Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu www.szkolnictwo.pl

Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu www.szkolnictwo.pl mogą być wykorzystywane przez jego Użytkowników wyłącznie w zakresie własnego użytku osobistego oraz do użytku w szkołach podczas zajęć dydaktycznych. Kopiowanie, wprowadzanie zmian, przesyłanie, publiczne odtwarzanie i wszelkie wykorzystywanie tych treści do celów komercyjnych jest niedozwolone. Plik można dowolnie modernizować na potrzeby własne oraz do wykorzystania w szkołach podczas zajęć dydaktycznych.

Myślenie bez intuicji jest puste, intuicja bez myślenia jest ślepa.

Albert Einstein

Układ okresowy pierwiastków

Spis treści

• Ważne pojęcia • Trochę historii • O ilu pierwiastkach wiemy • Wygląd współczesnego układu okresowego• Oznaczenia w układzie okresowym • Zmiany właściwości pierwiastków w układzie

okresowym • Charakterystyka poszczególnych grup głównych • Przykłady

WAŻNE POJĘCIA

• Atomowa jednostka masy [u]

Atomowa jednostka masy [u] to 1/12 masy atomu izotopu węgla 12C

• IzotopyAtomy posiadające tę samą liczbę atomową (liczbę protonów w jądrze), ale różną liczbę neutronów

• Liczba atomowa ( Z ) (liczba porządkowa) Określa, ile protonów znajduje się w jądrze danego atomu. Jest także równa liczbie elektronów niezjonizowanego atomu.

• Masa atomowa [MA]Liczba określająca ile razy masa jednego reprezentatywnego atomu danego pierwiastka chemicznego jest większa od 1/12 masy atomu izotopu 12C, przy czym pod pojęciem „reprezentatywnego atomu” rozumie się atom o średniej masie wyliczonej proporcjonalnie ze wszystkich stabilnych izotopów danego pierwiastka, ze względu na ich występowanie na Ziemi.

• Powłoka walencyjna

Ostatnia, najdalej odsunięta od jądra powłoka elektronowa atomu.Elektrony na niej są najsłabiej związane z atomem i mogą uczestniczyć w tworzeniu wiązań chemicznych.W przypadku elektronów znajdujących się niżej zazwyczaj nie jest to możliwe, choć są od tego liczne wyjątki.

Liczba masowa (A) to wartość opisująca liczbę nukleonów (czyli protonów i neutronów) w jądrze (w nuklidzie) danego izotopu atomu danego pierwiastka.Liczby masowej nie należy mylić z masą atomową pierwiastka, która wyznaczana jest metodami chemicznymi, ani też z masą pojedynczego izotopu. Nierówności te spowodowane są:

- istnieniem izotopów, - defektem masy jądra, - dodatkowym udziałem elektronów w masie atomowej.

Atomy mające tę samą liczbę masową, ale różną liczbę protonów, nazywa się izobarami. Oczywiście są to atomy różnych pierwiastków

Przykłady:

wodór 1H, 2H, 3H

uran 232U, 233U, 234U, 235U, 236U, 238U

Obliczanie ilości neutronów w jądrze

Izotop 64Ni mający liczbę atomową 28. Chcąc obliczyć liczbę neutronów, należy odjąć ilość protonów w jądrze (liczbę atomową) od liczby masowej (w tym przypadku 64). Liczba neutronów w izotopie 64Ni wynosi 36.

TROCHĘ HISTORII

Prawo triad pierwiastków chemicznych (ok. 1817 r.)

Zostało sformułowane przez J. W. Doebereinera.

Zauważył on, że w kilku grupach zawierających po trzy pierwiastki, np.: wapń, stront, bar lub chlor, brom, jod, właściwości fizyczne i chemiczne są podobne i zmieniają się regularnie ze wzrostem masy atomowej.

• CIEKAWOSTKAPrzy wyznaczaniu mas atomowych pierwiastków przyjmowano w pierwszej połowie XIX wieku masę

Prawo oktaw (1864r.)

Angielski chemik John A.Newlands, układał szeregi pierwiastków według wzrastającej masy atomowej i zauważył, że co ósmy pierwiastek jest rodzajem powtórzenia tak, jak co ósma nuta jest powtórzeniem oktawy w muzyce. Tablica ułożona przez Newlandsa wykazywała jednak niekonsekwencje, wynikające po części z niekompletności listy pierwiastków oraz z  błędów w wyznaczaniu ich mas atomowych.

Następnym uczonym zmagającym się z problemem systematyzacji pierwiastków był francuski geolog Alexandre E. Beguyer de Chancourtois.

On również zestawił znane pierwiastki według ich mas atomowych i przedstawił je na cylindrycznych wykresach.

Podobne pierwiastki ułożyły się w kolumnach pionowych. Publikując swoją teorię nie podał on wykresów co spowodowało, że doniesienie to nie zostało dostrzeżone przez współczesnych badaczy.

