Cz owiek od dawna stara si klasyfikowa substancje chemiczne
Klasyfikacja alchemiczna
http://www.meta-synthesis.com/webbook/35_pt/pt.html
1
Pierwszy uk ad okresowy pierwiastków
Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois (1862) - pierwszy uk ad okresowy
wykorzystuj cy masy atomowe; pierwiastki uszeregowane spiralnie na obwodzie walca
podzielonego na 16 kolumn; tlenowa skala mas atomowych, w której masa atomowa tlenu jest
równa 16 !
2
Uk ad okresowy pierwiastków Mendelejewa
D. Mendelejeff, Zeitscrift für Chemie 12, 405-406 (1869)
3
Uk ad okresowy pierwiastków Meyera
4
& oraz liczne dziwne propozycje:
5
6
7
Uk ad okresowy pierwiastków
Okresowo w ciwo ci chemicznych
pierwiastków wynika z powtarzalno ci
(okresowo ci) konfiguracji elektronowej
zewn trznej pow oki elektronowej, tzw.
Dymitr Mendelejew Lothar Meyer
pow oki walencyjnej, która bierze udzia
w tworzeniu wi za chemicznych.
Uk ad okresowy to uszeregowanie, w formie tabeli, 117 znanych pierwiastków chemicznych
ze wzrostem liczby atomowej Z. Historycznie, Mendelejew (1869) i Meyer (1870) zrobili to
wed ug rosn cej masy atomowej. Okresy (wiersze tabeli) zawieraj pierwiastki o tej samej
liczbie pow ok elektronowych: numer okresu równy jest liczbie pow ok. Grupy (kolumny
tabeli) grupuj pierwiastki o tej samej konfiguracji elektronowej pow oki walencyjnej.
8
Nowoczesny uk ad okresowy
1 18
pierwiastków
IA VIIIA
1 2
H 2 13 14 15 16 17 He
Kolory: metale, pó metale,
IIA IIIA IVA VA VIA VIIA
3 4 niemetale, gazy szlachetne. 5 6 7 8 9 10
Li Be B C N O F Ne
11 12 13 14 15 16 17 18
8 9 10
Na Mg 3 4 5 6 7 11 12 Al Si P S Cl Ar
IIIB IVB VB VIB VIIB ---------VIIIB------- IB IIB
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86
Cs Ba *La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
87 88 89 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118
Ac
Fr Ra Unq Unp Unh Uns Uno Une Uun Uuu Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
*Lantanowce Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
A
90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103
X
Aktynowce
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Z
A = Z + N
blok s blok p blok d blok f
9
I VIII
Grupy g ówne A
A A
1 2
H II III IV V VI VII He
A A A A A A
3 4 5 6 7 8 9 10
Kolory: metale, pó metale,
Li Be B C N O F Ne
niemetale, gazy szlachetne.
blok s
11 12 13 14 15 16 17 18
Na Mg Al Si P S Cl Ar
blok p
19 20 31 32 33 34 35 36
K Ca Ga Ge As Se Br Kr
37 38 49 50 51 52 53 54
blok d
Rb Sr In Sn Sb Te I Xe
55 56 81 82 83 84 85 86
Cs Ba Tl Pb Bi Po At Rn
blok f
87 88 113 114 115 116 117 118
Fr Ra Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
*Lantanowce
Aktynowce
Grupy g ówne numeracja rzymska od I do VIII.
Numer grupy = liczbie elektronów s + p na pow oce walencyjnej, czyli maksymalnie 8.
10
Grupy poboczne B
Kolory: metale, pó metale,
niemetale, gazy szlachetne.
