-
Mniej więcej w połowie XIX wieku rosyjski chemik Dymitr
Mendelejew zauważył pewneprawidłowości, jeśli chodzi o właściwości
chemiczne, a czasem i fizyczne, znanych wówczaspierwiastków (a nie
wszystkie jeszcze były wówczas odkryte). Analizując je, doszedł do
wniosku,że jeśli za główne kryterium porządkowania pierwiastków
przyjąć masę atomową, to pozostałewłaściwości zmieniają się
okresowo, w sposób bardzo podobny w poszczególnych okresach.
Takpowstała Tablica Mendelejewa – prekursor dzisiejszego Układu
Okresowego Pierwiastków. I choćdzisiejszy układ wizualnie dość
mocno odbiega od pierwotnej edycji tablicy Mendelejewa,
towprowadzona przez niego do chemii idea okresowości jest nadal
podstawą UOP (interaktywnatablica)
Układ okresowy pierwiastków to swoista mikroencyklopedia
chemika. Poszczególne komórkitabeli zawierają podstawowe dane
pierwiastków, najczęściej liczbę atomową, symbol i nazwę
pier-wiastka, masę atomową oraz inne parametry, jak wartość
elektroujemności, możliwe wartościo-wości w związkach, konfiguracje
elektronowe czy inne istotne dane, jeśli tylko wielkość
tablicypozwala na ich umieszczenie w sposób czytelny. Ktoś, kto
przyswoił sobie podstawowe regułychemiczne, potrafi z tablicy
wyczytać o wiele więcej niż tylko podane in extenso wartości.Z
niewielką przesadą można uznać, że układ okresowy pierwiastków
zawiera w sposób zako-dowany najistotniejsze właściwości
pierwiastków. Ponieważ zdecydowana większość tych właści-wości
związana jest z konfiguracją elektronową atomów pierwiastka, warto
skorzystać z tablicy ,która pokazuje, jak systematycznie i okresowo
zmienia się konfiguracja elektronowa na tle układuokresowego
pierwiastków.
W UOP wyróżniamy grupy pierwiastków (kolumny tabeli), które
numerujemy od 1 do 18,oraz okresy (wiersze tabeli) I do VII. W
obrębie grupy pierwiastki mają podobne właściwościchemiczne, a
czasem i fizyczne, które dość systematycznie zmieniają się wraz z
numerem okresu(np. „z góry na dół” rośnie wielkość atomu,
metaliczność, maleje elektroujemność itp.)
http://www.mlyniec.gda.pl/~chemia/tablica.htmlhttp://www.mlyniec.gda.pl/~chemia/tablica.htmlhttp://www.mlyniec.gda.pl/~chemia/uop_e_konfig.html
-
blok s blok d blok p
Całą tabelę dzielimy na trzy podstawowe bloki:
• blok s to dwie pierwsze kolumny (grupy 1 i 2);
pierwiastki bloku s charakteryzuje obsadzenie w powłoce
walencyjnej wyłącznie orbitalatypu s;
• blok p to grupy 13 – 18;
tu elektrony walencyjne obsadzają prócz orbitala s także
orbitale typu p;
Warto zwrócić uwagę na ostatnią grupę 18, zawierającą
pierwiastki posiadające oktet napowłoce walencyjnej (ostatnia
powłoka o konfiguracji s2p6) i z tego powodu będące
biernechemicznie (tzw. gazy szlachetne);
• blok d, czyli grupy 3-12; tzw. metale przejściowe.
W bloku d następuje obsadzanie orbitali typu d (stąd nazwa
bloku) przedostatniej powłoki.Elektrony z tych orbitali czasem
biorą udział w tworzeniu wiązań chemicznych wrazz elektronami
orbitala s powłoki walencyjnej.
-
• Ponadto wyróżniamy dwie grupy pierwiastków – lantanowce i
aktynowce. Są to pier-wiastki o liczbie atomowej 58-71 (lantanowce)
i 90-103 (aktynowce). W obrębie tych grupnastępuje zapełnianie
orbitali typu f. W grupie lantanowców wypełniana jest podpowłoka4f,
zaś w grupie aktynowców 5f (na trzeciej powłoce, licząc od
ostatniej).
Znając położenie pierwiastka w układzie okresowym, każdy w miarę
sprawny chemik jest w stanieodtworzyć jego konfigurację
elektronową, a na jej podstawie przewidzieć podstawowe
właściwościchemiczne. A w miarę sprawny chemik, to taki, który zna
i rozumie co najmniej pojęcie orbitala,powłoki walencyjnej, wiązań
chemicznych różnych typów, zjawisko elektroujemności i
polaryzacjiwiązań, a także jest w stanie przewidzieć, jak na
konkretne zjawisko chemiczne może wpłynąćogólna zasada
minimalizacji energii układu i maksymalizacji jego entropii
(„bałaganu”).
