ΜΑΘΗΜΑ 16ο 3 Δεκεμβρίου 2013

Εισαγωγική Χημεία 2013-14

Ο Περιοδικός ΠίνακαςΦυσικές και Χημικές Ιδιότητες

των Στοιχείων

1

Γενική και Ανόργανη

Χημεία 2010-11

• Δομή του Π.Π. Γραμμές (περίοδοι) σύμφωνα με την σειρά συμπλήρωσης των

τροχιακών (1 σειρά ανά κύριο κβαντικό αριθμό) Στήλες (ομάδες) έτσι ώστε τα στοιχεία με τον ίδιο αριθμό e- στην

εξώτατη στιβάδα είναι το ένα πάνω από το άλλο

Οικογένειες και ΠΠ

• Οι στήλες ομαδοποιούνται σε οικογένειες.

• Οι οικογένειες αποτελούνται από μια στήλη ή από αριθμό στηλών μαζί.

• Οι οικογένειες έχουν ονόματα μάλλον παρά αριθμούς (όπως κάθε οικογένεια)

Τα στοιχεία των κύριων ομάδων (A ) είναι τα στοιχεία των ομάδων 1A - 7A και της ομάδας 0 (ή 8A ή 18) (η ομάδα άκρη δεξιά). Τα στοιχεία των ομάδων A ονομάζονται στοιχεία των κυρίων ομάδων (ή αντιπροσωπευτικά στοιχεία) επειδή παρουσιάζουν διαφοροποιημένες φυσικές και χημικές ιδιότητες.

Τα στοιχεία των κυρίων ομάδων διακρίνονται σε 3 μεγάλες κατηγορίες.

Η πρώτη είναι τα μέταλλα, που χαρακτηρίζονται από υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, και στιλπνότητα όταν είναι καθαρά. Είναι όλκιμα (μπορούν να μορφοποιηθούν με τράβηγμα σε σύρματα) και ελατά (σχηματισμός φύλλων με κατεργασία).

Με εξαίρεση το υδρογόνο τα στοιχεία στο αριστερό μέρος του ΠΠ είναι μέταλλα

Τα στοιχεία της ομάδας 1A ονομάζονται μέταλλα των αλκαλίων, ενώ της 2A ονομάζονται μέταλλα των αλκαλικών γαιών.

Τα περισσότερα από τα υπόλοιπα στοιχεία που δεν είναι στοιχεία των κύριων ομάδων A είναι επίσης μέταλλα.

Μεταξύ αυτών περιλαμβάνονται τα μέταλλα μετάπτωσης και τα εσωτερικά μέταλλα μετάπτωσης, τα οποία αποτελούν και τα στοιχεία των ομάδων B.

χαλκός, χρυσός, και άργυρος είναι γνωστά μέταλλα μεταπτώσεως .

Τα εσωτερικά μέταλλα μεταπτώσεως, τα οποία εμφανίζονται κάτω από το κυρίως σώμα του ΠΠ, καλούνται επίσης και στοιχεία των σπανίων γαιών.

Το 80% περίπου του συνόλου των στοιχείων είναι μέταλλα.

Μέταλλα

Εσωτερικά μέταλλα μεταπτώσεως

Τα αμέταλλα καταλαμβάνουν το πάνω δεξιά μέρος του ΠΠ.

Τα αμέταλλα είναι στοιχεία που΄κατά κανόνα στερούνται λάμψης και είναι κακοί αγωγοί του ηλεκτρικού ρεύματος.

Δύο από τις ομάδες των αμετάλλων έχουν ξεχωριστά ονόματα.

Τα αμέτάλλα της ομάδας 7A ονομάζονται αλογόνα, στα οποία και συμπεριλαμβάνονται τα χλώριο και βρώμιο.

Τα αμέταλλα της ομάδας 0 (ή18 ή 8A) είναι γνωστά ως ευγενή αέρια, τα οποία επίσης ονομάζονται και αδρανή αέρια λόγω του περιορισμένου αριθμού των χημικών αντιδράσεων που δίνουν .

Αμέταλλα

Στον ΠΠ θα παρατηρήσετε μια έντονη κλιμακωτή γραμμή.

