Prawo okresowosci Mendelejewa

Współcześnie znanych jest 118 pierwiastków, z których 88 występuje w przyrodzie w łatwo wykrywalnych ilościach. Kilka następnych otrzymano za pomocą reakcji jądrowych w analitycznie oznaczalnej ilości, a ostatnich kilka pierwiastków, jak dotychczas, otrzymano w najmniejszej nie dającej się oznaczyć ilości, lecz pomimo to ich chemiczna indywidualność została jednoznacznie udowodniona. Wszystkie pierwiastki pogrupowane są w tablicy nazywanej "Układem okresowym pierwiastków". Już w pierwszych latach XIX wieku podejmowano próby ułożenia w logiczny sposób tablicy w której swoje miejsce znalazłyby odkrywane pierwiastki. Pierwsze próby systematyki pierwiastków nie doprowadziły do zadawalających rezultatów. Próby takie podejmowali; Dobereiner, Newlands i Meyer. Dopiero w 1870 Mendelejew rozwiązał zagadnienie w sposób właściwy. Opracował on prawo okresowości, którego wyrazem jest układ okresowy (rys. 4.1).

D.I. Mendelejew zastosował następujące założenia opracowanej przez siebie klasyfikacji pierwiastków;
- pierwiastki uszeregowane zgodnie ze wzrastającą masą atomową wykazują powtarzalność (periodyczność) swoich właściwości (tzw. prawo okresowości).
- w tabeli układu okresowego przewidziane były miejsca dla prawdopodobnie istniejących, a nieodkrytych jeszcze pierwiastków,
- w kilku miejscach układu przestawiono kolejność pierwiastków, uznając podobieństwo właściwości pierwiastków w tej samej grupie za ważniejsze od ich wzrastającej masy atomowej.

Układ okresowy pierwiastków podany przez Mendelejewa składał się z rzędów poziomych (okresów) i pionowych (grup), przy czym grupy tworzyły pierwiastki o zbliżonych właściwościach. Puste miejsca pozostawione były dla odkrytych później; skandu (Sc), galu (Ga), germanu (Ge), itru (Y), technetu (Tc), indu (In), ceru (Ce) i renu (Re)
Prawo okresowości w swojej pierwotnej wersji mówiło, że właściwości pierwiastków zależą od ich mas atomowych i okresowo powtarzają się.

Rys. 1 Układ okresowy pierwiastków (patrz załącznik)

Od czasów Mendelejewa nasza wiedza o pierwiastkach została znacznie poszerzona. I tak formalnie wprowadzone liczby porządkowe w tablicy Mendelejewa, ułożonych pierwotnie na podstawie czysto chemicznego materiału doświadczalnego, zyskały sens fizyczny po wyznaczeniu ładunków jąder. Wielkość ta obecnie nazywana jest liczbą atomową (Z) i określa nam ilość elektronów lub ilość protonów w atomie. Zastosowanie teorii kwantowej do wyjaśnienia budowy powłok elektronowych znacznie przybliżyło nam zrozumienie budowy układu okresowego a odkrycia wielu nowych pierwiastków znacznie tablicę Mendelejewa poszerzyły.

Budowa współczesnego układu okresowego

Opracowanie przez D.I. Mendelejewa układu okresowego pierwiastków jest jednym z najważniejszych osiągnięć w chemii. A mianowicie zastosowanie tablicy D.I. Mendelejewa pozwoliło w znacznej mierze uporządkować obfity materiał doświadczalny i właściwie sformułować wnioski co do istoty budowy materii i zachodzących przemian chemicznych. Używany obecnie układ okresowy jest zrekonstruowaną wersją tablicy Mendelejewa, uzupełnioną o grupę mało aktywnych chemicznie gazów szlachetnych oraz zawierającą nowo odkryte i sztucznie wytworzone pierwiastki. Układ ten w swej współczesnej postaci przedstawia rysunek 2.

