

Elementi periodične tabele

Blokiraj s

Kot je bilo pojasnjeno, sta za skupine 1 in 2 značilni, da imata en ali dva elektrona v s orbitali. Te orbitale so kroglaste geometrije in ko se spustimo skozi katero koli od teh skupin, elementi pridobijo plasti, ki povečajo velikost njihovih atomov.

Ker so v svojih kemijskih lastnostih in načinih reagiranja močne težnje, so ti elementi organizirani kot blok. Zato alkalijske kovine in zemeljsko-zemeljske kovine spadajo v ta blok. Elektronska konfiguracija elementov tega bloka je ns (1s, 2s itd.).

Čeprav je element helij v zgornjem desnem kotu mize, je njegova elektronska konfiguracija 1s ² in zato spada v ta blok.

Blokiraj str

Za razliko od s bloka so elementi tega bloka popolnoma napolnili s orbitale, medtem ko se njihove p orbitale še naprej polnijo z elektroni. Elektronske konfiguracije elementov, ki pripadajo temu bloku, so tipa ns ² np ^1-6 (p orbitale imajo lahko en ali do šest elektronov).

Kje je torej v periodični tabeli ta blok? Na desni: zeleni, vijolični in modri kvadrat; to so nekovinski elementi in težke kovine, kot sta bizmut (Bi) in svinec (Pb).

Začenši z borom, z elektronsko konfiguracijo ns ² np ¹ , ogljik na svoji desni doda še en elektron: 2s ² 2p ² . Nato so elektronske konfiguracije drugih elementov obdobja 2 bloka p naslednje: 2s ² 2p ³ (dušik), 2s ² 2p ⁴ (kisik), 2s ² 2p ⁵ (fluor) in 2s ² 2p ⁶ (neon).

Če se spustite v nižja obdobja, boste imeli energijsko raven 3: 3s ² 3p ^1-6 in tako naprej do konca bloka p.

Upoštevajte, da je pri tem bloku najpomembnejše to, da so od 4. obdobja njegovi elementi popolnoma zapolnili d orbitale (modri okvirji na desni). Na kratko: blok s je na levi strani periodične tabele, blok p pa na desni.

Reprezentativni elementi

Kateri so reprezentativni elementi? Ti so tisti, ki po eni strani zlahka izgubijo elektrone ali jih na drugi strani pridobijo za dokončanje valenčnega okteta. Z drugimi besedami: oni so elementi blokov s in p.

Njihove skupine so se od ostalih razlikovale po črki A na koncu. Tako je bilo osem skupin: od IA do VIIIA. Trenutno je sistem oštevilčenja, ki se uporablja v sodobnih periodičnih tabelah, arabski, od 1 do 18, vključno s prehodnimi kovinami.

Zaradi tega je lahko skupina bora IIIA ali 13 (3 + 10); ogljikova skupina, DDV ali 14; in iz žlahtnih plinov, zadnji na desni strani mize, VIIIA ali 18.

Prehodne kovine

Prehodne kovine so vsi elementi sivkastih kvadratov. Skozi obdobja se napolnijo njihove d orbitale, ki jih je pet in lahko imajo deset elektronov. Ker morajo zapolniti te orbitale deset elektronov, mora biti deset skupin ali stolpcev.

Vsaka od teh skupin v starem sistemu oštevilčevanja je bila označena z rimskimi številkami in črko B na koncu. Prva skupina skandija je bila IIIB (3), železa, kobalta in niklja VIIIB, ki so imele zelo podobne reaktivnosti (8, 9 in 10) in cinka IIB (12).

Kot je razvidno, je veliko lažje prepoznati skupine po arabskih številkah kot z uporabo rimskih številk.

Notranje prehodne kovine

Od 6. leta periodične tabele postanejo f orbitale energetsko na voljo. Te morajo biti zapolnjene najprej kot d orbitale; zato so njegovi elementi običajno nameščeni narazen, da ne bi predolge mize.

Zadnji dve obdobji, oranžna in siva, sta notranji prehodni kovina, imenovani tudi lantanidi (redke zemlje) in aktinidi. Obstaja sedem f orbitov, ki za zapolnitev potrebujejo štirinajst elektronov, zato mora biti štirinajst skupin.

Če dodate te skupine v periodično tabelo, jih bo skupaj 32 (18 + 14) in na voljo bo "dolga" različica:

Vir: avtor Sandbh, iz Wikimedia Commons

Svetlo roza vrsta ustreza lantanoidom, temno roza vrsta pa aktinoidom. Lanthanum, La z Z = 57, aktinij, Ac z Z = 89 in celoten f blok spadajo v isto skupino kot skandij. Zakaj? Ker ima skandij ^1. orbital , ki je prisoten v ostalih lantanoidih in aktinoidih.