III IV V VI VII VIIIB I II
blok s
B B B B B B B
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
blok p
39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
57 72 73 74 75 76 77 78 79 80
blok d
*La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg
89 104 105 106 107 108 109 110 111 112
Ac Unq Unp Unh Uns Uno Une Uun Uuu Uub
blok f
58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
*Lantanowce Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103
Aktynowce
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Dalej IB, gdy (n-1)d10ns1 [zamiast (n-1)d9ns2],
Dla grup IIIB  VIIB elektrony d traktuje si jako walencyjne:
czyli 1 elektron na walencyjnej podpow oce s
IIIB konfiguracja (n-1)d1ns2, tj. 3 elektrony walencyjne
(analogia do grupy g ównej IA)
IVB konfiguracja (n-1)d2ns2, tj. 4 elektrony walencyjne
i IIB, gdy (n-1)d10ns2, czyli 2 elektrony na walencyjnej
VB konfiguracja (n-1)d3ns2, tj. 5 elektronów walencyjnych
podpow oce s (analogia do grupy g ównej IIA)
VIB konfiguracja (n-1)d4ns2, tj. 6 elektronów walencyjnych
VIIIB  Ru i Os maj stopie utlenienia +VIII:
VIIB konfiguracja (n-1)d5ns2, tj. 7 elektronów walencyjnych
triady  elazowce, platynowce lekkie, platynowce ci kie
11
Uk ad okresowy pierwiastków: bloki, po enie H i He
Najmniejszy atom
Po rednia elektroujemno (2,2 wg Paulinga)
Raczej blok s !
Jony H+ (wodorowe) i H- (wodorkowe)
Bloki pierwiastków:
s, p, d i f.
12
wersja 2007
13
 ciwo ci typowych metali
Pierwiastki elektrododatnie, czyli w reakcjach maj tendencj do oddawania elektronów.
Tworz jony dodatnie.
Maj dodatnie stopnie utlenienia, cz sto dwa. Ni szy dla metali grup g ównych i przej ciowych 3d
jest wa niejszy. Dla metali przej ciowych 4d i 5d wa niejsze staj si wy sze stopnie utlenienia,
których mo e by kilka.
W stanie pierwiastkowym s reduktorami.
Tlenki metali maj w ciwo ci zasadowe. Metale tworz zasady.
Metale grup g ównych tworz wodorki jonowe, które s cia ami sta ymi o w ciwo ciach
redukcyjnych. Metale przej ciowe tworz niestechiometryczne wodorki mi dzyw owe.
Halogenki metali s zazwyczaj trudno lotne (cia a sta e).
Atomy metali tworz mi dzy sob wi zania metaliczne a z niemetalami wi zania jonowe.
Z powodu wi za metalicznych w kryszta ach, metale maj po ysk metaliczny, s kowalne,
ci gliwe, s dobrymi przewodnikami ciep a i elektryczno ci.
Metale maj na ogó wi ksz g sto oraz wy sze temperatury topnienia i wrzenia ni niemetale.
Hg jest ciecz w warunkach normalnych, Ga i Cs maj temperatury topnienia ok. 30oC.
W stanie gazowym wyst puj w postaci jednoatomowej.
14
 ciwo ci typowych niemetali
Pierwiastki elektroujemne, czyli w reakcjach maj tendencj do przy czania elektronów.
Tworz jony ujemne.
Oprócz F, maj dodatnie i ujemne stopnie utlenienia.
W stanie pierwiastkowym s utleniaczami.
Tlenki niemetali maj ciwo ci kwasowe. Atomy niemetali s atomami centralnymi w anionach
kwasów tlenowych.
Niemetale tworz lotne kowalencyjne wodorki, z których niektóre (H2O, NH3, HF) asocjuj w
wyniku tworzenia mi dzymolekularnych wi za wodorowych.
Halogenki niemetali s raczej lotne.
Atomy niemetali tworz ze sob wi zania kowalencyjne a z metalami wi zania jonowe.
Niemetale tworz zwykle kryszta y molekularne (np. fullereny), rzadziej kowalencyjne (np.
diament, grafit).
W stanie sta ym nie maj po ysku (ew. szklisty), raczej kruche i s izolatorami ciep a i
elektryczno ci.
Ze wzgl du na tworzenie kryszta ów molekularnych, maj mniejsz g sto i ni sze temperatury
topnienia i wrzenia ni metale.
Wi kszo niemetali jest w warunkach normalnych gazami, rzadziej cia ami sta ymi (C, P, S, Se, I,
At). Brom jest ciecz (Br2).
W stanie gazowym wyst puj w postaci moleku dwu- i wieloatomowych.
