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