Periodni sustav elemenata

Izvor: Wikipedija
Jump to navigation Jump to search
1/12 mase atoma ugljika 12C je danas atomska jedinica mase.

Periodni sustav elemenata je sustavni tablični poredak kemijskih elemenata koji odražava njihovu atomsku građu i sličnost njihovih fizikalnih i kemijskih svojstava. Periodičkomu ponavljanju kemijskih i fizikalnih svojstava elemenata uzrok je periodička sličnost elektronske konfiguracije atoma elemenata poredanih po rastućem atomskom broju. Nova perioda u periodnom sustavu započinje kada se u elektronskoj konfiguraciji atoma počne popunjavati nova elektronska ljuska. Stoga atomi elemenata u jednoj periodi imaju jednak broj ljusaka, ali različit broj elektrona u vanjskoj ljusci (valentni elektroni). Suprotno, atomi elemenata unutar jedne skupine (stupac) imaju različit broj ljusaka, ali im je broj valentnih elektrona jednak. Kako broj valentnih elektrona određuje kemijska svojstva elementa, elementi jedne skupine imaju slična kemijskih svojstva. [1]

Glavne skupine periodnoga sustava[uredi VE | uredi]

Glavne skupine periodnoga sustava jesu: 1., 2., 13., 14., 15., 16., 17. i 18. skupina:

  • elementi 1. skupine (osim vodika) nazivaju se alkalijski metali, jer tvore jake baze ili lužine (alkalije).
  • elementi 2. skupine su zemnoalkalijski metali, jer također tvore jake lužine, a uz to su sastojci Zemljine kore.
  • elementi od 3. do 11. skupine zovu se prijelazni metali, jer tvore prijelaz između lijeve i desne strane tablice.
  • elementi 12. skupine, cink, kadmij i živa, nemaju posebno ime.
  • elementi 13., 14. i 15. skupine nazivaju se prema prvom elementu u skupini: borova (13), ugljikova (14) i dušikova (15) skupina.
  • elementi 16. skupine su halkogeni elementi, jer ulaze u sastav ruda.
  • elementi 17. skupine zovu se halogeni elementi, jer s metalima tvore soli,
  • elementi 18. skupine nazivaju se plemeniti plinovi, jer u uobičajenim uvjetima ne reagiraju ni s jednim elementom.
  • unutar šeste periode nalazi se niz kemijski vrlo sličnih elemenata, od atomskoga broja 57 do 71, koji se prema prvom članu niza, lantanu, nazivaju lantanoidi.
  • unutar sedme periode nalazi se niz također kemijski vrlo sličnih elemenata, od atomskoga broja 89 do 103, a prema prvom članu niza, aktiniju, zovu se aktinoidi. Lantanoidi i aktinoidi nazivaju se i unutrašnji prijelazni elementi i zbog preglednosti najčešće se prikazuju posebno, na dnu tablice. Skandij, itrij i lantanoidi zajedno se nazivaju i rijetke zemlje.

Sustav[uredi VE | uredi]

Suvremena tablica periodnoga sustava, prema preporuci Međunarodne unije za čistu i primijenjenu kemiju (IUPAC, 1988.), sadrži 7 perioda i 18 skupina elemenata. Svi su elementi u periodnome sustavu naznačeni svojim kemijskim simbolima, kojima se dodaju oznake: atomski broj (redni broj) kao lijevi supskript, a maseni broj kao lijevi superskript.

Skupina → 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
↓ Perioda
1 1
H

2
He
2 3
Li
4
Be

5
B
6
C
7
N
8
O
9
F
10
Ne
3 11
Na
12
Mg

13
Al
14
Si
15
P
16
S
17
Cl
18
Ar
4 19
K
20
Ca
21
Sc
22
Ti
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
31
Ga
32
Ge
33
As
34
Se
35
Br
36
Kr
5 37
Rb
38
Sr
39
Y
40
Zr
41
Nb
42
Mo
43
Tc
44
Ru
45
Rh
46
Pd
47
Ag
48
Cd
49
In
50
Sn
51
Sb
52
Te
53
I
54
Xe
6 55
Cs
56
Ba
*
72
Hf
73
Ta
74
W
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
Hg
81
Tl
82
Pb
83
Bi
84
Po
85
At
86
Rn
7 87
Fr
88
Ra
**
104
Rf
105
Db
106
Sg
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
Ds
111
Rg
112
Cn
113
Nh
114
Fl
115
Mc
116
Lv
117
Ts
118
Og

* Lantanoidi 57
La
58
Ce
59
Pr
60
Nd
61
Pm
62
Sm
63
Eu
64
Gd
65
Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
69
Tm
70
Yb
71
Lu
** Aktinoidi 89
Ac
90
Th
91
Pa
92
U
93
Np
94
Pu
95
Am
96
Cm
97
Bk
98
Cf
99
Es
100
Fm
101
Md
102
No
103
Lr
Skupine periodnog sustava
Alkalijski metali2 Zemnoalkalijski metali2 Lantanoidi1,2 Aktinoidi2 Prijelazni metali2
Slabi metali2 Polumetali Nemetali Halogeni elementi3 Plemeniti plinovi3

1Lantanoidi, skandij i itrij zajedno nose naziv rijetki zemni metali.