15
Odczytywanie konfiguracji elektronowej atomu z uk adu okresowego
Rozwini ty uk ad okresowy
4s2 3d1
6s2 4f0 5d1
5s2 4d1
7s2 5f0 6d1 6s2 4f14 5d1
7s2 5f14 6d1
Bi: [Xe] 6s2 4f14 5d10 6p3 30Zn: [Ar] 4s2 3d10 92U: [Rn] 7s2 5f3 6d1
83
16
Nazewnictwo ostatnich pierwiastków w uk adzie okresowym
1. Nazewnictwo liczebnikowe angielsko- aci skie (liczebnik + ko cówka ium)
0 nil 1 un 2 bi 3 tri 4 quad 5 pent
6 hex 7 sept 8 oct 9 enn
112 Uub ununbium 106 Unh unnilhexium
2. Nazewnictwo IUPAC i PTCh
101 Mendelevium Md (mendelew)
102 Nobelium No (nobel)
103 Lawrencium Lr (lawrans)
104 Rutherfordium Rf (ruterford)
105 Dubnium Db (dubn)
106 Seaborgium Sg (siborg)
107 Bohrium Bh (borium)
108 Hassium Hs (hassium)
109 Meitnerium Mt (maitner)
17
Chronologia odkrywania pierwiastków
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
110 111 112 113 114 115 116 117 118
Fr Ra Lr Rf Ha Sg Ns Hs Mt
?
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No
Przed 1600 1700-1800 1850-1900 1950-2000
1600-1700
1800-1850 1900-1950
18
Jakie pierwiastki zna Dalton ? (1808)
19
294
Odkrycie najci szego pierwiastka: ununoctium Uuo
118
Pierwiastek klasyfikowany jako niemetaliczny, najprawdopodobniej bezbarwny
gaz w temperaturze 298 K.
Odkrycie: 2002 rok  Dubna (Rosja) i Lawrance Livermore National Laboratory
(USA)
W 2002 r. wyprodukowano 1 atom a w 2005 r. uda o si otrzyma jeszcze 2
atomy.
249 48
W 2002 r. eksperyment trwa 4 miesi ce. Bombardowano Cf wi zk Ca.
98 20
294
Zu yto 2,5×1019 atomów wapnia, eby wyprodukowa jeden atom Uuo :
118
249 48 294
Cf + Ca Uuo + 310n
98 20 118
Izotop Uuo szybko si rozpada z emisj cz stek :
294 290 4
Uuo Uuh + He (1.29 ms)
118 116 2
290 286 4
Uuh Uuq + He (14.4 ms)
116 114 2
286 282 4
Uuq Uub + He (230 ms)
114 112 2
20
Prawo Moseley a (1913)
e
K
A
Z / K s
-

10-8  10-11 m
100  0,1 Å
Lampa rentgenowska
1 Å = 10-10 m
K  katoda emituj ca elektrony (promienie katodowe)
A  antykatoda (anoda) z danego pierwiastka o liczbie
atomowej Z, emituj ca promieniowanie X o cz sto ci
= k (Z  s)2
Parametry k i s s sta ymi wyznaczonymi przy pomocy pierwiastków o znanej
liczbie atomowej Z. Mierzymy i wyznaczamy Z.
Inna posta wzoru: K Z s
lub Z / K s
21
Rozpowszechnienie pierwiastków w zewn trznych warstwach Ziemi (atmosfera,
hydrosfera, biosfera, skorupa ziemska do 16 km w g b kuli ziemskiej)
Pierwiastek % Pierwiastek %
Nr Nr
masy masy
1 tlen 45,0 9 wodór 0,90
2 krzem 27,0 12 fosfor 0,11
3 glin 8,2 15 siarka 0.04
4 elazo 6,1 18 giel 0,02
5 wap 4,6 33 azot 0,002
Biopierwiastki
H ówne > 1 mola
Pierwiastki g ówne w g/70 kg
0,001 mola < ladowe < 1 mola
B C N O F cia a doros ego cz owieka:
O 45 500 P 700
Na Mg
Si P S Cl
C 12 600 S 175
K Ca V Cr
Mn Fe Co Ni Cu Zn As Se Br H 7 000 K 140
N 2 100 Na 105
Mo
I
Ca 1 050 Cl 105
Mg 28
Pierwiastki mikro ladowe < 0,001 mola  nie zosta y uwzgl dnione w tabeli.
22