PERIODIČNA TABLICA ELEMENATA: POVIJEST, STRUKTURA, ELEMENTI - KEMIJA - 2026

Periodni sustav elemenata je alat koji omogućuje savjetovanje kemijska svojstva 118 elemenata do sada poznatih. To je ključno za izvođenje stehiometrijskih izračuna, predviđanje fizičkih svojstava elementa, njihovo razvrstavanje i pronalaženje periodičnih svojstava među svima njima.

Atomi postaju teži jer im jezgre dodaju protone i neutrone, što također mora biti popraćeno novim elektronima; inače elektroneutralnost ne bi bila moguća. Dakle, neki su atomi vrlo lagani, poput vodika, a drugi, vrlo teški, poput oganensona.

Kome takvo srce duguje u kemiji? Znanstveniku Dmitriju Mendeleevu, koji je 1869. (prije gotovo 150 godina) objavio, nakon desetljeća teorijskih studija i eksperimenata, prvu periodičnu tablicu u pokušaju organiziranja 62 elementa poznata u to vrijeme.

Da bi to učinio, Mendeleev se oslanjao na kemijska svojstva, dok je paralelno Lothar Meyer objavio još jednu periodičnu tablicu koja je bila organizirana u skladu s fizičkim svojstvima elemenata.

U početku je tablica sadržavala "prazne prostore", čiji elementi nisu bili poznati u tim godinama. Mendeleyev je, međutim, mogao sa značajnom točnošću predvidjeti nekoliko njegovih svojstava. Neki od tih elemenata bili su: germanij (koji je nazvao eka-silicij) i galij (eka-aluminij).

Prve periodičke tablice složile su elemente prema njihovim atomskim masama. Ovo redoslijed otkrilo je određenu periodičnost (ponavljanje i sličnost) u kemijskim svojstvima elemenata; međutim, prijelazni se elementi nisu slagali s tim redoslijedom, niti su to imali plemeniti plinovi.

Iz tog razloga, bilo je potrebno naručiti elemente koji uzimaju u obzir atomski broj (broj protona), umjesto atomske mase. Odatle je, uz naporan rad i doprinose mnogih autora, Mendeleev periodski stol doradio i dovršio.

Povijest periodične tablice

Elementi

Upotreba elemenata kao osnove za opisivanje okoliša (točnije prirode) koristi se od davnina. Međutim, tada su ih nazivali fazama i stanjima materije, a ne načinom na koji se nazivaju iz srednjeg vijeka.

Stari Grci su vjerovali da planetu koju naseljavamo čine četiri temeljna elementa: vatra, zemlja, voda i zrak.

S druge strane, u drevnoj Kini je broj elemenata bio pet i, za razliku od Grka, ti su zrak isključivali zrak i uključivali su metal i drvo.

Prvo znanstveno otkriće 1669. godine napravio je njemački Henning Brand, koji je otkrio fosfor; od tog datuma zabilježeni su svi sljedeći predmeti.

Vrijedi pojasniti da su neki elementi poput zlata i bakra bili poznati i prije fosfora; razlika je u tome što nikad nisu bili registrirani.

simbola

Alkemičari (preci današnjih kemičara) dali su imena elementima u odnosu na sazviježđa, njihove otkrivače i mjesta na kojima su otkriveni.

Dalton je 1808. predložio niz crteža (simbola) koji predstavljaju elemente. Kasnije je ovaj sustav notacija zamijenjen onim Jhon Berzelius-a (ranije), budući da se Daltonov model složio sa pojavom novih elemenata.

Evolucija sheme

Prvi pokušaji stvaranja mape koja bi organizirala informacije o kemijskim elementima dogodili su se u 19. stoljeću s trijama Döbereiner (1817).

Tijekom godina pronađeni su novi elementi koji su stvorili nove organizacijske modele do dostizanja trenutno korištenih.

Telluric vijak Chancourtois (1862)

Alexandré-Émile Béguyer de Chancourtois dizajnirao je papirnu spiralu s grafikom spirale (telurski vijak).

U ovom se sustavu poredaju elementi u sve većem redoslijedu s obzirom na njihove atomske težine. Slični su predmeti vertikalno poravnani.

