Periodisk tabel af elementerne historie, struktur, elementer

den Periodisk tabel af elementerne er et værktøj, der gør det muligt at konsultere de kemiske egenskaber af de 118 elementer, der er kendt indtil nu. Det er vigtigt, når du udfører støkiometriske beregninger, forudsig de fysiske egenskaber for et element, klassificer dem og find periodiske egenskaber mellem dem..

Atomer bliver tungere, da deres kerner tilføjer protoner og neutroner, som også skal ledsages af nye elektroner; ellers ville elektroneutralitet ikke være muligt. Således er nogle atomer meget lette, som hydrogen, og andre, superheavy, som oganneson.

Hvem er skyldig et sådant hjerte i kemi? Til forskeren Dmitri Mendeléyev, der i 1869 (næsten 150 år siden) efter et årti af teoretiske studier og eksperimenter udgav den første periodiske tabel i et forsøg på at organisere de 62 elementer, der var kendt på det tidspunkt.

Hertil kommer, at Mendeléyev baseret på kemiske egenskaber, samtidig med at Lothar Meyer udgav et andet periodisk bord, der blev organiseret i overensstemmelse med elementernes fysiske egenskaber.

Indledningsvis indeholdt tabellen "tomme rum", hvis elementer ikke havde været kendt i disse år. Mendeléyev var dog i stand til at forudsige flere af dens egenskaber med mærkbar præcision. Nogle af disse elementer var: germanium (som han kaldte eka-silicium) og gallium (eka-aluminium).

De første periodiske tabeller bestilte elementerne i henhold til deres atommasser. Dette arrangement fik lov til at se nogle periodicitet (gentagelse og lighed) i elementernes kemiske egenskaber; Ikke desto mindre overgik elementerne i overgangen ikke med denne orden eller de ædle gasser.

Af denne grund var det nødvendigt at bestille elementerne i betragtning af atomnummeret (antal protoner) i stedet for atommassen. Herfra blev Mendeleevs periodiske bord perfekeret og afsluttet sammen med det hårde arbejde og bidrag fra mange forfattere..

indeks

• 1 Historie af det periodiske bord
  • 1.1 Elements
  • 1,2 symbologi
  • 1.3 Udvikling af ordningen
  • 1.4 Gardinskrue fra Chancourtois (1862)
  • 1,5 Octaves of Newlands (1865)
  • 1.6 Table of Mendeléyv (1869)
  • 1.7 Moseley Periodisk Tabel (nuværende periodiske tabel) - 1913
• 2 Hvordan er det organiseret? (Struktur og organisation)
  • 2.1 Perioder
  • 2,2 grupper
  • 2.3 Antal protoner vs valenceelektroner
• 3 elementer af det periodiske bord
  • 3.1 Blok s
  • 3.2 Blok s
  • 3.3 Repræsentative elementer
  • 3.4 Overgangsmetaller
  • 3.5 Metaller af intern overgang
  • 3.6 Metaller og ikke-metaller
  • 3.7 Metalfamilier
  • 3.8 Metalloider
  • 3,9 gasser
• 4 anvendelser og applikationer
  • 4.1 Forudsigelse af oxidernes formler
  • 4.2 Valencias af elementerne
  • 4.3 Digitale periodiske tabeller
• 5 Betydningen af ​​det periodiske bord
• 6 referencer

Det periodiske bords historie

elementer

Anvendelsen af ​​elementer som grundlag for at beskrive miljøet (mere præcist, til naturen) er blevet brugt siden antikken. Men på den tid blev de omtalt som faser og tilstander af materie, og ikke den måde, hvorpå der henvises fra middelalderen.

De gamle grækere havde troen på, at planeten vi beboede var dannet af de fire grundlæggende elementer: ild, jord, vand og luft.

På den anden side var antallet af elementer i det antikke Kina fem og i modsætning til grækerne udelukket de luft og omfattede metal og træ.

Den første videnskabelige opdagelse blev lavet i 1669 af det tyske Henning Brand, der opdagede fosfor; Fra den dato blev alle efterfølgende elementer registreret.