Η γραμμή αυτή αποτελεί το όριο διαχωρισμού μεταξύ μετάλλων και αμετάλλων. Τα περισσότερα στοιχείατα οποία γειτνιάζουν με αυτή τη γραμμή λέγονται μεταλλοειδή, και είναι στοιχεία με ιδιότητες ενδιάμεσες μεταξύ μετάλλων και αμετάλλων.

Πυρίτιο και γερμάνιο είναι δύο σημαντικά μεταλλοειδή που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή ψηφίδων ΗΥ (computer chips) και ηλιακών στοιχείων

Mεταλλοειδή

Μέταλλα, Αμέταλλα και Μεταλλοειδή

Μέταλλα

Αμέταλλα

Μεταλλοειδή

Ταξινόμηση των στοιχείων

Ο ΠΠ είναι το ισχυρότερο εργαλείο στη Χημεία. Μεταξύ άλλων χρησιμεύει στην κατανόηση και για την πρόβλεψη των ιδιοτήτων των στοιχείων.

Για παράδειγμα, αν είναι γνωστές οι φυσικές και οι χημικές ιδιότητες ενός στοιχείου σε μια ομάδα ή μια οικογένεια, είναι δυνατόν να προβλεφθούν οι φυσικές και οι χημικές ιδιότητες άλλων στοιχείων της ίδιας ομάδας – και πιθανόν ακόμα και οι ιδιότητες στοιχείων που βρίσκονται σε γειτονικές ομάδες.

Ταξινόμηση των στοιχείων αναλόγως της ηλεκτρονιακής τους διαμόρφωσης

Απ’ όλα τα υπο-ατομικά σωματίδια, τα ηλεκτρόνια, διαδραματίζουν τον σημαντικότερο ρόλο στις φυσικές και χημικές ιδιότητες των στοιχείων.

Η διάταξη των στοιχείων στον ΠΠ εξαρτάται από τις ιδιότητες αυτές.

Θα πρεπει λοιπόν να υπάρχει κάποια σχέση μεταξύ της ηλεκτρονιακής διαμόρφωσης των στοιχείων και της θέσης τους στον ΠΠ.

Τα στοιχεία, ανάλογα με την ηλεκτρονιακή τους διαμόρφωση κατατάσσονται σε τέσσερις κατηγορίες.

1.Τα ευγενή αέρια. Στοιχεία των οποίων τα εξωτερικά s και p τροχιακά είναι συμπληρωμένα.

Τα ευγενή αέρια ανήκουν στην ομάδα 0. Τα στοιχεία της ομάδας αυτής είναι γνωστά και ως αδρανή επειδή δεν συμμετέχουν σε χημικές αντιδράσεις. Η ηλεκτρονιακή διαμόρφωση των 4 πρώτων στοιχείων των ευγενών αερίων δίνεται παρακάτω. Παρατηρείστε ότι τα στοιχεία αυτά έχουν συμπληρωμένα s και p τροχιακά.

Ήλιο 1s2

Νέον 1s22s22p6

Αργόν 1s22s22p63s23p6

Κρυπτόν 1s22s22p63s23p63d104s24p6

Όλα τα στοιχεία έχουν

συμπληρωμένα τα εξωτερικά s

και p τροχιακά

2. Τα στοιχεία των κυρίων ομάδων. Στα στοιχεία αυτά τα τροχιακά s και p είναι μερικώς κατειλημμένα.

Τα στοιχεία αυτά ονομάζονται και στοιχεία των κυρίων ομάδων A.

Για τα στοιχεία των κυρίων ομάδων, ο αριθμός της ομάδας είναι ίσος με τον αριθμό ηλεκτρονίων της στιβάδας σθένους.

Τα στοιχεία της ομάδας 1A (Λίθιο, Νάτριο, κ.τ.λ.) έχουν ένα ηλεκτρόνιο στην εξωτερική τους στάθμη

Li 1s22s1

Να 1s22s22p63s1

Κ 1s22s22p63s23p64s1

Άνθρακας, πυρίτιο, Γερμάνιο της ομάδας 4A, διαθέτουν 4 ηλεκτρόνια στην εξωτερική στάθμη.

