WebSite Learning
Przedmiot Chemia
kierunek kształcenia Nawigacja
Temat 2  budowa materii
Temat 4  układ okresowy pierwiastków w
ujęciu makro- i mikroskopowym
Zakład Chemii i Inżynierii środowiska
Dr hab.inż. Daniela Szaniawska, prof. nadzw.
Wydział Mechaniczny
Akademia Morska w szczecinie
Temat 4 - układ okresowy
pierwiastków
Materię tworzą
pierwiastki
czyste substancje chemiczne  związki
chemiczne
mieszaniny
Układ okresowy pierwiastków 
rozmieszczenie pierwiastków
ukazujące ich wzajemne powiązania
1. Grupy  pionowe kolumny (właściwości
pierwiastków zmieniają się w sposób
regularny)
2. Okresy  rzędy poziome
Okresy w układzie okresowym
Numery: 1  7
Okres 1 zawiera tylko 2 pierwiastki: wodór
(H) i hel (He)
Metale wewnętrznoprzejściowe ( długi blok
pod główną tablicą)
Okres 6 (górny rząd)  lantanowce (La 
lantan, Z= 57)
Okres 7 (dolny rząd)  aktynowce Ac  aktyn,
Z = 87)
Grupy w układzie okresowym
Numery grup: 1  18
Grupy główne: 1 i 2 oraz 13  18 ( wyższe
kolumny)
Grupa 1  litowce (metale alkaliczne):
lit (Li), sód (Na), potas (K), rubid (Rb), ces
(Cs), frans (Fr)
właściwości: miękkie, srebrzyste metale,
topiące się w niskich temperaturach; przy
zetknięciu z wodą wydziela się wodór; reakcja
dla litu przebiega łagodnie, ze wzrostem Z
coraz energiczniej
Grupy w układzie okresowym
Grupa 2  berylowce (metale ziem
alkalicznych):
beryl (Be), magnez (Mg), wapń (Ca), stront
(Sr), bar (Ba) i rad (Ra)
właściwości: podobne do litowców; mniej
energicznie wypierają wodór z wody:
Ca w temperaturze pokojowej
Mg po ogrzaniu
Be nie wypiera wodoru z wody nawet w
temperaturze czerwonego żaru
Grupy w układzie okresowym
Grupy 3  11  metale przejściowe:
Metale konstrukcyjne: tytan (Ti) i żelazo (Fe)
Miedziowce: miedz
(Cu), srebro (Ag), złoto
(Au)
Tworzą przejście od aktywnych chemicznie
metali grup 1 i 2 do mniej aktywnych
metali grup 12, 13 i 14 tj ołów (Pb) czy ind
(In)
Grupy w układzie okresowym
Grupa 13  borowce  bor (B), glin (Al), gal,
(Ga), ind (In), tal (Tl)
Grupa 14 - węglowce  węgiel (C ), krzem
(Si), german (Ge), cyna (Sn), ołów ( Pb) 
metaliczny charakter pierwiastków wzrasta ku
dołowi grupy
Grupa 15  azotowce  azot (N)  bizmut (Bi)
Grupa 16  tlenowce  tlen (O)  polon (Po)
Grupy w układzie okresowym
Grupa 17  fluorowce, halogenowce:
fluor (F)  bladożółty, prawie bezbarwny gaz
chlor (Cl)  żółtozielony gaz
brom (Br) -czerwonobrunatna ciecz
jod (I)  fioletowoczerwona substancja stała
Grupa 18  helowce, gazy szlachetne;
właściwości:
bardzo niechętnie wiążą się z innymi
pierwiastkami
bezbarwne, bezwonne gazy
Układ okresowy  metale, półmetale,
niemetale
Metal  przewodzi elektryczność, ma
metaliczny połysk, jest kowalny (blachy) i
ciągliwy (druty) (np.miedz
)
Niemetal  nie przewodzi elektryczności, nie
jest kowalny, ani ciągliwy (gazy w
temperaturze pokojowej)
Półmetal  ma wygląd i pewne właściwości
fizyczne metalu lecz zachowuje się
chemicznie jak niemetal (np.siarka)
Układ okresowy  metale, niemetale,
półmetale
Metale leżą po lewej, niemetale po prawej
stronie układu okresowego
Metale i niemetale są rozdzielone prze leżące
po przekątnej półmetale
Półmetale  7 pierwiastków: bor (B) - grupa
13, Z=5; krzem (Si), Z=14 i german (Ge), Z=
32  grupa 14; arsen (As), Z=33 i antymon
(Sb), Z=51  grupa 15; tellur (Te), Z=52 i
polon (Po), Z=84  grupa 16
Np. Ind (In), Z=49, leży po lewej stronie  metal,
daleko od litowców  metal mało reaktywny
Układ okresowy  przykład.1-wykorzystywanie
liczb atomowych i masowych
Treść zadania:
Ile protonów, neutronów i elektronów zawierają
atomy:
a) Azotu -15
b) Tlenu -16
c) Żelaza  56
d) Uranu  238
e) Plutonu - 239
strategia
Z  liczba atomowa  liczba protonów
A  liczba masowa  suma protonów i
neutronów
Liczba elektronów = liczbie protonów ( atom
obojętny)
odpowiedz

