Wykład 7 – UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW
UKŁAD OKRESOWY
PIERWIASTKÓW
Układ okresowy pierwiastków. Powiązanie układu okresowego z
kwantowym modelem budowy atomu. Okresy i grupy pierwiastków s,
p, d i f –elektronowych. Periodyczność objętości atomowych, promieni
atomowych, energii jonizacji i powinowactwa elektronowego. Podział
na metale, półmetale i niemetale oraz wynikające stad właściwości
kwasowe, amfoteryczne i zasadowe pierwiastków oraz ich tlenków.
Przewidywanie niektórych właściwości pierwiastków na podstawie ich
położenia w układzie okresowym.
ZASADA BUDOWY UKŁADU OKRESOWEGO
Dymitr Mendelejew
(1834-1907)
Pierwsza, oryginalna
publikacja Mendelejewa na
temat układu okresowego,
wydrukowana w
Zeitschrift für
Chemie 12, 405-6 (1869)
Wykład 7 – UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW
O związkach właściwości z
ciężarami atomowymi
pierwiastków
"Uporządkowanie
pierwiastków
według
wzrastających
ciężarów
atomowych w
pionowe serie tak,
że poziome serie
zawierają
pierwiastki
analogiczne,"
wzrastające masy atomowe
podobieństwo
właściwości
chemicznych
Wykład 7 – UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW
1872 - Die periodische Gesetzmassigkeit der chemischen
Elemente: Annalen der Chemie und Pharmacie Supplement
VIII, 133-229.
Druga wersja
UKŁADU OKRESOWEGO Mendelejewa
1871 - Zhurnal Russkoe Fiziko-Khimicheskoe Obshchestvo 3:25
GRUPY
OKRESY
Ge
Ga
Po
Ra
Wykład 7 – UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW
Forma KRÓTKA
Wykład 7 – UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW
Układ
zaproponowany
przez Mendelejewa
Współczesne wersje
UKŁADU OKRESOWEGO Mendelejewa
Grupy "A" i "B"
Pierwiastki
uszeregowane według
wzrastających mas
atomowych
Pierwiastki uszeregowane według wzrastającej liczby protonów (liczby
atomowej)
Współczesne wersje
UKŁADU OKRESOWEGO Mendelejewa
Forma DŁUGA
Wykład 7 – UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW
Forma ROZSZERZONA
Powiązanie układu okresowego z kwantowym modelem budowy atomu.
Nowa
numeracja
grup od 1 do
18
LANTANOWCE
AKTYNOWCE
s
2
p
5
17
17
16
16
s
2
p
4
s
2
p
1
13
13
s
2
p
2
14
14
s
2
p
3
15
15
s
2
p
6
18
18
Wykład 7 – UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW
Powiązanie układu okresowego z kwantowym modelem budowy atomu
Diagram poziomów
energetycznych
H
He
Li
Be
C
N
F
Ne
Na
Mg
Si
P
Cl
Ar
K
Ca
Rb
Sr
Ge
As
Br
Kr
KONFIGURACJA
ELEKTRONÓW
ZEWNĘTRZNYCH
GRUPA
s
1
1
1
2
s
2
2
B
O
Al
S
Ga
Se
Sc
3
3
Ti
4
4
V
5
5
Cr
6
6
Mn
7
7
Fe
8
8
Co
Ni
9
9
10
10
Cu
11
11
Zn
12
12
OKRES
– POWŁOKA – główna liczba
kwantowa
n
(DLA GRUP 1,2 oraz 13 - 18)
E
1
s
2
s
2
p
3
s
4
s
5
s
3
p
4
p
3
d
Układ
okresowy
pierwiastków
Wykład 7 – UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW
Podział pierwiastków ze względu na konfigurację elektronową
GRUPY –
takie same konfiguracje trzech ostatnich powłok
GRUPY GŁÓWNE
-
takie same
konfiguracje
ostatniej powłoki
s
p
d
f
Pierwiastki
przejściowe
grupy od 3 do 11
d –
zewnętrznoprzejściowe
f –
wewnętrznoprzejściowe
Grupa 12 - CYNKOWCE
?
Wykład 7 – UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW
PERIODYCZNA ZMIANA PROMIENI ATOMOWYCH
X
X
r
X-X
r
A
= r
X-X
/ 2
Wyznaczanie
promienia atomu
r
A
[pm]
liczba atomowa
Promień atomu wyznaczają elektrony
zewnętrzne i siła z jaką są one
przyciągane przez jądro.
Wykład 7 – UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW
PERIODYCZNA ZMIANA
PROMIENI ATOMOWYCH
Promień atomu
wyznaczają elektrony
zewnętrzne
i siła z jaką są one
przyciągane przez jądro.
Prawo Coulomba
2
r
)
(
e
Z
C
F
r
–
F
+
n
=3
n
=1
n
=2
3
4
5
6
7
8
9
11 12 13 14 15 16 17
3
6
9
11
Z
r
Na
Z
–
–
–
–
r
F
E
J
[kJ/mol]
liczba atomowa
F
Wykład 7 – UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW
PERIODYCZNA ZMIANA ENERGII JONIZACJI
Na
Na
+
+ e
–
O K R E S Y
1
2
3
5
6
4
F
Na
Z
9
11
r
119
154
E
J
1681
496
E
J
ENERGIA JONIZACJI
POWINOWACTWO
ELEKTRONOWE
X → X
+
+ e
-
X + e
-
→ X
-
H
13.