Newelandske oktave (1865)

Nastavljajući s Döbereinerovim radom, Britanac John Alexander Reina Newlands rasporedio je kemijske elemente u sve većem redoslijedu s obzirom na atomsku masu, primjećujući da svaki sedam elemenata ima sličnosti u svojim svojstvima (vodik nije uključen).

Mendeleev stol (1869.)

Mendeleev je rasporedio kemijske elemente u sve većem redoslijedu s obzirom na atomsku masu, smještajući u isti stupac one čija su svojstva bila slična. Ostavio je praznine u svom modelu periodične tablice predviđajući pojavu novih elemenata u budućnosti (pored predviđanja svojstava koja bi trebala imati).

Plemeniti plinovi se ne pojavljuju u Mendeleevoj tablici, jer ih još nisu otkrili. Nadalje, Mendeleiv nije razmatrao vodik.

Moseleyeva periodična tablica (trenutna periodična tablica) - 1913

Henry Gwyn Jeffreys Moseley predložio je naručiti kemijske elemente periodične tablice u skladu s njihovim atomskim brojem; to jest na temelju njihovog broja protona.

Moseley je 1913. godine izglasio „Periodni zakon“: „Kad su elementi raspoređeni prema svom atomskom broju, njihova fizička i kemijska svojstva pokazuju periodična kretanja.“

Dakle, svaki vodoravni red ili razdoblje pokazuje jednu vrstu odnosa, a svaki stupac ili grupa pokazuje drugu.

Kako je to organizirano? (Struktura i organizacija)

Može se vidjeti kako pastel za periodične tablice ima nekoliko boja. Svaka boja povezuje elemente sa sličnim kemijskim svojstvima. Postoje narančasti, žuti, plavi, ljubičasti stupovi; zeleni kvadrati i dijagonala zelene jabuke.

Imajte na umu da su stanice u srednjim stupcima sive boje, tako da svi ti elementi moraju imati nešto zajedničko, a to je da su prijelazni metali s pola pune d orbitale.

Na isti način, elementi ljubičastih kvadrata, iako idu od plinovitih tvari, od crvenkaste tekućine do čvrste crno-ljubičaste (jod) i srebrno-sive (astatin), upravo su njihova kemijska svojstva ta koja ih čine kongenerima. Ova svojstva upravljaju elektronskim strukturama njegovih atoma.

Organizacija i struktura periodične tablice nisu proizvoljni, ali podliježu nizu periodičnih svojstava i obrazaca vrijednosti određenih za elemente. Na primjer, ako se metalni znak smanji s lijeva na desno tablice, ne može se očekivati ​​metalni element u gornjem desnom kutu.

razdoblja

Elementi su raspoređeni u redove ili periode, ovisno o energetskoj razini njihovih orbitala. Prije perioda 4, kada su se elementi međusobno uspijevali povećavati redoslijed atomske mase, ustanovljeno je da se za svakih osam od njih kemijska svojstva ponavljaju (zakon oktave Johna Newlandsa).

Prijelazni metali lijevani su s drugim nemetalnim elementima, kao što su sumpor i fosfor. Zbog toga je unos kvantne fizike i elektronskih konfiguracija bio od presudnog značaja za razumijevanje modernih periodičnih tablica.

Orbitale energetske ljuske ispunjavaju se elektronima (i jezgrama protona i neutrona) dok se kreću kroz neko razdoblje. Taj energetski sloj ide ruku pod ruku s veličinom ili atomskim polumjerom; stoga su predmeti u gornjim razdobljima manji od onih ispod.

H i On su u prvoj (period) energetskoj razini; prvi red sivkastih kvadrata, u četvrtom razdoblju; i red narančastih kvadrata, u šestom periodu. Napominjemo da, iako se čini da se potonji nalazi u pretpostavljenom devetom razdoblju, on zapravo pripada šestom, neposredno nakon žutog okvira za Ba.

grupe

Prolazeći kroz određeno razdoblje, ustanovljeno je da se masa, broj protona i elektrona povećavaju. U istom stupcu ili grupi, iako se masa i protoni razlikuju, broj elektrona u valentnoj ljusci je isti.