Z A protony neutrony elektrony
(A  Z)
Azot 7 15 7 8 7
Tlen 8 16 8 8 8
Żelazo 26 56 26 30 26
Uran 92 238 92 146 92
Pluton 94 239 94 145 94
Przykład.2.  korzystanie z układu
okresowego
Treść zadania:
Podać symbol, numer grupy i okresu oraz
zidentyfikować jako metal, niemetal lub półmetal
każdy z następujących pierwiastków:
a) Ołów
b) Siarka
c) Arsen
d) Kobalt
e) Cez
f) chlor
strategia
Znalez
ć symbol i liczbę atomową
Zlokalizować w układzie okresowym
Nr grupy  kolumna pionowa
Nr okresu  rząd poziomy
Metale  lewa strona układu
Niemetale  prawa
Półmetale - przekątna
odpowiedz

Pierwiastek symbol Z grupa okres M/N/PM
Ołów Pb 82 14 6 metal
Siarka S 16 16 3 niemetal
Arsen As 33 15 4 półmetal
Kobalt Co 27 9 4 metal
Cez Cs 55 1 6 metal
Chlor Cl 17 17 3 niemetal
Budowa materii  substancje chemiczne,
czyste - związki chemiczne
Związki chemiczne  substancja złożona z dwóch
lub większej liczby pierwiastków, których atomy
występują w określonym, charakterystycznym
stosunku (prawo stałości składu)
Podział:
Cząsteczkowe (złożone z cząsteczek  określona,
odrębna, obojętna elektrycznie grupa powiązanych ze
sobą atomów)
Jonowe ( złożone z jonów  dodatnio lub ujemnie
naładowany atom lub grupa powiązanych ze sobą
atomów)
Wzory chemiczne
Wzór chemiczny  ogólny zapis wyrażający
skład związku za pomocą chemicznych
symboli tworzących ten związek pierwiastków
Wzór empiryczny  wzór chemiczny
określający względne zawartości atomów
każdego pierwiastka za pomocą
najmniejszych liczb całkowitych
Wzór cząsteczkowy  określa rzeczywiste
liczby atomów każdego pierwiastka w
cząsteczce
Związki chemiczne cząsteczkowe
Wzór cząsteczkowy  informuje jakie i ile
atomów danego pierwiastka zawiera
cząsteczka; np.H2O; CO2;
Wzór strukturalny  symbole pierwiastków +
kreski oznaczające wiązania między atomami
H  O  H
O = C = O
Związki chemiczne jonowe
Wzór chemiczny związku jonowego:
zawiera symbole pierwiastków lub grup
pierwiastków tworzących kationy i aniony oraz
podaje stosunek liczb zawartych w związku
kationów wyrażany za pomocą najmniejszych
liczb całkowitych
NaCl; H2SO4; Mg(OH)2
Związki chemiczne jonowe
Kation  jon naładowany dodatnio; np.Na+
Anion  jon naładowany ujemnie; np.Cl-
Metale tworzą kationy, a niemetale aniony; ładunek
jonu zależy od grupy, do której należy tworzący jon
pierwiastek:
A
adunek kationów utworzonych przez pierwiastki z
grupy 1 i 2 jest równy numerowi grupy; Na+; Ba+2
pierwiastki z grup 12 i 13 tworzą kationy o ładunku
równym nr grupy  10; Cd+2 (12  10); Ga+3 (13-10)
Niemetale tworzą aniony o ładunku równym nr grupy -
18; O-2 (16-18); P-3 (15-18)
Przykład  przewidywanie jaki jon
utworzy pierwiastek grupy głównej
Treść zadania:
Jakie jony utworzą następujące pierwiastki grup
głównych:
a) Wapń
b) Selen
c) Jod
d) Glin
e) Siarka
f) Potas
strategia
Ustalić czy pierwiastek jest metalem czy
niemetalem na podstawie położenia w
układzie okresowym (metal  kation; niemetal
 anion)
A
adunek anionu  zidentyfikować grupę i
odjąć 18
A
adunek kationu:
Grupa 1 i 2  nr grupy
Grupy 12 i 13  nr grupy odjąć 10
odpowiedz