Det er værd at nævne, at nogle elementer som guld og kobber allerede var kendt før fosfor; forskellen er, at de aldrig blev registreret.

symbolik

Alkymisterne (forgængere af de nuværende kemikere) gav navn til elementerne i forhold til konstellationerne, deres opdagere og de steder, hvor de blev opdaget.

I år 1808 foreslog Dalton en række tegninger (symboler) for at repræsentere elementerne. Derefter blev dette noteringssystem erstattet af Jhon Berzelius (brugt til i dag), da Dalton-modellen blev kompliceret, da nye elementer optrådte.

Udviklingen af ​​ordningen

De første forsøg på at oprette et kort til at organisere informationen om kemiske elementer fandt sted i det nittende århundrede med Triads of Döbereiner (1817).

I årenes løb er der fundet nye elementer, der giver anledning til nye organisatoriske modeller, indtil de er nået.

Chancurtois tellurisk skrue (1862)

Alexandré-Émile Béguyer de Chancourtois konstruerede en papirhelikix, hvor han viste en spiralgrafik (tellurisk skrue).

I dette system bestilles elementerne på en stigende måde i forhold til deres atomvægte. Lignende elementer er justeret lodret.

Octaves of Newlands (1865)

I fortsættelse med Döbereiner-arbejdet beordrede den britiske John Alexander Queen Newlands de kemiske elementer i stigende rækkefølge vedrørende atomvægten og bemærkede, at hver syv elementer havde ligheder i deres egenskaber (hydrogen er ikke medtaget).

Bord af Mendeléyv (1869)

Mendeléyv beordrede de kemiske elementer i stigende rækkefølge med hensyn til atomvægt, idet de i samme søjle placerede dem, hvis egenskaber var ens. Han forlod huller i sin periodiske bordmodel forud for udseendet af nye elementer i fremtiden (foruden at forudsige de egenskaber, han skulle have).

Ædelgasser er ikke opført i Mendeléyvs bord, da de endnu ikke var blevet opdaget. Desuden overvejede Mendeléiv ikke hydrogen.

Moseley periodiske bord (nuværende periodiske tabel) - 1913

Henry Gwyn Jeffreys Moseley foreslog at bestille de kemiske elementer i det periodiske bord i henhold til deres atomnummer; det vil sige baseret på deres antal protoner.

Moseley oplyste den "periodiske lov" i 1913: "Når elementerne er sat i rækkefølge af deres atomantal, viser deres fysiske og kemiske egenskaber periodiske tendenser".

Således viser hver vandret række eller periode en type forhold, og hver kolonne eller gruppe viser en anden.

Hvordan er det organiseret? (Struktur og organisation)

Det kan bemærkes, at kagen i det periodiske bord har flere farver. Hver farve associerer elementer med lignende kemiske egenskaber. Der er orange, gule, blå, lilla søjler; grønne firkanter og en grøn æblet diagonal.

Bemærk at kvadraterne i de midterste kolonner er grålige, så alle disse elementer skal have noget til fælles, og det er, at de er overgangsmetaller med halvfyldte orbitaler..

På samme måde er elementerne i de lilla firkanter, selv om de går fra gasformige stoffer, fra en rødlig væske og endda solid sort (jod) og sølvgrå (astatin), deres kemiske egenskaber, der gør dem kongener. Disse egenskaber styres af deres atomers elektroniske strukturer.

Organiseringen og strukturen af ​​det periodiske bord er ikke vilkårlig, men adlyder en række periodiske egenskaber og værdimønstre bestemt for elementerne. Hvis den metalliske karakter for eksempel falder fra venstre til højre på bordet, kan et metallelement ikke forventes i øverste højre hjørne.

perioder

Elementerne er arrangeret i rækker eller perioder afhængigt af deres orbitals energiniveau. Før perioden 4, da elementerne lykkedes i stigende rækkefølge af atommassen, blev det konstateret, at for hver otte af dem blev de kemiske egenskaber gentaget (oktaverloven, John Newlands).

Overgangsmetallerne blev indlejret med andre ikke-metalliske elementer, såsom svovl og fosfor. Af denne grund var indtrængen af ​​kvantefysik og elektroniske konfigurationer til forståelsen af ​​moderne periodiske tabeller afgørende..