Primjerice, u prvom stupcu ili grupi H ima jedan elektron u orbiti 1s ¹, kao i Li (2s ¹), natrij (3s ¹), kalij (4s ¹) i tako dalje sve dok francij (7s ¹). Taj broj 1 označava da ti elementi jedva imaju valentni elektron i zato pripadaju grupi 1 (IA). Svaka je stavka u različitim razdobljima.

Ne računajući vodik, koji ima zelenu kutiju, elementi ispod njega su narančaste boje i nazivaju se alkalnim metalima. Još jedan okvir s desne strane u bilo kojem razdoblju je grupa ili stupac 2; to jest, njegovi elementi imaju dva valentna elektrona.

Ali pomicanjem jednog koraka udesno, bez znanja d orbitala, dolazi se do grupe bora (B) ili grupe 13 (IIIA); umjesto skupine 3 (IIIB) ili skandija (Sc). Uzimajući u obzir ispunjavanje d orbitala, osoba počinje prolaziti kroz razdoblja sivkastih polja: prijelazni metali.

Brojevi protona u odnosu na valencijske elektrone

Prilikom proučavanja periodične tablice može doći do zbrke između atomskog broja Z ili broja ukupnog protona u jezgri i broja valentnih elektrona. Primjerice, ugljik ima Z = 6, odnosno ima šest protona, a samim tim i šest elektrona (inače ne bi mogao biti neutralno nabijeni atom).

Ali od tih šest elektrona četiri su valentna. Iz tog razloga je njegova konfiguracija elektrona 2s ² 2p ². označava dva 1S ² elektrona iz zatvorene čahure, a teoretski ne sudjeluju u stvaranju kemijskih veza.

Također, jer ugljik ima četiri valencijska elektrona, "povoljno" je smješten u grupi 14 (IVA) periodične tablice.

Elementi ispod ugljika (Si, Ge, Sn, Pb i Fl) imaju veće atomske brojeve (i atomske mase); ali svi imaju zajednička četiri valentna elektrona. Ovo je ključno za razumijevanje zašto predmet pripada jednoj grupi, a ne drugoj.

Elementi periodične tablice

Blokiraj s

Kao što je upravo objašnjeno, za skupine 1 i 2 je karakteristično da u orbitali imaju jedan ili dva elektrona. Ove orbitale su sferne geometrije, a kako se silazi kroz bilo koju od ovih skupina, elementi dobivaju slojeve koji povećavaju veličinu njihovih atoma.

Budući da pokazuju snažne tendencije u svojim kemijskim svojstvima i načinima reakcije, ti su elementi organizirani kao blok. Stoga alkalijski metali i zemnoalkalijski metali pripadaju ovom bloku. Elektronička konfiguracija elemenata ovog bloka je ns (1s, 2s, itd.).

Iako se element helij nalazi u gornjem desnom kutu tablice, njegova je elektronička konfiguracija 1s ² i zbog toga pripada ovom bloku.

Blokiraj str

Za razliku od s bloka, elementi ovog bloka su potpuno ispunili s orbitale, dok su njihove p orbitale i dalje ispunjene elektronima. Elektroničke konfiguracije elemenata koji pripadaju ovom bloku su vrste ns ² np ^1-6 (p orbitala može imati jedan ili do šest elektrona).

Pa gdje se na periodičnoj tablici nalazi taj blok? S desne strane: zeleni, ljubičasti i plavi kvadrat; to jest, nemetalni elementi i teški metali, poput bizmuta (Bi) i olova (Pb).

Počevši od bora, s elektroničkom konfiguracijom ns ² np ¹, ugljik s desne strane dodaje još jedan elektron: 2s ² 2p ². Zatim su elektronske konfiguracije ostalih elemenata bloka p perioda 2: 2s ² 2p ³ (dušik), 2s ² 2p ⁴ (kisik), 2s ² 2p ⁵ (fluor) i 2s ² 2p ⁶ (neon).

Ako se spustite na niža razdoblja, imat ćete razinu energije 3: 3s ² 3p ^1-6, i tako dalje do kraja bloka p.

Imajte na umu da je najvažnije od ovog bloka to što su, od 4. perioda, njegovi elementi u potpunosti ispunili d orbitale (plave kutije s desne strane). Ukratko: blok s nalazi se na lijevoj strani periodične tablice, a blok p, s desne strane.