Pierwiastek grupa K/A ładunek symbol
jonu
Wapń 2 K +2 Ca+2
Selen 16 A - 2 Se-2
Jod 17 A - 1 I-
Glin 13 K +3 Al+3
Siarka 16 A - 2 S-2
Potas 1 K +1 K+
Przykład  interpretacja wzorów
chemicznych
Treść zadania:
Określić typ substancji i podać liczbę atomów
każdego pierwiastka w następujących
cząsteczkach:
a) N2O4
b) (NH4)2SO4
c) P4
d) Ca3(PO4)2
e) Al(OH)3
strategia
Substancja jest pierwiastkiem, gdy we wzorze
występuje tylko jeden pierwiastek
Substancja jest związkiem, gdy występują 2 lub
więcej pierwiastków
Związek cząsteczkowy tworzą dwa niemetale
(wyjątek jon amonowy)
Związek jonowy tworzą z reguły metal i niemetal
Symbol chemiczny reprezentuje atom pierwiastka
Indeks dolny podaje liczbę atomów każdego
pierwiastka
odpowiedz

Związek rodzaj liczba atomów
substancji pierwiastka
N2O4 zw. cząst. 2N, 4O
(NH4)2SO4 zw. jonowy 8H, 2N, 1S, 4O
P4 p. cząst. 4P
Ca3(PO4)2 zw. jonowy 3Ca, 2P, 8O
Al(OH)3 zw. jonowy 1Al, 3H, 3O
Budowa materii - mieszaniny
Mieszaniny są złożone z czystych substancji
(pierwiastków i związków chemicznych)
Stany skupienia:
Ciało stałe (sztywna forma materii)
Ciekłe ( płynna forma materii, zajmuje dolną część
pojemnika, ma określoną powierzchnię)
Gazowe (płynna forma materii, wypełnia cały pojemnik)
Typy:
Heterogeniczne (np.mieszanina cukru i piasku, mleko)
Homogeniczne (np.roztwór cukru i wody)  roztwory:
Rozpuszczalnik + substancje rozpuszczone
Wodne, niewodne ( pranie na sucho - rozpuszczanie
tłuszczu i brudu w rozpuszczalnikach organicznych),
stałe (mosiądz  stały roztwór miedzi w cynku)
Właściwości materii
Fizyczne  badane bez zmiany tożsamości materii
Stan skupienia
Temperatura wrzenia, topnienia
Gęstość
Barwa
Przewodność elektryczna
Chemiczne  badanie wymaga zmiany tożsamości
materii
Reakcje z kwasami, zasadami, tlenem (spalanie)
Właściwości utleniająco-redukujące
Rozkład na prostsze substancje
Korozja
Różnice między mieszaninami i
związkami chemicznymi
lp Mieszanina związek
1. można rozdzielić nie można
metodami fiz. rozdzielić m.fiz.
2. skład zmienny skład stały
3. właściwości zależą właściwości nie
od właściwości zależą od wł.
składników składników
Hierarchia materiałów
Gaz
Ciecz Materia
Ciało stałe
m. fiz.
Heterogeniczne Substancje
Mieszaniny
Homogeniczne czyste
m. chem.
Związki Pierwiastki
Metody fizyczne rozdziału mieszanin
Filtracja, sączenie (różnice rozpuszczalności)
Destylacja (różne temperatury wrzenia)
Chromatografia ( różna zdolność
adsorbowania substancji na stałych
powierzchniach)
Liczność materii
Liczność materii  ilość substancji - podaje się w
molach
Definicja mola  liczba atomów zawarta w 12 g
węgla, C  12
1 mol atomów, cząsteczek, jonów zawiera NA = 6,023
x 1023 cząstek (liczba Avogadra)
Masa molowa
Pierwiastka  masa 1 mola atomów pierwiastka, g/mol
Mp [g/mol] = mp [g] x NA [1/mol]
Związku chemicznego - masa 1 mola cząsteczek
związku, g/mol  suma mas molowych tworzących go
pierwiastków, pomnożonych przez liczby atomów tych
pierwiastków we wzorze chemicznym
Przykład  wyznaczanie % składu
masowego związków i ich wzorów
Treść zadania:
analiza próbki witaminy C o masie 8,0 g
wykazała, że zawiera ona 3,27 g węgla,
0,366 g wodoru i 4,36 g tlenu; wyznaczyć
skład % tego związku, jego wzór empiryczny i
cząsteczkowy
Strategia
Wyznaczanie składu %:
% masowy pierwiastka = masa pierwiastka
podzielona przez masę próbki razy 100%
Wyznaczanie wzoru empirycznego:
Na podstawie jego % składu i mas molowych
obecnych w nim pierwiastków
Wyznaczanie wzoru cząsteczkowego:
Wzór empiryczny pomnożony przez liczbę
jednostek formalnych odpowiadającą
zmierzonej masie molowej związku
odpowiedz