Orbitalerne af et energisk lag er fyldt med elektroner (og kernerne af protoner og neutroner), som det bevæger sig langs en periode. Dette energiske lag går hånd i hånd med størrelsen eller atomradiusen; derfor er elementerne i de øvre perioder mindre end dem der er under.

H og han er i det første (periode) energiniveau; den første række af grå firkanter i fjerde periode og rækken af ​​orange firkanter i den sjette periode. Bemærk, at selvom sidstnævnte synes at være i den formodede niende periode, hører den faktisk til den sjette, lige efter den gule boks Ba.

grupper

Gennem en periode finder vi, at massen, antallet af protoner og elektroner stiger. I samme kolonne eller gruppe, selvom massen og protonerne varierer, er antallet af elektroner af valenslaget det er det samme.

For eksempel har H i en første kolonne eller gruppe en enkelt elektron i 1s-kredsløbet¹, ligesom Li (2s¹), natrium (3s¹), kalium (4s¹) og så videre indtil francen (7s¹). At nummer 1 angiver, at disse elementer næppe har en valenselektron og tilhører derfor gruppe 1 (IA). Hvert element er i forskellige perioder.

Ikke tæller hydrogen, grøn kasse, elementerne under den er orange kasser og kaldes alkaliske metaller. Endnu en boks til højre i en hvilken som helst periode er gruppen eller kolonne 2; det vil sige, dets elementer har to valenceelektroner.

Men at flytte et skridt videre til højre, uden kendskab til d orbitaler, kommer du til boregruppen (B) eller gruppe 13 (IIIA); i stedet for gruppe 3 (IIIB) eller scandium (Sc). Under hensyntagen til fyldningen af ​​d-orbitalerne begynder periferien af ​​de grå firkanter at blive dækket: overgangsmetallerne.

Tal af protoner mod valenselektroner

Når man studerer det periodiske bord, kan der opstå forvirring mellem atomnummeret Z eller antallet af totale protoner i kernen og mængden af ​​valenselektroner. For eksempel har carbon en Z = 6, det vil sige den har seks protoner og derfor seks elektroner (ellers kunne det ikke være et atom med en neutral ladning).

Men af ​​de seks elektroner, fire er fra valencia. Af den grund er dens elektroniske konfiguration [He] 2s²2p². [Han] betegner de to elektroner 1s² af det lukkede lag, og teoretisk deltager ikke i dannelsen af ​​kemiske bindinger.

Også fordi carbon har fire valenselektroner, er "bekvemt" placeret i gruppe 14 (IVA) i det periodiske bord.

Elementerne under carbon (Si, Ge, Sn, Pb og Fl) har højere atomantal (og atommasser); men alle har til fælles de fire valenselektroner. Dette er nøglen til at forstå, hvorfor et element tilhører en gruppe og ikke en anden.

Elementer af det periodiske bord

Bloker s

Som netop forklaret, er grupper 1 og 2 kendetegnet ved at have en eller to elektroner i s orbitaler. Disse orbitaler er af sfærisk geometri, og når du går ned gennem nogen af ​​disse grupper, erhverver elementerne lag, der forøger størrelsen af ​​deres atomer.

Ved at præsentere stærke tendenser i deres kemiske egenskaber og måder at reagere på, er disse elementer organiseret som s-blok. Derfor tilhører alkalimetaller og jordalkalimetaller i denne blok. Den elektroniske konfiguration af elementerne i denne blok er ns (1s, 2s, etc.).

Selv om heliumelementet er i øverste højre hjørne af bordet, er dets elektroniske konfiguration 1s² og tilhører derfor denne blok.

Bloker p

I modsætning til blok s har elementerne i denne blok helt fyldte orbitaler, mens deres p orbitaler fortsætter med at fylde med elektroner. De elektroniske konfigurationer af elementerne tilhørende denne blok er af ns typen²np^1-6 (p orbitaler kan have en eller op til seks elektroner at fylde).

Så i hvilken del af det periodiske bord er denne blok? Til højre: de grønne, lilla og blå firkanter; det vil sige ikke-metalliske elementer og tungmetaller, såsom vismut (Bi) og bly (Pb).

