w Warszawie
Temat 4: UKýAD OKRESOWY PIERWIASTKìW
•
Prawo okresowoĻci.
•
WþasnoĻci pierwiastkw i ich izotopw.
•
Skale elektroujemnoĻci pierwiastkw.
•
Charakterystyka wybranych pierwiastkw chemicznych.
•
Chemia pierwiastkw przejĻciowych.
Prawo okresowoĻci
W 1869 r. chemik rosyjski
Dmitrij Mendelejew
odkryþ prawo okresowoĻci, wyraŇajĢce zaleŇnoĻę
wþasnoĻci pierwiastkw od ich mas atomowych.
Na jego podstawie dokonaþ klasyfikacji
pierwiastkw w
ukþadzie okresowym
, gdzie
uszeregowaþ pierwiastki zgodnie ze wzrastajĢcĢ
ich masĢ atomowĢ (A).
Dmitrij Mendelejew
(1834-1907)
W swej obecnej postaci
prawo okresowoĻci
stwierdza
, Ňe wþasnoĻci fizyczne i chemiczne
pierwiastkw nie sĢ przypadkowe, lecz zaleŇĢ od
budowy atomu i zmieniajĢ siħ regularnie ze
wzrostem liczby atomowej (Z).
Ukþad okresowy pierwiastkw podany przez Mendelejewa skþadaþ siħ z rzħdw
poziomych (
okresw
) i pionowych (
grup
), przy czym grupy tworzyþy
pierwiastki o zbliŇonych wþaĻciwoĻciach.
•
w tabeli ukþadu okresowego przewidziane byþy miejsca dla prawdopodobnie
istniejĢcych, a nieznanych jeszcze pierwiastkw. Puste miejsca pozostawione
byþy dla odkrytych pŅniej;
skandu
(
Sc
),
galu
(
Ga
),
germanu
(
Ge
),
itru
(
Y
),
technetu
(
Tc
),
indu
(
In
),
ceru
(
Ce
) i
renu
(
Re
).
•
w kilku miejscach ukþadu przestawiono kolejnoĻę pierwiastkw, uznajĢc
podobieıstwo wþaĻciwoĻci pierwiastkw w tej samej grupie za waŇniejsze od
ich wzrastajĢcej masy atomowej.
Ukþad okresowy pierwiastkw
Opracowanie przez Mendelejewa ukþadu okresowego pierwiastkw jest jednym
z
najwaŇniejszych osiĢgniħę
w chemii
. Pozwoliþo w znacznej mierze
uporzĢdkowaę obfity materiaþ doĻwiadczalny i wþaĻciwie sformuþowaę wnioski,
co do istoty budowy materii i zachodzĢcych przemian chemicznych.
Zastosowanie
teorii kwantowej
do wyjaĻnienia budowy powþok elektronowych
znacznie przybliŇyþo
nam
zrozumienie budowy ukþadu okresowego
a nowo
odkryte
1
i sztucznie wytworzone pierwiastki znacznie poszerzyþy tablicħ
Mendelejewa.
Budowa wspþczesnego ukþadu okresowego
Ukþad okresowy pierwiastkw
1
np. maþo aktywne chemicznie gazy szlachetne.
2
We wspþczesnym ukþadzie okresowym pierwiastkw mamy
siedem okresw,
a
kaŇdy okres zawiera ĻciĻle okreĻlonĢ liczbħ pierwiastkw
, a mianowicie:
•
okres 1 Î
2 pierwiastki
(
H, He
);
•
okres 2 Î
8 pierwiastkw
(
Li, Be, B, C, N, O, F, Ne
);
•
okres 3 Î
8 pierwiastkw
(
Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar
);
•
okres 4 Î
18 pierwiastkw;
•
okres 5 Î
18 pierwiastkw;
•
okres 6 Î
32 pierwiastki;
•
okres 7 Î (
32 pierwiastki
) niepeþny
2
.