Skład %:
%mas C = 3,27/8,0 = 40,9%
%mas H = 0,366/8,0 = 4,58%
% mas O = 4,36/8,0 = 54,5 %
40,9% C + 4,6% H + 54,5 %O = 100%
odpowiedz

Wzór empiryczny:
Obliczenie liczby moli C, H i O w cząsteczce witaminy
C
Liczba moli węgla w 100g próbce = 40,9 g/12,01g/mol
= 3,41 mola C
Liczba moli wodoru 4,58g/1,0079g/mol = 4,54 mola H
Liczba moli tlenu = 54,5g/16g/mol = 3,41 mola O
Stosunek 3,41 : 4,54 : 3,41 = 1 : 1,33 : 1 = 3:4:3
C3H4O3
Masa molowa wynikająca z wzoru empirycznego
wynosi: 3 x12 + 4 x 1 + 3 x 16 = 36 +4 + 48 = 88
g/mol
odpowiedz

Wzór cząsteczkowy
Masa molowa witaminy C wyznaczona
metodą spektrometrii mas wynosi M = 176,14
g/mol
Liczba jednostek formalnych w cząsteczce
witaminy C = masa molowa witaminy C
podzielona przez masę molową wynikającą z
wzoru empirycznego
l.j.f = 176,14g/mol/88g/mol = 2
C6H8O6
Temat 2 - Budowa atomu  struktura
elektronowa atomu
Pozwala na zrozumienie chemicznych
właściwości pierwiastków i ich
rozmieszczenia w układzie okresowym
Decyduje o rodzaju i liczbie tworzonych przez
atom wiązań
Najprostszy model opracowany przez Nielsa
Bohra  elektron krąży po określonej orbicie
wokół jądra (mechanika klasyczna)
Model oparty na mechanice kwantowej 
teoria orbitali atomowych (TOA)
Budowa atomu - TOA
Elektron jest jednocześnie cząstką i falą
(dualizm falowo-korpuskularny  podstawa
współczesnego opisu atomu)
Orbita elektronu zastąpiona orbitalem
atomowym - funkcja falowa elektronu 
chmura otaczająca jądro; gęstość chmury
reprezentuje prawdopodobieństwo
znalezienia elektronu w każdym pcie
TOA  liczby kwantowe
Każdy orbital atomowy określony jest przez 3
liczby kwantowe: n, l, ml
Elektron ma właściwość zwaną spinem,
opisany czwartą liczbą kwantową - ms
Liczby kwantowe elektronów w
atomach
Nazwa symbol wartość określa podaje
Główna n 1,2,.. Powłokę wielkość
Poboczna l 0,1,& , n-1 podpowłokę kształt
Magne- ml +l, 0, -l orbital kierunek
tyczna
Spinowa ms +1/2, -1/2 spin kierunek
spinu
Typy orbitali atomowych
l oznaczenie podpowłoki
(orbital atomowy)
0 s
1 p
2 d
3 f
4 g
5 h
Powiązania między powłokami,
podpowłokami i orbitalami
Powłoka podpowłoka orbital
l=2, d 3d
+2 +1 0 -1 -2
n=3 l=1, p +1 0 -1 3p
0 3s
l=o, s
+1 0 -1 2p
l=1, p
n=2
l=0, s 0 2s
0
l=0, s 1s
n=1
n l ml
Przykład  identyfikowanie liczby
orbitali w powłoce
Treść zadania:
Ile orbitali znajduje się powłoce :
a) n=4
b) n=6
c) Ustalić wzór ogólny na liczbę orbitali dla
dowolnego n
strategia
Ustalić jakie podpowłoki występują w powłoce
Ustalić jakie orbitale występują w każdej
podpowłoce
Policzyć ilość orbitali
Ustalić wzór ogólny
odpowiedz