Begyndende med bor, med elektronisk konfiguration ns²np¹, kulen til højre tilfører en anden elektron: 2s²2p². Dernæst er de elektroniske konfigurationer af de andre elementer i periode 2 i blok p: 2s²2p³ (nitrogen), 2s²2p⁴ (oxygen), 2s²2p⁵ (fluor) og 2s²2p⁶ (Neon).

Hvis du går ned til de lavere perioder, har du energiniveauet 3: 3s²3p^1-6, og så videre til slutningen af ​​blok p.

Bemærk, at det vigtigste ved denne blok er, at fra element 4 har dets elementer helt fyldte orbitaler (blå bokse til højre). Sammenfattende: blok s er til venstre for det periodiske bord og blokkerer p, til højre.

Repræsentative elementer

Hvad er de repræsentative elementer? De er dem, der på den ene side nemt mister elektroner, eller på den anden side får de dem til at fuldføre valensoktetten. Med andre ord: de er elementerne i blokkene s og p.

Deres grupper skelnes fra andre med et bogstav A i slutningen. Således var der otte grupper: fra IA til VIIIA. Men i øjeblikket er nummereringssystemet, der anvendes i moderne periodiske tabeller, arabisk fra 1 til 18, herunder overgangsmetaller.

Af denne grund kan borruppen være IIIA eller 13 (3 + 10); kulstofgruppen, moms eller 14 og den af ​​de ædle gasser, den sidste til højre for bordet, VIIIA eller 18.

Overgangsmetaller

Overgangsmetallerne er alle elementerne i de grå firkanter. I løbet af deres perioder fylder de deres orbitaler d, som er fem og kan derfor have ti elektroner. Da de skal have ti elektroner til at fylde disse orbitaler, så skal der være ti grupper eller kolonner.

Hver af disse grupper i det gamle nummereringssystem blev udpeget med romertal og et bogstav B i enden. Den første gruppe, nemlig scandium, var IIIB (3), jern, kobolt og nikkel VIIIB for at have meget lignende reaktiviteter (8, 9 og 10) og zink IIB (12).

Som det kan ses, er det meget nemmere at genkende grupper efter arabiske tal end ved at bruge romerske tal.

Interne overgangsmetaller

Fra periode 6 i det periodiske bord begynder f orbitaler at være energisk tilgængelige. Disse skal fyldes først end d orbitalerne; og derfor er dets elementer sædvanligvis adskilt for ikke at forlænge bordet for meget.

De sidste to perioder, orange og grå, er de interne overgangsmetaller, også kaldet lanthanider (sjældne jordarter) og actinider. Der er syv f orbitaler, som har brug for fjorten elektroner til at fylde, og derfor skal der være fjorten grupper.

Hvis disse grupper tilføjes til det periodiske bord, vil der være 32 i alt (18 + 14), og der vil være en "langstrakt" version:

Den lyserøde række svarer til lantanoiderne, mens den mørke lyserøde række svarer til actinoiderne. Lanan, La med Z = 57, actinium, Ac med Z = 89, og hele blok f tilhører den samme gruppe af scandium. Hvorfor? Fordi scandium har en orbital nd¹, som er til stede i resten af ​​lantanoiderne og actinoiderne.

La og Ac har 5d valence konfigurationer¹6s² og 6d¹7s². Når det bevæger sig til højre gennem begge rækker, begynder 4f og 5f-orbitalerne at fylde. Når du er færdig, når du elementerne Lutecio, Lu og Laurencio, Lr.

Metaller og ikke-metaller

Forladt bag kagen af ​​det periodiske bord er det mere bekvemt at ty til det af det øvre billede, selv i sin aflange form. I øjeblikket har de fleste af de nævnte elementer været metaller.

Ved stuetemperatur er alle metaller faste stoffer (undtagen kviksølv, som er flydende) af sølvfarvet farve (undtagen kobber og guld). Også de er normalt hårde og lyse; selvom de i blokken er bløde og skrøbelige. Disse elementer er kendetegnet ved deres evne til at miste elektroner og danne M kationer⁺.

I tilfælde af lantanoider mister de de tre 5d elektroner¹6s² at blive trivalente kationer M³⁺ (som La³⁺). Cerium er derimod i stand til at miste fire elektroner (Ce⁴⁺).