C 1s22s22p2

Si 1s22s22p63s23p2

Ge 1s22s22p63s23p63d104s24p2

4 ηλεκτρόνια στην

εξωτερική στάθμη

ενέργειας

3. Μέταλλα μετάπτωσης. Μεταλλικά στοιχεία τα οποία διαθέτουν ηλεκτρόνια σε τροχιακά s στην εξώτατη στιβάδα και στην γειτονική d υποστάθμη

Τα στοιχεία μετάπτωσης, ονομαζόμενα και στοιχεία των ομάδων B χαρακτηρίζονται από την παρουσία ηλεκτρονίων σε d τροχιακά.

Sc 1s22s22p63s23p64s23d1

Y 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d1

Εξωτερικά “s” και “d”

ηλεκτρόνια.

4. Τα εσωτερικά μέταλλα μεταπτώσεως. Μεταλλικά

στοιχεία στα οποία υπάρχουν ηλεκτρόνια στο εξώτατο

τροχιακό s καθώς και στην γειτονική υποστάθμη f.

Τα εσωτερικά μέταλλα μεταπτώσεως χαρακτηρίζονται

από την παρουσία ηλεκτρονίων σε τροχιακά f .

Ce [Xe]6s25d14f1

Th [Rn]7s26d15f1

παρατηρείστε τα

εξωτερικά“s” και “f”

ηλεκτρόνια.

Λαμβάνοντας υπόψη τόσο την ηλεκτρονιακή διαμόρφωση όσο και την θέση των στοιχείων στον ΠΠ, αναδύεται ένα άλλο σχήμα. Ο ΠΠ μπορεί να διαιρεθεί σε τομείς, ή blocks, οι οποίοι αντιστοιχούν στις υποστάθμες οι οποίες συμπληρώνονται με ηλεκτρόνια.

Το s block είναι το μέρος του ΠΠ το οποίο περιέχει στοιχεία με εξωτερική διαμόρφωση (διαμόρφωση στιβάδας σθένους) s1 και s2. Απαρτίζεται από τα στοιχεία των ομάδων 1A και 2A και από το ευγενές αέριο Ήλιο.

Το p block απαρτίζεται από τα στοιχεία των ομάδων3A, 4A, 5A, 6A, 7A, και 0 με εξαίρεση το Ήλιο.

Τα μέταλλα μεταπτώσεως ανήκουν στο d block, ενώ τα εσωτερικά μέταλλα μεταπτώσεως στο f block.

Ομάδα I

Μέταλλα των αλκαλίων• Λίθιο (Li), Νάτριο (Na), Κάλιο (K), Ρουβίδιο(Rb), Καίσιο (Cs), Φράγκιο (Fr).

• ΕΞΑΙΡΕΤΙΚΑ ΔΡΑΣΤΙΚΑ!!!

• Ασημί χρώμα (μεταλλικό)

• Μαλακά

• NaCl – Επιτραπέζιο αλάτι• Li χρήση στις μπαταρίες• K στα πυροτεχνήματα• Rb & Cs στα φωτοκύτταρα• Fr δεν έχει χρήσεις (ασταθές και ραδιενεργό).

Εισαγωγική Χημεία

Παρασκευή Μετάλλων Αλκαλίων

Αντιδράσεις Αλκαλίων

Εισαγωγική Χημεία

Εισαγωγική Χημεία

Αντιδράσεις με το Οξυγόνο

Το ΚΟ2 χρησιμοποιείται σε συσκευές αναπνοής σε διαστημόπλοια

Αντιδράσεις με το νερό

Αντιδράσεις με αμμωνία

Εισαγωγική Χημεία

Ομάδα II

Μέταλλα αλκαλικών γαιών

• Βηρύλλιο (Be), Maγνήσιο (Mg), Ασβέστιο (Ca), Στρόντιο (Sr), Βάριο(Ba), και Ράδιο (Ra).

• Πολύ δραστικά

• Μεταλλικό χρώμα

• Μαλακά

• Κράματα Be -διαστημόπλοια• Mg -φωτοβολίδες• CaCO3 – ασβεστόλιθος• Sr- κόκκινα πυροτεχνήματα• Ba –βαφές, ποντικοφάρμακο• Ra – Φωσφορίζοντα στο σκοτάδι χρώματα

CaCO3

Lechuguilla Cave

New Mexico, USA

Ιδιότητες των μετάλλων των αλκαλικών γαιών

Εισαγωγική Χημεία

Ν. Μαγνησίας: Μεγάλα αποθέματα τάλκη: Mg3 Si4 O10(OH)2

Παρασκευή μετάλλων αλκαλικών γαιών