2Alkalijski metali, zemnoalkalijski metali, prijelazni metali, aktinoidi, lantanoidi i slabi metali zajedno nose naziv "kovine" (metali).

3Halogeni elementi i plemeniti plinovi su nemetali.

Stanje pri normalnom tlaku i sobnoj temperaturi

  • elementi s atomskim brojem crvene boje su plinovi
  • elementi s atomskim brojem zelene boje su tekućine
  • elementi s atomskim brojem crne boje su krutine

Prirodna svojstva

Približni način popunjavanja elektronskih ljuski.

Elektronska konfiguracija[uredi VE | uredi]

Vista-xmag.pngPodrobniji članak o temi: Elektronska konfiguracija

Kako struktura periodnoga sustava ovisi o elektronskoj konfiguraciji atoma elemenata, periode sadrže različit broj elemenata. Prva elektronska ljuska može primiti samo dva elektrona, pa 1. perioda ima samo dva elementa, vodik i helij, koji svojim elektronima popunjavaju 1. ljusku, to jest 1s podljusku. Druga perioda može primiti 8 elektrona, pa ima 8 elemenata koji popunjavaju 2. ljusku, to jest 2s i 2p podljuske. Treća perioda također može primiti 8 elektrona, pa ima također 8 elemenata koji popunjavaju 3. ljusku, to jest 3s i 3p podljuske. Četvrta perioda ima 18 elemenata, koji popunjavaju 4. ljusku i nedovršenu 3. ljusku, to jest redom 4s, 3d i 4p podljuske. Peta je perioda također s 18 elemenata, koji popunjavaju 5. ljusku i nedovršenu 4. ljusku, to jest redom 5s, 4d i 5p podljuske. Šesta perioda ima 32 elementa koji popunjavaju 6. ljusku i nedovršene 4. i 5. ljusku, to jest redom 6s, 4f, 5d i 6p podljuske. Sedma je perioda nedovršena i ima 26 elemenata, jer preostalih 6 (do 32) nisu otkriveni. Tih 26 elemenata popunjavaju 7. ljusku i nedovršene 5. i 6. ljusku, to jest redom 7s, 6d i 5f podljuske.

Povijest[uredi VE | uredi]

Sustav je nastao kao rezultat nastojanja mnogih kemičara da nađu što prikladniji način da se kemijski elementi poredaju tako da sličnosti među njima budu što uočljivije. Preteče otkrivanja periodnoga sustava elemenata bili su A. L. Lavoisier (potkraj 18. stoljeća), W. Prout (1815.), J. W. Döbereiner (1829.), Max Joseph von Pettenkofer (1850.), W. Odling (1857.), S. Cannizzaro (1858.), A. B. de Chancourtois (1862.) i J. A. R. Newlands (1864.).

Izvorni je sustav stvoren kad se još nije znao sastav atoma: ako se elementi slože po atomskoj masi, a zatim se neke druge osobine stave uz atomsku masu, javlja se periodno kretanje tih osobina kao funkcija atomske mase. Prvi je to primijetio njemački kemičar J. W. Döbereiner, koji je 1829. zapazio određeni broj trijada sličnih elemenata:

Neke trijade
Element Atomska masa Gustoća
klor 35.5 0.00156 g/cm3
brom 79.9 0.00312 g/cm3
jod 126.9 0.00495 g/cm3
 
kalcij 40.1 1.55 g/cm3
stroncij 87.6 2.6 g/cm3
barij 137 3.5 g/cm3

Zatim je engleski kemičar J. A. R. Newlands 1865. otkrio da se elementi slične vrste pojavljuju u razmacima od 8 elemenata, što je usporedio s glazbenom oktavom, ali suvremenici su ismijali njegov zakon oktava.

