Historia układu okresowego pierwiastków

1869 chemik rosyjski Dymitr I. Mendelejew oraz chemik niemiecki Julius Lothar Meyer odkrywają, niezależnie od siebie, okresowość w rzędzie ciężaru atomowych pierwiastków chemicznych. Na podstawie tego stwierdzenia Mendelejew przewiduje istnienie nieznanych jeszcze pierwiastków.

W latach pięćdziesiątych XIX w. chemicy nie byli zgodni co do możliwości określenia ciężaru atomowego różnych pierwiastków. Prowadziło to do niedokładności w równaniach połączeń molekularnych. Co prawda tablica ciężarów Johna Daltona była pewną pomocą, jednak brytyjski naukowiec nie zawsze atomy od cząsteczek.

W roku 1858 włoski chemik Stanislao Cannizzaro zaznajomił się z prawem Avogadra w stosunku do gazów. Dzięki temu prawu można było określić ciężary cząsteczkowe gazów, a co za tym idzie ich skład. W 1860 r. Cannizzaro przedstawił swoje argumenty publicznie co spowodowało, że Mendelejew usystematyzował swoją klasyfikację. Opublikował on swój okresowy układ pierwiastków, uporządkowany według ciężarów atomowych, który został natychmiast rozpowszechniony w całej Europie.

Kiedy w drugim wydaniu (opublikowanym 1871 r.) Mendelejew po raz pierwszy wprowadził do swojego układu wolne miejsca, wielu ówczesnych naukowców odniosło się sceptycznie do jego koncepcji. Po prostu brakowało pierwiastków z ciężarami atomowymi odpowiednimi dla tych miejsc. Mendelejew był przekonany, że pierwiastki te muszą istnieć a tylko nie zostały dotychczas odkryte.

Mendelejew (również Meyer) poznał związek pomiędzy ciężarem atomowym pierwiastków a ich własnościami fizycznymi i chemicznymi. Ustanowił on 63 znane pierwiastki w rzędach tak, że pierwiastki o podobnej wartościowości stoją pod sobą i odkrył, że substancje w tych rzędach zachowują się podobnie pod względem fizycznym i chemicznym.
Wraz ze wzrastającym ciężarem atomowym istnieje okresowe zwiększanie i zmniejszanie wartościowości, równolegle do okresowych zmian właściwości materiałów. Na podstawie wyraźnej okresowości własności fizycznych i chemicznych przepowiada Mendelejew istnienie nie odkrytych jeszcze pierwiastków takich jak gal, skand, polon itd. Intensywne prace w chemii sprawiły, że przepowiednia ta sprawdziła się w przeciągu kilkunastu lat.

W nowoczesnym układzie okresowym pierwiastków, pierwiastki szereguje się według wzrastającej wartości liczby atomowej, a jako kryterium klasyfikacji chemicznej przyjmuje się konfigurację atomów otaczających dane jądro atomowe, której funkcją są właściwości chemiczne i większość właściwości fizycznych.Istnieje kilka wariantów układu okresowego pierwiastków, różniących się rozwiązaniem graficznym. Tak zwana forma krótka układu okresowego pierwiastków jest współczesną postacią układu Mendelejewa, uzupełnioną znanymi dotychczas pierwiastkami. Obecnie używa się tak zwanej formy długiej, przedstawiającej postać układu okresowego pierwiastków zaproponowaną w 1905 r. Przez A. Wernera. Zawiera ona symbole pierwiastków chemicznych ułożone – podobnie jak w układzie okresowym pierwiastków o innych postaciach – w szeregi poziome zwane okresami oraz jednocześnie w kolumny pionowe zwane grupami. W miarę wzrostu liczby atomowej następuje stopniowe zapełnianie powłok elektronowych atomów. Rozpoczęciu się nowego okresu odpowiada zapoczątkowanie zapełniania elektronami nowej powłoki. Powtarzanie się podobnej konfiguracji elektronów w zewnętrznych powłokach jest przyczyną okresowości właściwości chemicznych i licznych właściwości fizycznych.

Układ okresowy pierwiastków ma 7 okresów. Okresy zawierają różną liczbę pierwiastków:
- Okres 1 obejmuje tylko 2 najlżejsze pierwiastki (wodór i hel)
- 2 i 3 liczą po 8 pierwiastków
- okresy 4 i 5 – po 18
- okres 6 ogarnia 32 pierwiastki
- okres 7 (niepełny) liczy dotychczas 25 pierwiastków

W poszczególnych okresach znajdują się o zbliżonych masach atomowych i stopniowo zmieniających się właściwościach. W każdym okresie od strony lewej do prawej następuje przejście do pierwiastków silnie elektrododatnich do silnie elektroujemnych. Środek okresu zajmują pierwiastki o właściwościach pośrednich. Okresy (z wyjątkiem 7) kończą się gazem szlachetnym. W układzie okresowym pierwiastków, pierwiastki tworzą 18 grup. Dawniej rozróżniano 8 grup głównie (oznaczonych w tabeli symbolem A), rozpoczynających się w okresie 1 lub 2, i 8 grup pobocznych tak zwanych też podgrupami lub grupami dodatkowymi (oznaczonych w tabeli symbolem B), rozpoczynających się w 4 okresie. Grupa 18 – dawniej VIII głównie zawierająca gazy szlachetne, bywała też oznaczana jako grupa zerowa. W skład 3 grupy (III grupy pobocznej) wchodzą ponadto lantanowce w okresie 6 i aktynowce w okresie 7. W obrębie danej grupy pierwiastki mają analogiczną konfigurację zewnętrzną powłok elektronowych, różnią się natomiast liczbą powłok wewnętrznych. Grupa 1 i 2 oraz 13 – 18 obejmują pierwiastki, których atomy mają w najbardziej zewnętrznych powłokach elektronowych zapełnione elektronami poziomy energii s i p. Pierwiastki grupy 3 – 12 (pierwiastki przejściowe) zapełniają elektronami poziomy energii d (pierwiastki wnętrznoprzejściowe) lub f (pierwiastki wewnętrznoprzejściowe). Pierwiastki o jednakowej konfiguracji elektronów walencyjnych wykazują podobieństwo właściwości chemicznych, np. występują na takich samych stopniach utlenienia, tworzą związki chemiczne podobnego typu. Nazwy grup tworzy się od nazwy pierwiastka znajdującego się na początku danej grupy : litowce (wodór do tej grupy należy tylko formalnie), berylowce itd.