Rys. 2 Układ okresowy pierwiastków (patrz załącznik)

Układ okresowy pierwiastków jest niezwykle cenną pomocą dla chemika. We współczesnym układzie okresowym, podobnie jak w tablicy Mendelejewa pierwiastki ułożone są w rzędy poziome, zwane okresami, i kolumny pionowe, zwane grupami. Okresów mamy siedem a każdy okres zawiera ściśle określoną liczbę pierwiastków, a mianowicie:
- okres 1 (H, He)
- okres 2 (Li, Be, B, C, N, O, F, Ne)
- okres 3 (Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar)
- okres 4 - 18 pierwiastków
- okres 5 - 18 pierwiastków
- okres 6 -32 pierwiastki
- i ostatni, okres 7, niepełny.

Podstawą współczesnego układu okresowego pierwiastków stanowi ich konfiguracja elektronowa wyznaczająca podział na bloki; s, p, d, f (rys.2).
Właściwości pierwiastków zmieniają się w okresie stopniowo i powtarzają w okresie następnym. Było to podstawą do podziału tablicy na osiemnaście grup pionowych.

Wszystkie grupy mają swoją nazwę. I tak pierwiastki grupy bloku s i p;
- 1 - nazywane są litowcami
- 2 - berylowcami
- 13 - borowcami
- 14 - węglowcami
- 15 - azotowcami
- 16 - tlenowcami
- 17 - fluorowcami
- 18 - helowcami (gazami szlachetnymi)

Podobnie nazywa się pierwiastki bloku d. Są to: skandowce (3), tytanowce (4), wanadowce (5), chromowce (6), manganowce (7). W grupach 8, 9 i 10 są umieszczone tzw. triady, tj. żelazowce, platynowce lekkie, platynowce ciężkie. Wreszcie w grupie 11 znajdują się miedziowce i w 12 cynkowce.

Należy jeszcze wymienić pierwiastki bloku f liczące po czternaście pierwiastków, leżące w grupie trzeciej, są to lantanowce (okres szósty) i aktynowce (okres siódmy).
Konfiguracje elektronowe pierwiastków a prawo okresowości

Podstawą budowy współczesnego układu okresowego pierwiastków jest konfiguracja elektronowa pierwiastków, wyznaczająca podział na grupy i okresy. Konfiguracje elektronowe wybranych pierwiastków przedstawiono w tablicy 1.
Tablica 1

Z przedstawionych konfiguracji elektronowych możemy odczytać, że istnieje związek między budową układu okresowego a rozkładem elektronów w atomach, szczególnie zewnętrznych powłok elektronowych. I tak pierwiastki zaliczone do grupy 1 na ostatniej powłoce walencyjnej mają jeden elektron, grupy 2 - dwa elektrony, grupy 13 - trzy elektrony, grupy 17 - siedem elektronów i gazy szlachetne (grupa 18) - osiem elektronów. Podobnie poziome szeregi układu okresowego - okresy - zawierają pierwiastki, których atomy mają taką samą liczbę powłok elektronowych. Przykłady: pierwiastki pierwszego okresu posiadają tylko jedną powłokę, pierwiastki drugiego okresu dwie powłoki, pierwiastki trzeciego okresu trzy powłoki, pierwiastki czwartego okresu cztery powłoki, itd. Zabudowa powłok elektronowych każdego okresu kończy się ośmioma elektronami ( z wyjątkiem pierwszego). Jest to jedna z najważniejszych prawidłowości układu okresowego, zwana regułą oktetu.

Podobną prawidłowość daje zauważyć wśród pierwiastków zaliczonych do bloku d (tablica 2).
Tablica 2 - Konfiguracje elektronowe wybranych pierwiastków grup bloku d układu okresowego

Znajomość opisanych prawidłowości pozwala nam sformułować nam nową wersję prawa okresowości.

Prawo okresowości w swojej współczesnej wersji mówi, że właściwości pierwiastków chemicznych uporządkowanych według wzrastających liczb atomowych Z powtarzają się okresowo.