W 1870 rosyjski uczony Dymitrij Mendelejew opracował prawo okresowości, którego wyrazem był układ okresowy (zwany Tablicą Mendelejewa)

D.I. Mendelejew zastosował następujące założenia opracowanej przez siebie klasyfikacji pierwiastków;

• Pierwiastki uszeregowane zgodnie ze wzrastającą masą atomową wykazują powtarzalność (periodyczność) swoich właściwości (prawo okresowości).

• W tabeli układu okresowego przewidziane były miejsca dla prawdopodobnie istniejących, a nie odkrytych jeszcze pierwiastków. Medelejew opisał ich właściwości.

• W kilku miejscach układu przestawiono kolejność pierwiastków, uznając podobieństwo właściwości pierwiastków w tej samej grupie za ważniejsze od ich wzrastającej masy atomowej.

Puste miejsca pozostawione były dla odkrytych później; skandu (Sc), galu (Ga), germanu (Ge), itru (Y), technetu (Tc), indu (In), ceru (Ce) i renu (Re).

Pasjans Mendelejewa

Mendelejew dokonał swego odkrycia usiłując po raz kolejny „ułożyć pasjansa" kartami, na których wypisał masy atomowe i inne właściwości znanych wówczas 63 pierwiastków. Zdobył się on przy tym na śmiały krok, ogłaszając, że psujące schemat trzy nieregularności znikną, jeśli w istniejącym układzie pierwiastków pozostawi się trzy wolne miejsca w których powinny znaleźć się nie odkryte jeszcze pierwiastki.Tak więc, Mendelejew nie tylko dokonał systematyzacji znanych w jego czasach pierwiastków chemicznych, ale także przewidział odkrycie kolejnych - a co więcej, przewidział ich właściwości fizyczne i chemiczne.

O ilu pierwiastkach wiemy teraz ?

Do 2008 r. udowodniono istnienie 117 pierwiastków chemicznychPierwiastki o liczbach atomowych od 1 do 111 zostały oficjalnie

uznane przez Międzynarodową Unię Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) i nadano im oficjalne nazwy oraz skróty.

Na temat istnienia pierwiastków o liczbach atomowych 112, 113,

114, 115, 116 i 118 istnieją spory naukowe i dlatego jak dotąd nie mają one oficjalnych nazw i skrótów.

Pierwiastek 117 jak dotąd nie został otrzymany.

Oprócz nazw pierwiastków uznanych oficjalnie przez IUPAC w obiegu są też nazwy nieoficjalne. Dotyczy to głównie pierwiastków otrzymanych sztucznie przy pomocy technik rozwiniętych przez fizykę jądrową.

Naturalnie na Ziemi występują 92 pierwiastki. Pozostałe zostały otrzymane sztucznie.

Pierwiastki o liczbie atomowej powyżej 82 są niestabilne. Ulegają rozpadowi promieniotwórczemu w zauważalnym eksperymentalnie tempie. Oprócz tego niestabilne są także pierwiastki 43 (technet) i 61 (promet), które zostały otrzymane sztucznie.

Wszystkie pierwiastki o liczbie atomowej powyżej 94 nie występują naturalnie.

Współczesny układ okresowy

Współczesny układ okresowy zbudowany jest: - z kolumn pionowych, zwanych grupami ( 18 grup)

( 8 głównych IA – VIII A ( 0) )- szeregów poziomych, tzw. okresów ( 7 okresów)

Najnowsze zalecenia Komisji Nomenklatury IUPAC każą numerować grupy kolejnymi liczbami arabskimi od 1 do 18.

Nazwę grupy tworzy się od nazwy pierwiastka, który znajduje się na początku grupy (pierwsza grupa przyjmuje swoją nazwę od litu, a nie od wodoru i zwana jest litowcami, druga grupa to berylowce itd.).

Pierwiastki uszeregowane są według wzrastających liczb atomowych (Z)Każdy następny od poprzedniego różni się o jeden proton w jądrze atomu

Pierwiastki danej grupy stanowią niejako wspólną rodzinę, bowiem posiadają podobne właściwości fizyczne i chemiczne

Numer okresu, w którym leży dany pierwiastek odpowiada liczbie powłok elektronowych w jego atomie. W atomach pierwiastków grup głównych liczba elektronów na ostatniej powłoce jest równa liczbie jedności w numerze grupy

Atomy pierwiastków grup pobocznych, czyli od 3 do 12, mają na ostatniej powłoce 1 lub 2 elektrony

Lantanowce Aktynowce

Oznaczenia w układzie okresowym

Numery wierszy od 1 – 7 określają numer okresu

Numery kolumn od 1 – 18 określają numer grupy

Z

AM

Symbolpierwiastka

Liczba atomowa

Masaatomowa

Grupy główne

1 2 13 14 15 16 17 18

IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA VIII A

Grupy poboczne

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB VIIIB VIIIB IB IIB

Zmiany właściwości pierwiastków i ich związków w układzie okresowym

Wzrost właściwości kwasowych

Wzrost właściwości zasadowych

Charakterystyka poszczególnych grup głównych

LITOWCEDo pierwszej grupy układu okresowego, tzw. litowców, zaliczane są następujące pierwiastki: lit (Li), sód (Na), potas (K), rubid (Rb), cez (Cs) oraz nietrwały promieniotwórczy frans (Fr).Litowce występują w przyrodzie jedynie w stanie związanym. Wszystkie litowce są metalami.Sód i potas są dość powszechnymi składnikami litosfery, ale ze względu na dużą reaktywność chemiczną pierwiastki tej grupy nie występują w przyrodzie w stanie wolnym lecz wyłącznie w postaci związków najczęściej jako chlorki, siarczany, węglany, rzadziej azotany i fosforany W związkach wykazują zawsze wartościowość „1” równą numerowi grupy IA