La in Ac imata valenčni konfiguraciji 5d ¹ 6s ² in 6d ¹ 7s ² . Ko se premikate v desno skozi obe vrstici, se začneta zapolnjevati orbita 4f in 5f. Ko ste napolnjeni, pridete do elementov lutecij, Lu in laurencio, Lr.

Kovine in nekovine

Če pustimo za torto periodične tabele, se je bolj priročno zateči k tistemu na zgornji sliki, tudi v svoji podolgovati obliki. Trenutno je velika večina omenjenih elementov kovin.

Pri sobni temperaturi so vse kovine trdne snovi (razen živega srebra, ki je tekoče) s srebrno-sivo barvo (razen bakra in zlata). Tudi ponavadi so trdi in sijoči; čeprav so bloki s mehki in krhki. Za te elemente je značilno, da lahko izgubijo elektrone in tvorijo M ⁺ katione .

V primeru lantanoidov izgubijo tri elektrone 5d ¹ 6s ^2, da postanejo trivalentni M ³⁺ kationi (kot je La ³⁺ ). Cerij lahko izgubi štiri elektrone (Ce ⁴⁺ ).

Po drugi strani pa nekovinski elementi predstavljajo najmanj del periodične tabele. So plini ali trdne snovi s kovalentno povezanimi atomi (na primer žveplo in fosfor). Vsi se nahajajo v bloku p; natančneje, v zgornjem delu, saj se spuščanje v spodnja obdobja poveča kovinski značaj (Bi, Pb, Po).

Tudi nemetali namesto da izgubijo elektrone, jih pridobite. Tako tvorijo anione X ^- z različnimi negativnimi naboji: -1 za halogene (skupina 17) in -2 za halogene (skupina 16, kisik).

Kovinske družine

Znotraj kovin obstaja interna klasifikacija, ki jih razlikuje med seboj:

-Kovine skupine 1 so alkalne

-Grupa 2, zemeljskoalkalijske kovine (g. Becambara)

Družina skandijev skupine 3 (IIIB). To družino sestavlja skandij, vodja skupine, itrij Y, lantan, aktinij ter vsi lantanoidi in aktinoidi.

-Skupina 4 (IVB), družina titana: Ti, Zr (cirkonij), Hf (hafnij) in Rf (rutherfordium). Koliko valenčnih elektronov imajo? Odgovor je v vaši skupini.

-Grupa 5 (VB), družina vanadij Skupina 6 (VIB), kromova družina. In tako naprej do družine cinka, skupina 12 (IIB).

Metalloidi

Kovinski znak se povečuje od desne proti levi in od zgoraj navzdol. Toda kakšna je meja med tema dvema vrstama kemičnih elementov? Ta meja je sestavljena iz elementov, znanih kot metalloidi, ki imajo lastnosti tako kovin kot nekovin.

Metalloide lahko vidimo na periodični tabeli v "lestvi", ki se začne z borom, konča pa se z radioaktivnim elementom astatinom. Ti elementi so:

-B: bor

-Silikon: Da

-Ge: germanij

Kot je: arzen

-Sb: antimona

-Te: telur

-Na: astatin

Vsak od teh sedmih elementov ima vmesne lastnosti, ki se razlikujejo glede na kemijsko okolje ali temperaturo. Ena od teh lastnosti je polprevodništvo, to je, da so metalloidi polprevodniki.

Plini

V zemeljskih razmerah so plinasti elementi tisti lahki nekovini, kot so dušik, kisik in fluor. V to razvrstitev sodijo tudi klor, vodik in žlahtni plini. Od vseh od njih so najpomembnejši žlahtni plini zaradi majhne nagnjenosti k reakcijam in obnašanju kot prosti atomi.

Slednje najdemo v skupini 18 periodične tabele in so:

-Hejo, he

-Neon, Ne

-Argon, Ar

-krypton, Kr

-Xenon, Xe

-Radon, Rn

-In najnovejši od vseh, sintetični žlahtni plin oganeson, Og.

Vsi žlahtni plini imajo skupno valencijsko konfiguracijo ns ² np ⁶ ; torej imajo celoten valentni oktet.

Stanja agregacije elementov pri drugih temperaturah

Elementi so v trdnem, tekočem ali plinastem stanju, odvisno od temperature in jakosti medsebojnih vplivov. Če bi se temperatura Zemlje ohladila na približno absolutno ničlo (0K), bi vsi elementi zmrznili; razen helija, ki bi se kondenziral.

Pri tej ekstremni temperaturi bi ostali plini bili v obliki ledu.

Na drugi skrajnosti, če bi bila temperatura približno 6000K, bi bili "vsi" elementi v plinastem stanju. V teh pogojih bi lahko dobesedno videli oblake zlata, srebra, svinca in drugih kovin.

Uporaba in aplikacije

Periodična tabela je bila vedno in bo vedno orodje za posvetovanje s simboli, atomskimi masami, strukturami in drugimi lastnostmi elementov. Izjemno uporaben je pri izvajanju stehiometričnih izračunov, ki so v številnih nalogah znotraj in zunaj laboratorija vrstni red dneva.