Reprezentativni elementi

Koji su reprezentativni elementi? Oni su oni koji s jedne strane lako gube elektrone ili ih, s druge strane, stječu da dovrše valentni oktet. Drugim riječima: oni su elementi blokova s ​​i p.

Njihove su se skupine razlikovale od ostalih slovom A na kraju. Tako je bilo osam skupina: od IA do VIIIA. Ali trenutno je sustav numeriranja koji se koristi u modernim periodičkim tablicama arapski, od 1 do 18, uključujući prijelazne metale.

Iz tog razloga skupina bora može biti IIIA, ili 13 (3 + 10); ugljikova skupina, PDV ili 14; i onaj od plemenitih plinova, zadnji sa desne strane stola, VIIIA ili 18.

Prijelazni metali

Prijelazni metali su svi elementi sivkastih kvadrata. Kroz razdoblja se ispunjavaju njihove d orbitale, kojih je pet i mogu imati deset elektrona. Budući da moraju imati deset elektrona da bi ispunili ove orbite, tada mora postojati deset skupina ili stupaca.

Svaka od ovih skupina u starom sustavu brojanja označena je rimskim brojevima i slovom B na kraju. Prva skupina skandija bila je IIIB (3), ona od željeza, kobalta i nikla VIIIB po vrlo sličnim reakcijama (8, 9 i 10) i cinka IIB (12).

Kao što se može vidjeti, mnogo je lakše prepoznati grupe po arapskim brojevima nego upotrebom rimskih brojeva.

Interni prijelazni metali

Od 6. razdoblja periodičke tablice f orbitale postaju energetski dostupne. One se moraju ispuniti prvo nego d orbitale; i stoga su njegovi elementi obično odvojeni kako ne bi stol bio predug.

Zadnja dva razdoblja, narančasta i siva, su interni prijelazni metali, koji se nazivaju i lantanidi (rijetka zemlja) i aktinidi. Postoji sedam f orbitala kojima je potrebno četrnaest elektrona da bi se ispunili, i zato mora postojati četrnaest skupina.

Ako se ove grupe dodaju u periodičnu tablicu, bit će ih ukupno 32 (18 + 14) i postojat će "duga" verzija:

Izvor: Autor Sandbh, iz Wikimedia Commons

Svijetlo ružičasti red odgovara lantanoidima, dok tamno ružičasti red odgovara aktinoidima. Lanthanum, La sa Z = 57, aktinij, Ac sa Z = 89, i cijeli f blok pripadaju istoj skupini kao i skandija. Zašto? Zbog skandijum ima nd ¹ orbitalne, koja je prisutna u ostalim lanthanoids i actinoids.

La i Ac imaju valencijske konfiguracije 5d ¹ 6s ² i 6d ¹ 7s ². Kako se pomičete udesno kroz oba reda, orbitale 4f i 5f počinju se popunjavati. Jednom kada napunite, stižete do elemenata lutecij, Lu i laurencio, Lr.

Metali i nemetali

Ostavljajući iza kolača periodične tablice, prikladnije je pribjeći onom na gornjoj slici, čak i u svom izduženom obliku. Trenutno su velika većina spomenutih elemenata metali.

Na sobnoj temperaturi svi su metali krute tvari (osim žive, koja je tekuća) srebrnasto-sive boje (osim bakra i zlata). Također, obično su tvrdi i sjajni; iako su blokovi s mekani i krhki. Ove elemente karakterizira njihova lakoća gubitka elektrona i stvaranja M ⁺ kationa.

U slučaju lantanoida, oni gube tri elektrona 5d ¹ 6s ² kako bi postali trovalentni M ³⁺ kationi (poput La ³⁺). Cerij je sa svoje strane sposoban izgubiti četiri elektrona (Ce ⁴⁺).

S druge strane, nemetalni elementi čine najmanje dio periodične tablice. To su plinovi ili krute tvari s kovalentno povezanim atomima (poput sumpora i fosfora). Svi su smješteni u bloku p; točnije, u njegovom gornjem dijelu, budući da se spuštanjem u niža razdoblja povećava metalni karakter (Bi, Pb, Po).