Pierwiastek 118: (Ununoctium)
W 1999 r. zespþ naukowcw z Laboratoriw w Berkeley (USA) ogþosiþ Ňe
udaþo siħ zarejestrowaę istnienie atomw pierwiastka o liczbie atomowej 118
(najciħŇszego z dotychczas poznanych Î z 18 grupy (VIII gþwna) Î helowcw),
jednak po kilku nieudanych prbach powtrzenia tego wyniku wycofano
informacjħ o odkryciu. W temperaturze pokojowej pierwiastek ma
prawdopodobnie postaę bezbarwnego gazu. Prba otrzymania
ununoctium
polegaþa na bombardowaniu atomami
kryptonu 86
o energii 449 MeV izotopu
oþowiu 208
:
208
82
Pb +
86
36
Kr
®
293
118
Uuo +
1
0
n
Przez 11 dni trwania eksperymentu zarejestrowano raptem trzy atomy nowego
pierwiastka, co oznacza utworzenie jednego atomu na 10
12
zderzeı. Czas Ňycia
otrzymanego izotopu wynosiþ nieco powyŇej 1/10 ms, po czym nastħpowaþ ciĢg
reakcji rozpadu, prowadzĢcy do co najmniej
pierwiastka 106
:
293
118
Uuo
®
14
289
116
Uuh +
4
2
He
(0,12 ms)
289
116
Uuh
®
14
285
114
Uuq +
4
2
He
(0,60 ms)
285
114
Uuq
®
14
281
112
Uub +
4
2
He
(0,58 ms)
281
112
Uub
®
14
277
110
Uun +
4
2
He
(0,89 ms)
277
110
Uun
®
14
273
108
Hs +
4
2
He
(3 ms)
273
108
Hs
®
14
269
106
Sg +
4
2
He
(1200 ms)
Wszystkie grupy majĢ swojĢ nazwħ.
I tak pierwiastki grupy
bloku
s i p
nazywane sĢ:
litowcami
(1),
berylowcami
(2),
borowcami
(13),
wħglowcami
(14),
azotowcami
(15),
tlenowcami
(16),
fluorowcami
(17) i
helowcami
(18).
Podobnie nazywa siħ pierwiastki
bloku d
. SĢ to:
skandowce
(3),
tytanowce
(4),
wanadowce
(5),
chromowce
(6),
manganowce
(7).
2
koıczĢcy siħ gazem szlachetnym o liczbie atomowej 118.
3
W grupach 8, 9 i 10 sĢ umieszczone tzw. triady, tj.
Ňelazowce
,
platynowce
lekkie
,
platynowce ciħŇkie
. Wreszcie w grupie 11 znajdujĢ siħ
miedziowce
i w 12
cynkowce
.
NaleŇy jeszcze wymienię pierwiastki
bloku f
liczĢce po czternaĻcie
pierwiastkw, leŇĢce w grupie trzeciej. SĢ to:
lantanowce
(okres szsty)
i
aktynowce
(okres sidmy).
Konfiguracje elektronowe pierwiastkw a prawo okresowoĻci
PodstawĢ wspþczesnego ukþadu okresowego pierwiastkw stanowi ich
konfiguracja elektronowa pierwiastkw,
wyznaczajĢca podziaþ na bloki:
s, p,
d, f.
PoniewaŇ wþaĻciwoĻci pierwiastkw zmieniajĢ siħ w okresie stopniowo
i powtarzajĢ w okresie nastħpnym to dokonano podziaþu tablicy na
osiemnaĻcie
grup pionowych
.
