Czym jest układ okresowy pierwiastków?

Uporządkowane według liczby atomowej

Każdy pierwiastek ma własną liczbę atomową. Wodór ma 1 proton, więc jego liczba atomowa to 1; hel ma 2, węgiel 6, żelazo 26, a oganeson, najcięższy dotąd nazwany pierwiastek, ma 118. Czytając każdy wiersz od lewej do prawej, liczba atomowa rośnie o jeden z pola na pole, z wyjątkiem miejsc, w których lantanowce i aktynowce przeniesiono do wierszy poniżej.

Atom obojętny ma tyle samo elektronów co protonów, więc liczba atomowa podaje również liczbę elektronów. To właśnie elektrony, zwłaszcza te najbardziej zewnętrzne, decydują o tym, jak pierwiastek reaguje, dlatego uporządkowanie według liczby atomowej sprawia, że właściwości powtarzają się w regularnych odstępach. Ta powtarzalność jest tym, co oznacza słowo „okresowy”.

Kto stworzył układ okresowy?

W XIX wieku kilku chemików próbowało uporządkować pierwiastki, ale wersję, która przyniosła układowi sławę, opublikował w 1869 roku rosyjski chemik Dmitrij Mendelejew. Ułożył 63 znane wówczas pierwiastki według masy atomowej i zgrupował razem te o podobnych właściwościach.

Mendelejew zostawił luki tam, gdzie według jego prawidłowości powinien znajdować się jakiś pierwiastek, i przewidział właściwości tych brakujących pierwiastków. Gal (odkryty w 1875 roku), skand (1879) i german (1886) wypełniły później trzy z tych luk, a ich właściwości były bliskie przewidywaniom.

W 1913 roku angielski fizyk Henry Moseley wykazał, że prawdziwą podstawą uporządkowania jest liczba atomowa, a nie masa atomowa. To wyjaśniło, dlaczego kilka par, takich jak tellur (masa atomowa 127,6) i jod (126,9), trzeba umieścić poza kolejnością mas, aby trafiły do właściwych grup.

Jak czytać pole pierwiastka

Każde pole w tablicy opisuje jeden pierwiastek. Większość tablic pokazuje co najmniej cztery rzeczy: liczbę atomową, jedno- lub dwuliterowy symbol chemiczny, nazwę pierwiastka i jego masę atomową.

Weźmy za przykład żelazo: liczba atomowa 26, symbol Fe, masa atomowa 55,845. Masa atomowa jest średnią ważoną mas naturalnych izotopów pierwiastka, więc zwykle nie jest liczbą całkowitą. Ta sama liczba podaje masę jednego mola pierwiastka w gramach, dlatego masa molowa żelaza wynosi 55,845 g/mol.

Symbol zawsze zaczyna się wielką literą, a druga litera, jeśli występuje, jest mała. Co to kobalt, natomiast CO to tlenek węgla(II), związek węgla i tlenu.

Grupy i okresy

18 pionowych kolumn nazywa się grupami. Pierwiastki z tej samej grupy mają zazwyczaj tę samą liczbę elektronów zewnętrznych, więc reagują podobnie: metale alkaliczne z grupy 1 reagują z wodą, a gazy szlachetne z grupy 18 prawie z niczym nie reagują.

7 poziomych wierszy nazywa się okresami. Numer okresu mówi, ile powłok elektronowych wykorzystuje atom; sód, leżący w okresie 3, ma elektrony na trzech powłokach. Idąc wzdłuż okresu, każdy pierwiastek ma o jeden proton i o jeden elektron więcej niż poprzedni, a pierwiastki stopniowo zmieniają się od metali po lewej do niemetali po prawej.

Metale, niemetale i dwa wiersze na dole

Schodkowa, zygzakowata linia po prawej stronie układu oddziela metale od niemetali. Ponad 80 pierwiastków to metale i wypełniają one lewą część oraz środek. Niemetale, takie jak węgiel, azot, tlen, fluorowce i gazy szlachetne, znajdują się w prawym górnym rogu; wodór też jest niemetalem, mimo że umieszczono go na szczycie grupy 1. Półmetale, takie jak krzem, leżą wzdłuż schodków i mają cechy obu rodzajów.

Dwa osobne wiersze pod główną tablicą to lantanowce (pierwiastki 57–71) i aktynowce (pierwiastki 89–103). Należą do okresów 6 i 7, ale są wydrukowane poniżej, aby układ zachował wygodną szerokość.

Dlaczego układ okresowy jest przydatny

Gdy znasz położenie pierwiastka, możesz przewidzieć, jak się zachowuje. Sód leży w grupie 1, więc oddaje jeden elektron i tworzy Na⁺; chlor leży w grupie 17, więc przyjmuje jeden elektron i tworzy Cl⁻. Po jednym z każdego się równoważą, dlatego sól kuchenna to NaCl. To samo rozumowanie pomaga przewidywać wzory, ładunki i rodzaje wiązań bez zapamiętywania każdego faktu.