BERYLOWCEDo metali drugiej grupy układu okresowego berylowców należą: beryl (Be), magnez (Mg), wapń (Ca), stront (Sr), bar (Ba) i promieniotwórczy rad (Ra). Metale grupy IIA spotykane są w przyrodzie wyłącznie w związkach, w których są dwuwartościowe

BOROWCEDo grupy borowców zalicza się następujące pierwiastki: glin (Al), gal (Ga), ind (In), tal (Tl). Do grupy 13 należy również bor, który jest niemetalem, a ściślej mówiąc półmetalem W przyrodzie w stanie wolnym nie występują. Max wartościowość wynosi 3

WĘGLOWCEDo pierwiastków czternastej grupy układu okresowego należą: węgiel (C), krzem (Si), german (Ge), cyna (Sn), ołów (Pb). Wszystkie węglowce mogą tworzyć wiązania kowalencyjne. W grupie ze wzrostem masy atomowej zmienia się charakter pierwiastków.Węgiel jest typowym niemetalem, natomiast cyna i ołów są typowymi metalami. W przyrodzie w stanie wolnym występuje tylko węgiel. Maksymalna wartościowość wynosi IV

AZOTOWCEDo 15 grupy układu okresowego, tzw. azotowców należą: azot (N), fosfor (P), arsen (As), antymon (Sb) i bizmut (Bi).W przyrodzie występują w stanie wolnym (oprócz fosforu). Azot i fosfor są typowymi niemetalami, gdyż tworzą tylko tlenki kwasowe. Arsen i antymon są pierwiastkami półmetalicznymi, natomiast bizmut jest typowym metalem i tworzy tylko tlenki zasadowe.

TLENOWCE Do 16 grupy układu okresowego tzw. grupy tlenowców należą: tlen (O), siarka (S), selen (Se), tellur (Te) oraz polon (Po). Wszystkie występują w przyrodzie w stanie wolnym i w związkach, w ilościach malejących wraz ze wzrostem masy atomowej. Są dość silnymi utleniaczami, najsilniejszym jest oczywiście tlen

FLUOROWCEWszystkie fluorowce są niemetalami. Fluor i chlor są w zwykłych warunkach żółto zielonymi gazami o charakterystycznej, ostrej woni; brom jest ciemnobrunatną lotną cieczą, a jod ciałem stałym o metalicznym połysku. Żaden z fluorowców nie występuje w stanie wolnym Astat nie występuje w przyrodzie; jest pierwiastkiem promieniotwórczym o krótkim okresie półtrwania.

HELOWCEGazy szlachetne (helowce) leżą w 18 grupie układu okresowego pierwiastków. Należą do niej: hel (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), ksenon (Xe), oraz radon (Ra) Helowce są bezbarwnymi, bezwonnymi i biernymi chemicznie gazami. W odróżnieniu od innych pierwiastków gazowych występują w cząsteczkach jednoatomowych (ich atomy nie łączą się w cząsteczki)

Numer grupy głównej informuje o maksymalnej wartościowości pierwiastków wchodzących w różne związki chemiczne. Pierwiastki tych grup najczęściej przyjmują wartościowość równą nr A lub (8 – nr A)

Pierwiastki zapisane w grupach, oznaczone liczbą parzystą, przyjmują w związkach wartościowość parzystą, natomiast pierwiastki znajdujące się w grupach o liczbach nieparzystych mają wartościowość nieparzystą. Istnieje jednak kilka wyjątków od tej reguły

• Symbol Zn – nazwa polska cynk, nazwa łacińska zincum• Liczba atomowa (porządkowa) - 30, więc jest 30 pierwiastkiem

w UO• Masa atomowa - 65,37( występują izotopy tego pierwiastka)• Znajdujemy w tablicy i odczytujemy:• Grupa – IIB ( 12) pierwiastek należący do grupy pobocznej

(cynkowce), wartościowość II, metal• Okres- 4

Zn

Zn 30 65,37

Korzystając z układu okresowego omów pierwiastek o liczbie atomowej Z = 35

Z = 35, więc jest to 35 pierwiastek w UO. Atom tego pierwiastka posiada 35 protonów w jądrze.

Odczytujmy z tablicySymbol: BrNazwa: brom (pl) bromum (łacińska)

Masa atomowa: 79,9 [u] ( istnieją izotopy – liczba ułamkowa)

Grupa: VIIA (17) , rodzina fluorowców, niemetal, ilość elektronów na ostatniej powłoce 7,

wartościowość – 7, 8 – VII = 1Okres: 4; ma więc 4 powłoki elektronowe