Ne samo to, tudi periodična tabela vam omogoča primerjavo elementov iste skupine ali obdobja. Tako lahko napovemo, kakšne bodo določene spojine elementov.

Napovedovanje oksidnih formul

Na primer, za okside alkalijskih kovin, ker imajo en valenčni elektron in je torej valenca +1, pričakujemo, da bo formula njihovih oksidov vrste M ₂ O, kar se preveri z oksidom vodik, vode, H ₂ O. tudi z oksidi natrija, na ₂ o in kalija, K ₂ O.

Za ostale skupine morajo imeti njihovi oksidi splošno formulo M ₂ O _n , kjer je n enak številki skupine (če je element iz bloka p, izračunajte n-10). Tako ogljika, ki spada v skupino 14, tvori CO ₂ (C ₂ O _4/2 ); žveplo, iz skupine 16, SO ₃ (S ₂ O _6/2 ); in dušik, iz skupine, ki jo 15 N ₂ O ₅ .

Vendar to ne velja za prehodne kovine. To je zato, ker železo, čeprav spada v skupino 8, ne more izgubiti 8 elektronov, ampak 2 ali 3. Zato je namesto memoriranja formul bolj pomembno, da bodimo pozorni na valenco vsakega elementa.

Valensi elementov

Periodične tabele (nekatere) prikazujejo možne valencije za vsak element. Če vemo, lahko nomenklaturo spojine in njeno kemijsko formulo vnaprej ocenimo. Valensi, kot je že omenjeno, so povezani s številko skupine; čeprav ne velja za vse skupine.

Valence so bolj odvisne od elektronske strukture atomov in elektronov, ki jih dejansko lahko pridobijo ali izgubijo.

S poznavanjem števila valenčnih elektronov lahko začnete tudi s Lewisovo strukturo spojine iz teh informacij. Periodična tabela torej omogoča študentom in strokovnjakom, da skicirajo strukture in si pomagajo s sondiranjem možnih geometrij in molekulskih struktur.

Digitalne periodične tabele

Danes tehnologija omogoča, da so občasne tabele bolj raznolike in dajo vsem več informacij na voljo. Nekatere od njih prinašajo presenetljive ilustracije vsakega elementa in kratek povzetek njegovih glavnih načinov uporabe.

Način, kako z njimi komunicirate, pospeši njihovo razumevanje in študij. Periodična tabela mora biti orodje, ki je prijetno za oko, enostavno za raziskovanje, najučinkovitejša metoda poznavanja njegovih kemičnih elementov pa je, da gremo po njem iz obdobij v skupine.

Pomen periodične tabele

Danes je periodična tabela zaradi podrobnih razmerij njenih elementov najpomembnejše orodje za organizacijo v kemiji. Njegova uporaba je bistvena tako za študente in učitelje kot tudi za raziskovalce in številne strokovnjake, ki se posvečajo veji kemije in inženirstva.

Samo s pregledovanjem periodične tabele hitro in učinkovito dobite ogromno količino in informacij, kot so:

- Litij (Li), berilij (Be) in bor (B) vodijo elektriko.

- Litij je alkalna kovina, berilij je zemeljskoalkalijska kovina, bor pa nekovina.

- Litij je najboljši dirigent treh imenovanih, sledijo mu berilij in nazadnje bor (polprevodnik).

Tako lahko z lociranjem teh elementov v periodični tabeli takoj ugotovimo njihovo nagnjenost k električni prevodnosti.

Reference

Scerri, E. (2007). Periodična tabela: njena zgodba in njen pomen. Oxford New York: Oxford University Press.
Scerri, E. (2011). Periodična tabela: zelo kratek uvod. Oxford New York: Oxford University Press.
Moore, J. (2003). Kemija za lutke. New York, NY: Wiley Pub.
Venable, FP. (1896). Razvoj obdobnega zakona. Easton, Pennsylvania: Kemijska založba.
Ball, P. (2002). Sestavine: voden ogled elementov. Oxford New York: Oxford University Press.
Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
Royal Society of Chemistry. (2018). Periodična tabela. Pridobljeno od: rsc.org
Richard C. Banks. (Januar 2001). Periodična tabela. Pridobljeno iz: chemistry.boisestate.edu
Fizika 2000. (drugo). Izvor periodične tabele. Pridobljeno: fizika.bk.psu.edu
King K. & Nazarewicz W. (7. junij 2018). Ali je konec periodične tabele konec? Pozdravljeno iz: msutoday.msu.edu
Dr. Doug Stewart. (2018). Periodična tabela. Pridobljeno: chemicool.com
Mendez A. (16. april 2010). Mendelejeva periodična tabela. Pridobljeno: quimica.laguia2000.com

PERIODIČNA TABELA ELEMENTOV: ZGODOVINA, STRUKTURA, ELEMENTI - KEMIJA - 2025