Također, nemetali umjesto da izgube elektrone, vi ih dobivate. Tako nastaju anioni X ^- s različitim negativnim nabojima: -1 za halogene (skupina 17), i -2 za hakogene (skupina 16, kisik).

Metalne obitelji

Unutar metala postoji interna klasifikacija koja ih razlikuje jedan od drugog:

-Metali skupine 1 su alkalni

-Grupa 2, zemnoalkalijski metali (gospodin Becambara)

Obitelj skandija iz skupine 3 (IIIB). Ovu se obitelj sastoji od skandija, glave grupe, od itrijuna Y, lantana, aktinija i svih lantanoida i aktinoida.

-Grupa 4 (IVB), obitelj titana: Ti, Zr (cirkonij), Hf (hafnij) i Rf (ruterfordij). Koliko valentnih elektrona ima? Odgovor je u vašoj grupi.

-Grupa 5 (VB), obitelj vanadij. Skupina 6 (VIB), obitelj krom. I tako sve do obitelji cinka, skupina 12 (IIB).

metaloidi

Metalni se znak povećava s desna na lijevo, i odozgo prema dolje. Ali koja je granica između ove dvije vrste kemijskih elemenata? Ova se granica sastoji od elemenata poznatih kao metaloidi koji imaju karakteristike i metala i nemetala.

Metalloidi se mogu vidjeti na periodičnoj tablici u "ljestvici" koja počinje borom, a završava radioaktivnim elementom astatinom. Ti elementi su:

-B: bor

Silikon: Da

-Ge: germanij

Kao: arsen

-Sb: antimon

-Te: telur

-At: astatin

Svaki od ovih sedam elemenata pokazuje intermedijarna svojstva koja se razlikuju ovisno o kemijskoj okolini ili temperaturi. Jedno od tih svojstava je poluvodič, to jest metalloidi su poluvodiči.

plinovi

U zemaljskim uvjetima plinoviti elementi su oni laki nemetali, kao što su dušik, kisik i fluor. Također, klor, vodik i plemeniti plinovi spadaju u ovu klasifikaciju. Od svih njih, najznačajniji su plemeniti plinovi, zbog njihove male sklonosti reakciji i ponašanju kao slobodni atomi.

Potonji se nalaze u grupi 18 periodičke tablice i jesu:

-Hej, Heo

-Neon, Ne

-Argon, Ar

-krypton, Kr

-Xenon, Xe

-Radon, Rn

-I najnovije od svih, oganeson sintetičkog plemenitog plina, Og.

Svi plemeniti plinovi imaju zajedničku valencijsku konfiguraciju ns ² np ⁶; to jest, imaju čitav valentni oktet.

Stanja agregacije elemenata na drugim temperaturama

Elementi su u čvrstom, tekućem ili plinovitom stanju, ovisno o temperaturi i jačini njihove interakcije. Kad bi se temperatura Zemlje ohladila na oko apsolutne nule (0K), tada bi se svi elementi smrznuli; osim helija koji bi kondenzirao.

Pri toj ekstremnoj temperaturi ostatak plinova bio bi u obliku leda.

S druge strane, kada bi temperatura bila oko 6000 K, "svi" elementi bili bi u plinovitom stanju. U tim uvjetima biste doslovno mogli vidjeti oblake zlata, srebra, olova i drugih metala.

Upotrebe i primjene

Periodna tablica sama po sebi je uvijek bila i uvijek će biti alat za savjetovanje simbola, atomske mase, struktura i ostalih svojstava elemenata. Izuzetno je koristan za izvođenje stehiometrijskih izračuna koji su redoslijed dana u mnogim zadacima unutar i izvan laboratorija.

I ne samo to, već i periodična tablica omogućuje vam usporedbu elemenata iste skupine ili razdoblja. Tako se može predvidjeti kakav će izgledati određeni spojevi elemenata.

Predviđanje oksidnih formula

Na primjer, za oksida alkalijskih metala, jer imaju jednu valenciju elektron, a time valenciju +1, formula njihovih oksida se očekuje da će biti od M ₂ O tipa. To je potvrđena sa oksidom vodik, voda, H ₂ O. Također, s oksida natrij, na ₂ o, i kalija, K ₂ O.