På den anden side udgør ikke-metalliske elementer den mindste del af det periodiske bord. De er gasser eller faste stoffer med kovalent bundne atomer (såsom svovl og fosfor). Alle er placeret i blok p; mere præcist i den øverste del af sidstnævnte øges den metalliske karakter (Bi, Pb, Po).

Derudover vinder ikke-metaller i stedet for at miste elektroner. Således danner de X anioner^- med forskellige negative ladninger: -1 for halogener (gruppe 17) og -2 for chalcogener (gruppe 16, oxygen).

Metalfamilier

Inden for metaller er der en intern klassifikation for at skelne mellem dem:

-Metallerne i gruppe 1 er alkaliske

-Gruppe 2, jordalkalimetaller (Mr. Becambara)

-Gruppe 3 (IIIB) Scandium familie. Denne familie er i overensstemmelse med scandium, gruppens leder, yttrium Y, af lantan, actinium og alle lantanoider og actinoider.

-Gruppe 4 (IVB), titanfamilie: Ti, Zr (zirconium), Hf (hafnium) og Rf (rutherfordio). Hvor mange valenceelektroner har de? Svaret er i din gruppe.

-Gruppe 5 (VB), vanadiumfamilie. Gruppe 6 (VIB), kromfamilie. Og så videre indtil zinkfamilien, gruppe 12 (IIB).

metalloid

Den metalliske karakter øges fra højre til venstre og fra top til bund. Men hvad er grænsen mellem disse to typer af kemiske elementer? Denne grænse består af elementer kendt som metalloider, som har egenskaber af både metaller og ikke-metaller.

Metalloiderne kan ses i det periodiske bord i "trappen", der starter med bor, og slutter i det radioaktive element astatin. Disse elementer er:

-B: bor

-Silicon: Ja

-Ge: germanium

-Som: arsen

-Sb: antimon

-Te: Tellurium

-På: astatin

Hver af disse syv elementer udviser mellemliggende egenskaber, som varierer afhængigt af det kemiske miljø eller temperatur. En af disse egenskaber er halvleder, dvs. metalloider er halvledere.

gasser

Ved jordiske forhold er de gasformige elementer de ikke-lette metaller, såsom nitrogen, oxygen og fluor. Også klor, hydrogen og ædelgasser falder ind under denne klassificering. Af dem alle er de mest emblematiske de ædle gasser på grund af deres lave tendens til at reagere og opføre sig som fri atomer.

Sidstnævnte er i gruppe 18 i det periodiske bord og er:

-Helio, He

-Neon, Ne

-Argon, Ar

-krypton, kr

-Xenon, Xe

-Radon, Rn

-Og den seneste af den syntetiske ædelgas oganneson, Og.

Alle ædle gasser har til fælles valensekonfigurationen ns²np⁶; det vil sige, de har fuldført hvælvetoketten.

Stater med aggregering af elementerne ved andre temperaturer

Elementerne er i fast, flydende eller gasformig tilstand afhængig af temperaturen og styrken af ​​deres vekselvirkninger. Hvis Jordens temperatur skulle afkøle, indtil den nåede det absolutte nul (0K), ville alle elementerne fryses; med undtagelse af helium, som ville kondensere.

Ved denne ekstreme temperatur vil resten af ​​gassen være i form af is.

På den anden ekstrem, hvis temperaturen var omkring 6000K, "alle" ville elementerne være i en gasformig tilstand. Under disse forhold kunne bogstaveligt talt skyer af guld, sølv, bly og andre metaller overholdes.

Anvendelser og applikationer

Det periodiske bord alene har altid været og vil være et værktøj til rådgivning af symboler, atommasser, strukturer og andre egenskaber af elementerne. Det er meget nyttigt, når du udfører støkiometriske beregninger, som er dagens orden i mange opgaver inden for og uden for laboratoriet.

Ikke kun det, men også det periodiske bord gør det muligt at sammenligne elementerne i den samme gruppe eller periode. Så du kan forudsige, hvordan visse forbindelser af elementerne vil være.

Forudsigelse af oxidernes formler

For eksempel for oxiderne af alkalimetallerne ved at have en enkelt valenselektron og derfor en valens på +1 forventes formlen af ​​deres oxider at være af M-typen.₂O. Dette kontrolleres med hydrogenoxid, vand, H₂O. Også med natriumoxider, Na₂O og kalium, K₂O.