6
H
e
24.
6
Li
5.3
9
B
e
9.3
2
B
8.3
0
C
11.
3
N
14.
5
O
13.
6
F
17.
4
N
e
21.
6
N
a
5.1
4
M
g
7.6
5
Al
5.9
8
Si
8.1
5
P
10.
5
S
10.
4
Cl
13.
0
Ar
15.
8
K
4.3
4
Ca
6.1
1
G
a
6.0
0
G
e
7.9
0
As
9.8
1
Se
9.7
5
Br
11.
8
Kr
14.
0
R
b
4.1
8
Sr
5.7
0
In
5.7
9
Sn
7.3
4
Sb
8.6
4
Te
9.0
1
I
10.
5
Xe
12.
1
Cs
3.8
9
B
a
5.2
1
Tl
6.1
1
Pb
7.4
2
Bi
7.2
9
Po
8.4
2
At
?
R
n
10.
6
H
0.7
5
H
e
-
Li
0.6
2
B
e
-
B
0.2
8
C
1.2
7
N
0
O
1.4
6
F
3.4
0
N
e
-
N
a
0.5
5
M
g
-
Al
0.4
4
Si
0.7
5
P
0.7
5
S
2.0
8
Cl
3.6
2
Ar
-
K
0.5
0
Ca
0.0
4
G
a
0.3
G
e
0.8
1
As
0.8
1
Se
2.0
2
Br
3.3
6
Kr
-
R
b
0.4
9
Sr
0.1
1
In
0.3
2
Sn
1.2
5
Sb
1.0
5
Te
1.9
7
I
3.0
6
Xe
-
Cs
0.4
7
B
a
0.1
5
Tl
0.2
Pb
0.3
6
Bi
0.9
5
Po
1.9
At
2.8
R
n
-
[eV]
Wykład 7 – UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW
PÓŁMETALE
STAN SKUPIENIA:
gazowy
ciekły
stały
Wybrane właściwości pierwiastków na tle
UKŁADU OKRESOWEGO
METALE
NIEMETALE
Właściwości ZASADOWE
2Na + 2H
2
O = 2NaOH + H
2
CaO + H
2
O = Ca(OH)
2
CuCl
2
+ 2NaOH = Cu(OH)
2
+ 2NaCl
Właściwości KWASOWE
Cl
2
+ H
2
= 2HCl
SO
3
+ H
2
O = H
2
SO
4
CO
2
+ H
2
O = H
2
CO
3
Właściwości AMFOTERYCZNE
As
2
O
3
+ 3H
2
O = 2H
3
AsO
3
As
O
O
O
H
H
H
⇆
H
3
AsO
3
3
⇆
OH
3
As
3
Kwas
Zasada
Wykład 7 – UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW
Przewidywanie skrajnych stopni utlenienia
pierwiastków na podstawie ich położenia w
UKŁADZIE OKRESOWYM
przeważnie
liczba
elektronów
na ostatniej
powłoce
przeważnie
liczba
elektronów
brakujących
do
zapełnienia
ostatniej
powłoki
liczba elektronów
na ostatniej powłoce
Przykład:
N - azot
DODATNIE
st.utl.
UJEMNE
st.utl.
Stopień utlenienia – liczba elektronów które formalnie można
oderwać
lub
przyłączyć
do atomów danego pierwiastka w stanie
wolnym.
M A K S I M U M
Wykład 7 – UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW
Przewidywanie skrajnych stopni utlenienia
pierwiastków na podstawie ich położenia w
UKŁADZIE OKRESOWYM
Przykład:
N - azot
liczba elektronów
na ostatniej powłoce
Stopień utlenienia – liczba elektronów które formalnie można
oderwać
lub
przyłączyć
do atomów danego pierwiastka w stanie
wolnym.
Oderwane
elektrony
1
2
3
4
5
DODATNIE
st.utl.
N
2
O
NO
N
2
O
3
NO
2
N
2
O
5
1
2
3
Przyłączon
e
elektrony
UJEMNE
st.utl.
NH
2
OH
N
2
H
4
NH
3
–1
+1
+2
+3
+4
+5
–2
–3
DO
DA
TE
K
Wykład 7 – UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW
Inne pomysły na UKŁAD OKRESOWY
Układ "PIRAMIDALNY (TRÓJKĄTNY)"
Układ pokazuje rozbudowę kolejnych powłok elektronowych
DO
DA
TE
K
Wykład 7 – UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW
Inne pomysły na UKŁAD OKRESOWY
Układ "SPIRALNY"
Pierwiastki ułożone w jednym ciągu, rozwijającym się spiralnie od środka.
Pierwiastki d- i f-elektronowe tworzą dodatkowe pętle.
DO
DA
TE
K
Wykład 7 – UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW
Inne pomysły na UKŁAD OKRESOWY
Układ "WARSTWOWY"
Pierwiastki ułożone według opisujących je liczb kwantowych.
DO
DA
TE
K
Wykład 7 – UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW
Inne pomysły na UKŁAD OKRESOWY
Układ "BIOCHEMICZNY"
Pierwiastki ułożone według ich występowania w układach biologicznych.
DO
DA
TE
K
Wykład 7 – UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW
Inne pomysły na UKŁAD OKRESOWY
Układ "KOSMICZNY"
DO
DA
TE
K
Wykład 7 – UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW
Inne pomysły na UKŁAD OKRESOWY
Jeszcz
e
Document Outline