Za ostale skupine njihovi oksidi moraju imati opću formulu M ₂ O _n, gdje je n jednak broju grupe (ako je element iz bloka p, izračunajte n-10). Tako, ugljika, koji pripada grupi 14, formira CO ₂ (C ₂ O _4/2); sumpor iz skupine 16, SO ₃ (S ₂ O _6/2); i dušika, iz skupine koja se 15 N ₂ O ₅.

Međutim, to se ne odnosi na prijelazne metale. To je zato što željezo, iako pripada skupini 8, ne može izgubiti 8 elektrona, nego 2 ili 3. Stoga je važnije obratiti pažnju na valencije svakog elementa, umjesto pamćenja formula.

Valensi elemenata

Periodične tablice (neke) prikazuju moguće valencije za svaki element. Znajući to, nomenklatura spoja i njegova kemijska formula mogu se unaprijed procijeniti. Valensi su, kao što je već spomenuto, povezani s brojem grupe; iako se ne odnosi na sve skupine.

Valensi više ovise o elektroničkoj strukturi atoma i koji elektroni zapravo mogu dobiti ili izgubiti.

Znajući broj valentnih elektrona, možete započeti i s Lewisovom strukturom spoja iz ovih podataka. Stoga periodična tablica omogućava studentima i profesionalcima da nacrtaju strukture i da omoguće ispitivanje mogućih geometrija i molekularnih struktura.

Digitalne periodične tablice

Danas je tehnologija omogućila da povremene tablice budu svestranije i pruže više informacija dostupnih svima. Nekoliko njih donosi upečatljive ilustracije svakog elementa, kao i kratak sažetak njegovih glavnih namjena.

Način na koji komunicirate s njima ubrzava njihovo razumijevanje i proučavanje. Periodna tablica trebala bi biti alat koji je oku ugodan, jednostavan za istraživanje, a najučinkovitija metoda poznavanja njegovih kemijskih elemenata je prolazak kroz njega iz razdoblja u grupe.

Važnost periodične tablice

Danas je periodička tablica najvažniji organizacijski alat u kemiji zbog detaljnih odnosa njezinih elemenata. Njegova je upotreba ključna kako za studente i nastavnike, tako i za istraživače i mnoge stručnjake posvećene grani kemije i inženjerstva.

Promatrajući periodičnu tablicu, dobivate ogromnu količinu podataka i brzo i učinkovito, kao što su:

- Litij (Li), berilij (Be) i bor (B) provode električnu energiju.

- Litij je alkalni metal, berilij je zemnoalkalni metal, a bor je nemetal.

- Litij je najbolji dirigent triju imenovanih, zatim berilij i, na kraju, bor (poluvodič).

Prema tome, smještanjem ovih elemenata u periodičnu tablicu može se odmah zaključiti njihova sklonost električnoj vodljivosti.

Reference

1. Scerri, E. (2007). Periodna tablica: njezina priča i značaj. Oxford New York: Oxford University Press.
2. Scerri, E. (2011). Periodna tablica: vrlo kratak uvod. Oxford New York: Oxford University Press.
3. Moore, J. (2003). Kemija za lutke. New York, NY: Wiley Pub.
4. Venable, FP. (1896). Razvoj periodičnog zakona. Easton, Pennsylvania: Kemijska izdavačka kuća.
5. Ball, P. (2002). Sastojci: vođeni obilazak elemenata. Oxford New York: Oxford University Press.
6. Whitten, Davis, Peck i Stanley. Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
7. Kraljevsko društvo za kemiju. (2018.). Periodni sustav elemenata. Oporavak od: rsc.org
8. Richard C. Banks. (Siječanj 2001.). Periodna tablica. Oporavak od: chemistry.boisestate.edu
9. Fizika 2000. (drugo). Podrijetlo periodične tablice. Oporavak od: physics.bk.psu.edu
10. King K. & Nazarewicz W. (7. lipnja 2018.). Je li kraj periodične tablice? Oporavak od: msutoday.msu.edu
11. Dr. Doug Stewart. (2018.). Periodna tablica. Oporavilo od: chemicool.com
12. Mendez A. (16. travnja 2010.). Mendeleev periodna tablica. Oporavak od: quimica.laguia2000.com