Układ okresowy pierwiastków a konfiguracja elektronowa
Rosyjski chemik Dmitrij Mendelejew w roku 1869 opublikował pierwszą formę układu okresowego. Układ ten porządkował wszystkie znane ówcześnie pierwiastki wykorzystując okresowo pojawiające się podobieństwo w ich właściwościach chemicznych i fizycznych. W tzw. tablicy Mendelejewa chemik pozostawiał puste miejsca, bowiem jego geniusz już wówczas przewidział istnienie innych pierwiastków, a także ich dokładnego położenia w układzie.
Współczesny układ okresowy różni się od tego, zaproponowanego w XIX w. przez Menelejewa. Przedstawia on ułożone wraz z wrastającą liczbą atomową (Z) pierwiastki. Obok wzoru pierwiastka i jego liczby atomowej w układzie okresowym widnieje także jego masa (masa atomowa (A)), która podaje masę atomu w atomowych jednostkach masy u (ang. unit) Jednostka ta jest równa \( 1,660 *10^{-24} g \). Należy pamiętać, o czym wspomniano w podrozdziale Jądro atomowe, że liczba masowa pierwiastka nie jest równa masie atomowej.
Pierwiastki te uporządkowane i przedstawione są w postaci 18 grup (kolumny pionowe) 7 okresów (wierszy) pierwiastków. Grupę stanowi zbiór pierwiastków o takiej samej (lub podobnej) konfiguracji elektronowej. Nazwę grupy tworzy się od jej pierwszego przedstawiciela (z wyjątkiem wodoru), przez co w układzie znajdujemy grupę litowców, berylowców, borowców itd. Liczba wskazująca na okres, w którym mieści się dany pierwiastek określa wartość głównej liczby kwantowej, natomiast przynależność pierwiastka do grupy określana jest liczbą elektronów na ostatniej powłoce (tzw. walencyjnej).
Układ okresowy pierwiastków dzielimy na tzw. bloki energetyczne. Liczba grup pierwiastków mieszcząca się w obrębie danego bloku jest ściśle zależna od maksymalnej liczby elektronów, jaką może zmieścić dana podpowłoka. Rodzaj poziomów orbitalnych zapełnianych jako ostatnie przez atomy tego pierwiastka jest podstawowym kryterium jego przynależności do danego bloku.
Elektrony walencyjne determinują wartościowość danego pierwiastka w związkach chemicznych. Przede wszystkim zależność tę obserwujemy dla pierwiastków grup głównych (blok s oraz p). Maksymalna wartościowość jest równa sumie elektronów na powłoce walencyjnej (elektronów s i p). W przypadku pierwiastków grup przejściowych (blok d) i wewnątrzprzejściowych (blok f) elektronami walencyjnymi mogą być elektrony rozmieszczone na podpowłokach elektrony ns i (n-1)d (dla bloku d), oraz ns, (n-1)d i (n-2)f – dla bloku f. Efektem bardzo zbliżonej konfiguracji elektronów walencyjnych pierwiastków ostatniego z omawianych bloków energetycznych (tzw. lantanowce i aktynowce), wykazują bardzo podobne właściwości chemiczne.
Rozłożenie pierwiastków w układzie okresowym wykazuje pewne tendencje (trendy).
Wyższe wartości w stosunku do pierwszej energii jonizacji odpowiadają oderwaniu kolejnego elektronu (tzw. druga, trzecia energia jonizacji).
\( \ce{Cu}_{(g)} \rightarrow \ce{Cu}^+_{(g)} + \ce{e}^- \hspace{1in} \ce{E}_j^1=785\frac{kJ}{mol} \)
\( \ce{Cu}^+_{(g)} \rightarrow \ce{Cu}^{+2}_{(g)} + \ce{e}^- \hspace{1in} \ce{E}_j^2=1955\frac{kJ}{mol} \)
\( \ce{O}_{(g)} + \ce{e}^- \rightarrow \ce{O}^{-}_{(g)} \hspace{1in} \ce{E}_{pe}^1= -141\frac{kJ}{mol} \)
Także wartość promienia atomowego ulega zmianie w ramach poruszania się po układzie okresowym. W danym okresie największy promień atomowy wykazują pierwiastki grupy litowców. Jego wartość generalnie maleje wraz ze wzrostem liczby atomowej w okresie. Ma to związek z coraz silniejszym przyciąganiem elektronów do rosnącego ładunku jądra atomowego. W grupach natomiast promień atomowy rośnie ze względu na to, że wzrasta liczba powłok elektronowych.
, Creative Commons Uznanie Autorstwa 3.0 Polska)
, Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0 Polska)