4f +3 +2 +1 0 -1 -2 -3
16 = n 2
4d +2, +1 0 -1 -2
a) n=4
4p +1 0 -1
4s 0
a) n =6 36
Przykład  zapisywanie konfiguracji
elektronowej atomów
Treść zadania:
Określić konfigurację elektronową stanu
podstawowego następujących atomów:
a) węgla
b) tlenu
c) azotu
d) siarki
e) chloru
strategia
Ustalić liczbę obecnych elektronów na
podstawie liczby atomowej Z
Obsadzać po 2 elektrony na każdym orbitalu
zgodnie z zasadą rozbudowy powłok
odpowiedz

Pierwiastek Z konfiguracja elektronowa
Węgiel 6 1s2 2s2 2p2
Azot 7 1s2 2s2 2p3
Tlen 8 1s2 2s2 2p4
Siarka 16 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4
Chlor 17 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
Struktura elektronowa a układ
okresowy
Układ podzielony jest na bloki s, p, d, f
( każda z tych liter oznacza ostatnią podpowłokę
obsadzoną elektronami w atomie danego
pierwiastka)
Dwa wyjątki : wodór i hel
Bloki s i p obejmują grupy główne
( analogiczne konfiguracje elektronowe powłok
walencyjnych tylko różne n)
Blok s  nr grupy (1 i 2) pokrywa się z liczbą
elektronów walencyjnych (lit -1; magnez -2)
Blok p  liczba elektronów walencyjnych równa się nr
grupy odjąć 10 ( chlor grupa 17 posiada 7 elektronów
walencyjnych)
Struktura elektronowa a układ
okresowy
Każdy nowy okres odpowiada obsadzaniu
powłoki o nowej głównej liczbie kwantowej
(stąd różne długości okresów):
Okres 1  H (1s1) i He (1s2)  zapełnienie
orbitalu 1s
Okres 2  osiem pierwiastków od Li (1s2 2s1)
do Ne (1s2 2s2 2p6) - orbitale 2s i 2p zostają
zapełnione przez 8 elektronów
Okres 3  osiem pierwiastków od Na do Ar 
zapełnianie orbitali 3s i 3p przez 8 dalszych
elektronów
Struktura elektronowa a układ
okresowy
Okres 4  8 elektronów orbitali 4s i 4p oraz 10
elektronów orbitalu 3d (18 pierwiastków od K do Kr)
Okres 5  dalsze 18 elektronów zapełnia orbitale 5s,
4d i 5p (18 pierwiastków od Rb do Xe)
Okres 6  ogólna liczba elektronów w atomie wzrasta
o 32 (orbitale 4f obsadzone przez 14 elektronów)
Pierwiastki bloku f w okresie 6  lantanowce
(zbliżone właściwości, atomy różnią się tylko
obsadzeniem wewnętrznych orbitali f  nie odgrywają
większej roli w tworzeniu wiązań chemicznych
Pierwiastki bloku f w okresie 7  aktynowce
(promieniotwórcze metale o zbliżonych
właściwościach)
Struktura elektronowa a układ
okresowy
Bloki układu okresowego oznaczone są
literami: s, p,d,f, które określają ostatnie
orbitale obsadzone zgodnie z zasadą
rozbudowy powłok
Nr okresu pokrywa się z główna liczbą
kwantową powłoki walencyjnej
Przykład  konfiguracja elektronów
walencyjnych atomów w grupie
Treść zadania:
Podać:
a) Liczbę elektronów walencyjnych
b) Konfigurację elektronów walencyjnych atomów w
grupie do której należą:
c) sód
d) magnez
e) wapń
f) tlen
g) cyna
h) arsen
strategia
Ustalić okres i grupę
Okres określa blok (s,p,d,f) a grupa ilość
elektronów walencyjnych:
Blok s, grupa 1 i 2  ilość elektronów
walencyjnych równa się nr grupy;
konfiguracja ns
Blok p  ilość e.w. równa się nr grupy  10;
konfiguracja ns np.
odpowiedz

Pierwiastek okres/grupa ilość elektronów
/konfiguracja
Sód 3/1 1/ns1
Magnez 3/2 2/ns2
Wapń 4/2 2/ns2
Tlen 2/16 6/ns2 np4
Cyna 5/14 4/ns2 np2
Arsen 5/15 5/ns2 np3