For de andre grupper skal deres oxider have en generel formel M₂O_n, hvor n er lig med gruppens nummer (hvis elementet er fra blok p, beregnes n-10). Kulstof, der tilhører gruppe 14, danner således CO₂ (C₂O₄/ 2); Svovl, fra gruppe 16, SO₃ (S₂O₆/ 2); og nitrogen, fra gruppe 15, N₂O₅.

Dette gælder dog ikke for overgangsmetaller. Dette skyldes, at selvom jern tilhører gruppe 8, kan det ikke tabe 8 elektroner, men 2 eller 3. Derfor er det i stedet for at huske formlerne vigtigt at være opmærksom på valennerne af hvert element.

Valencias af elementerne

De periodiske tabeller (nogle) viser de mulige valenser for hvert element. At kende disse kan man på forhånd estimere nomenklaturen for en forbindelse og dens kemiske formel. Valenserne, som nævnt ovenfor, er relateret til gruppens nummer; selvom det ikke gælder for alle grupper.

Valenserne afhænger mere af atomernes elektroniske struktur, og hvilke elektroner kan virkelig tabe eller vinde.

Ved at kende antallet af valenselektroner kan man også starte med Lewis-strukturen af ​​en forbindelse fra denne information. Det periodiske bord giver derfor studerende og fagfolk mulighed for at skitsere strukturer og gøre plads til en undersøgelse af mulige geometrier og molekylære strukturer.

Periodiske digitale tabeller

I dag har teknologien tilladt periodiske tabeller at være mere alsidige og give mere information til rådighed for alle. Flere af dem giver slående illustrationer af hvert element, samt et kort resumé af dets vigtigste anvendelser.

Den måde, hvorpå den interagerer med dem, øger deres forståelse og studier. Den periodiske tabel skal være et værktøj, der er glædeligt for øjet, let at udforske, og den mest effektive metode til at kende dens kemiske elementer er at rejse fra perioder til grupper.

Betydningen af ​​det periodiske bord

I øjeblikket er det periodiske bord det vigtigste organisatoriske instrument for kemi på grund af de detaljerede forhold mellem dets elementer. Dens brug er afgørende for både studerende og lærere samt forskere og mange fagfolk inden for kemi og teknik.

Se bare på det periodiske bord, du får en enorm mængde og information hurtigt og effektivt, såsom:

- Litium (Li), beryllium (Be) og bor (B) udfører elektricitet.

- Litium er et alkalimetal, beryllium er et jordalkalimetal og bor er ikke-metal.

- Litium er den bedste dirigent for de tre navngivne, efterfulgt af beryllium og endelig bor (halvleder).

Ved at lokalisere disse elementer i det periodiske bord kan du således straks konkludere deres tendens til elektrisk ledningsevne.

referencer

1. Scerri, E. (2007). Det periodiske bord: dets historie og dets betydning. Oxford New York: Oxford University Press.
2. Scerri, E. (2011). Det periodiske bord: en meget kort introduktion. Oxford New York: Oxford University Press.
3. Moore, J. (2003). Kemi til dummies. New York, NY: Wiley Pub.
4. Venable, F.P ... (1896). Udviklingen af ​​den periodiske lov. Easton, Pennsylvania: Chemical Publishing Company.
5. Ball, P. (2002). Ingredienserne: En rundvisning af elementerne. Oxford New York: Oxford University Press.
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8. udgave). CENGAGE Learning.
7. Royal Society of Chemistry. (2018). Periodisk tabel. Hentet fra: rsc.org
8. Richard C. Banks. (Januar 2001). Det Periodiske Tabel. Hentet fra: chemistry.boisestate.edu
9. Fysik 2000. (s.f.). Oprindelsen af ​​det periodiske system. Hentet fra: physics.bk.psu.edu
10. King K. & Nazarewicz W. (7. juni 2018). Er der en ende på det periodiske bord? Hentet fra: msutoday.msu.edu
11. Dr. Doug Stewart. (2018). Det Periodiske Tabel. Hentet fra: chemicool.com
12. Mendez A. (16. april 2010). Mendeleev periodiske bord. Hentet fra: quimica.laguia2000.com