Okres
Konfiguracje elektronowe pierwiastkw
bloku s i p
Numer grupy
1 2 13 14 15 16 17 18
2
He
s
2
1
1
1s
1
2
3
Li
1s
2
2s
1
4
Be
1s
2
2s
2
5
B
1s
2
2s
2
2p
1
6
C
1s
2
2s
2
2p
2
7
N
1s
2
2s
2
2p
3
8
O
1s
2
2s
2
2p
4
9
F
1s
2
2s
2
2p
5
10
Ne
1s
2
2s
2
2p
6
11
Na
1s
2
2s
2
2p
6
3s
1
12
Mg
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3
Z przedstawionych konfiguracji elektronowych moŇemy odczytaę, Ňe istnieje
zwiĢzek miħdzy budowĢ ukþadu okresowego a rozkþadem elektronw w atomach,
szczeglnie zewnħtrznych powþok elektronowych. I tak pierwiastki zaliczone do
grupy 1 na ostatniej powþoce walencyjnej majĢ
jeden elektron
, grupy 2 -
dwa
elektrony
, grupy 13 -
trzy elektrony
, grupy 17 -
siedem elektronw
i gazy szlachetne
(grupa 18) -
osiem elektronw
. Podobnie poziome szeregi ukþadu okresowego -
okresy - zawierajĢ pierwiastki, ktrych atomy majĢ takĢ samĢ liczbħ powþok
elektronowych. Przykþady: pierwiastki pierwszego okresu posiadajĢ tylko jednĢ
powþokħ, pierwiastki drugiego okresu dwie powþoki, pierwiastki trzeciego okresu
trzy powþoki, pierwiastki czwartego okresu cztery powþoki, itd.
Zabudowa powþok elektronowych kaŇdego okresu koıczy siħ oĻmioma
elektronami (z wyjĢtkiem pierwszego). Jest to jedna z najwaŇniejszych
prawidþowoĻci ukþadu okresowego, zwana
reguþĢ oktetu
. JeŇeli bħdziemy
umieszczaę obok siebie pierwiastki chemiczne, szeregujĢc je wedþug rosnĢcych
liczb atomowych, to co
8-my
,
18-ty
lub
32-gi
pierwiastek wykazuje podobne
cechy chemiczne.
4
Okres
Konfiguracje elektronowe pierwiastkw
bloku d
Numer grupy
3
5
21
Sc
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
4s
2
3d
1
23
V
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
4s
2
3d
3
4
39
Y
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
4s
2
3d
10
4p
6
5s
2
4d
1
41
Nb
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
4s
2
3d
10
4p
6
5s
2
4d
3
5
Prawo okresowoĻci w swojej wspþczesnej wersji udowadnia, Ňe wþaĻciwoĻci
pierwiastkw chemicznych uporzĢdkowanych wedþug wzrastajĢcych liczb
atomowych
Z
powtarzajĢ siħ okresowo.
WþasnoĻci pierwiastkw i ich izotopw
O wþasnoĻciach pierwiastka decyduje
iloĻę elektronw w atomie a szczeglnie
iloĻę elektronw na powþokach walencyjnych
i ich ksztaþt.
Takimi wþaĻciwoĻciami sĢ;
•
rozmiary atomw i jonw,
•
wartoĻci potencjaþw jonizacyjnych,
•
powinowactwo elektronowe,
•
elektroujemnoĻę i elektrododatnoĻę,
•
wþasnoĻci elektryczne i magnetyczne,
•
okresowoĻę cech chemicznych pierwiastkw.
WielkoĻę atomu lub jonu
okreĻla promieı najbardziej zewnħtrznej powþoki
elektronowej
3
.
W obrħbie okresu promienie atomw zmniejszajĢ siħ w danym
okresie
od strony lewej do prawej
.
WiĢŇe siħ to ze wzrostem liczby protonw
w jĢdrze, tzn. z silniejszym przyciĢganiem elektronw przez jĢdro. Tak wiħc
w poszczeglnych okresach litowce majĢ najwiħksze promienie atomw,
a fluorowce najmniejsze.
W obrħbie grup promienie atomw
wzrastajĢ
wraz ze wzrostem liczb
atomowych.
WiĢŇe siħ to ze wzrostem liczby powþok elektronowych, ktrych
wpþyw na wielkoĻę Ļrednicy atomu przewyŇsza wpþyw wzrostu þadunku jĢdra,
decydujĢcego o zmniejszeniu Ļrednicy atomu.
Promienie atomw pierwiastkw II i III okresu
3
Jony atomu lub czĢsteczki zawierajĢce identycznĢ liczbħ elektronw nazywamy
izoelektronowymi.
5