Pravi otkrivači periodnoga sustava[uredi VE | uredi]

Pravi su otkrivači periodnoga sustava D. I. Mendeljejev i J. L. von Meyer. Oni su, neovisno jedan o drugom, sastavili tablicu periodnoga sustava, iako ju je Mendeljejev objavio godinu dana prije (1869.) i prvi je uvidio puni smisao tog otkrića, ostavljajući u tablici prazna mjesta za elemente koji će se tek otkriti.

Redajući elemente prema rastućim relativnim atomskim masama (tada atomskim težinama), dobili su poredak u kojem su se u periodičnim razmacima nalazili elementi sličnih kemijskih svojstava. Taj je poredak bio gotovo istovjetan s današnjim poretkom dobivenim redanjem elemenata po rastućem atomskom broju. Iznimka su bili parovi 18Ar - 19K, 27Co - 28Ni, 52Te - 53J, 90Th - 91Pa i 92U - 93Np, u kojima prvi element ima manji atomski broj, ali veću relativnu atomsku masu. Razlog je te nepravilnosti taj što se elementi sastoje od izotopa, pa je u izotopnoj smjesi nekih elemenata (na primjer kalija) najobilniji lakši izotop, a kod drugih (na primjer argona) najobilniji je teži izotop. Zbog toga je srednja vrijednost relativne atomske mase kalija (39,098) manja od argona (39,948), iako je njegov atomski broj veći. Kada je Mendeljejev postavio svoj periodni zakon, bila su poznata samo 63 kemijska elementa, tako da su mnoga mjesta u tablici ostala prazna. Smatrajući da su svojstva svakog elementa određena njegovim položajem u periodnom sustavu, Mendeljejev je predvidio postojanje i svojstva tada još nepoznatih elemenata. Potonja otkrića germanija, skandija i galija potvrdila su ispravnost njegovih pretpostavki.

Iako je među mnogim pokušajima grafičkoga prikaza periodnoga sustava bilo i onih u obliku trokuta, spirale, pužnice, stošca, piramide i cilindra, danas periodni sustav elemenata ima oblik pravokutne tablice u kojoj vodoravni redci tvore periode, i to cijele ili polovične (dugi i kratki oblik periodnoga sustava), a okomiti stupci tvore skupine elemenata.

Vrste kemijskih elemenata[uredi VE | uredi]

Prva energija ionizacije neutralnih atoma.

Kemijski elementi se prema fizikalnim i kemijskim svojstvima dijele na metale, metaloide i nemetale. Najveći broj elemenata, od 1. do 13. skupine, pripada metalima. Na desnom su kraju periodnoga sustava nemetali, a granicu među njima čine metaloidi: bor, silicij, germanij, arsen, antimon, selenij, telurij i astat. Nemetali dušik, kisik, fluor, klor, vodik i svi elementi 18. skupine su plinovi. Osim prve periode, koja započinje vodikom, sve ostale periode započinju alkalijskim elementom, metalom, a završavaju nemetalom, plemenitim plinom. Općenito, metalni značaj elemenata u periodi slabi slijeva nadesno, a u skupini jača odozgo prema dolje; nemetalni značaj mijenja se u protivnim smjerovima.

Svojstva elemenata neke periode mijenjaju se postupno od elementa do elementa, te tako postoje velike razlike u svojstvima između prvog i posljednjeg elementa iste periode. Nagle promjene svojstava nastaju između posljednjeg elementa neke periode (plemeniti plin) i prvog elementa iduće periode (alkalijski metal). Prva je pojava uvjetovana popunjavanjem već postojećih elektronskih ljusaka, a druga stvaranjem nove ljuske. Tako na primjer, prva energija ionizacije (energija potrebna da se izbaci prvi elektron iz atoma u plinovitu stanju) u 2. periodi postupno raste od 520,2 kJ/mol za litij do 2 080,6 kJ/mol za neon, pa zatim naglo pada pri prijelazu u 3. periodu na 495,6 kJ/mol za natrij. Naime, s porastom atomskoga broja kroz periodu raste električni naboj atomske jezgre, a time i privlačne sile između jezgre i elektrona, pa se elektroni sve teže odvajaju od atoma i energija ionizacije raste. Međutim, s porastom atomskoga broja u skupini raste broj ljusaka, valentni elektroni sve su udaljeniji od jezgre, pa se smanjuju privlačne sile između elektrona i jezgre, a valentni elektroni sve se lakše odvajaju od atoma i smanjuje se energija ionizacije. Dakle, iz položaja elementa u periodnome sustavu može se zaključivati o njegovim fizikalnim i kemijskim svojstvima.

Izvori[uredi VE | uredi]

  1. periodni sustav elemenata, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2018.

Vanjske poveznice[uredi VE | uredi]