Właściwościami, które najbardziej systematycznie i
przewidywalnie zmieniają się wrazz liczbą atomową w obrębie grup i
okresów są:
• wielkość atomu (jego promień); wielkość atomu rośnie „z góry
do dołu”, bowiem w kolej-nych okresach przybywa powłok. W obrębie
danego okresu promień atomu nieznaczniemaleje od lewej do prawej.
Jest to związane z coraz silniejszym polem elektrycznym jądra(coraz
więcej protonów w jądrze) i w związku z tym silniejszym
przyciąganiem elektro-nów.
• elektroujemność – największa jest wówczas, gdy atom ma duże
powinowactwo elektrono-we, czyli niewielką odległość orbitali
walencyjnych od jądra (silniejsze dodatnie pole elek-tryczne jądra)
oraz bliską oktetowi ilość elektronów walencyjnych, co ułatwia
„dobranie”brakujących do oktetu elektronów z innego atomu. W
największym stopniu te kryteriaspełnia fluor (najbardziej
elektroujemny, 4) w najmniejszym frans (0,9). Elektroujemnośćmaleje
w grupie „z góry na dół”, w okresie od prawej do lewej, a w całej
tablicy „po prze-kątnej” od prawego górnego rogu do dolnego
lewego.
• energia jonizacji – jest to ilość energii niezbędna do
oderwania jednego elektronu walen-cyjnego od atomu danego
pierwiastka; cecha o podobnym charakterze co elektroujemność.Jej
wartość zmienia się też podobnie jak elektroujemność, choć zdarzają
się drobne pertur-bacje w przebiegu jej zmian.
-
• metaliczność – oprócz cech fizycznych (połysk, kowalność,
przewodnictwo elektrycznei cieplne itp.) charakteryzuje również
zachowania chemiczne pierwiastka; pierwiastki me-taliczne tworzą
zasadowe wodorotlenki, dodatnie jony w roztworach swoich
związków,wypierają wodór z kwasów beztlenowych, ogólnie pod wpływem
kwasów przechodząw dodatnie jony, nie reagują z wodorotlenkami. Ta
ostatnia cecha dotyczy pierwiastkówpierwszej i drugiej grupy
(oczywiście z pominięciem wodoru), pozostałe bywają amfote-ryczne,
tzn. w obecności kwasów zachowują się jak typowe metale – tworzą z
nimi sole,zaś w środowisku silnie zasadowym reagują z
wodorotlenkami jak niemetale. Metalicz-ność zmienia się odwrotnie
jak elektroujemność. W UOP podział na zasadowe metalei kwasowe
niemetale przebiega mniej więcej wzdłuż granicy wyznaczonej przez
glin-polonpo stronie metali i bor-astat po stronie niemetali.
Muszę jednak ostrzec wszystkich, którzy zechcą bazować wyłącznie
na tych czterech cechach, żeprzyroda jest o wiele bardziej złożona
niż nasze „ludzkie” podziały i klasyfikacje i potrafi czasemspłatać
nam figla i nie zastosować się do naszych reguł. Na przykład w
miedzi mamy konfigurację3d10 4s1 zamiast spodziewanej 3d9 4s2
(natura „preferuje” układ d10 i d5) i dlatego miedź tworzytlenki
zarówno na pierwszym stopniu utlenienia Cu2O, jak i na drugim CuO
(występuje zarównojako jedno- jak i dwuwartościowa), choć ze
spodziewanej konfiguracji 3d9 4s2 takie wnioski niewynikają.
Srebro, leżące poniżej miedzi w tej samej grupie 11, o identycznej
konfiguracji elek-tronów walencyjnych tworzy związki głównie na
pierwszym stopniu utlenienia, zaś złoto o iden-tycznej konfiguracji
elektronów walencyjnych wyłącznie na trzecim (Au2O3,, AuCl3). Warto
teżpamiętać, że przyroda jest w wiecznym ruchu (już starożytni
wiedzieli - panta rhei) i wszelkiecechy pierwiastków, szczególnie
chemiczne, wykazują większą bądź mniejszą fluktuację wokółwartości
najczęściej występujących. Możemy przyjąć, że w zależności od
sytuacji, w jakiej znajdziesię atom miedzi (wpływ otoczenia,
warunków fizycznych i chemicznych) może on w konkretnejchwili
przyjąć konfigurację walencyjną 3d9 4s2 lub 3d10 4s1.