Układ okresowy a budowa atomu - To jest chemia 1 (ZR)

1.Pierwiastek chemiczny (definicja współczesna)

Zbiór atomów o takiej samej liczbie atomowej $Z$, czyli o jednakowej liczbie protonów w jądrze atomowym. Dawna definicja - substancja, której nie można podzielić na prostsze składniki żadną znaną metodą - nie była do końca słuszna.

2.Prawo okresowości

Właściwości pierwiastków chemicznych powtarzają się okresowo wraz ze zwiększaniem się ich liczb atomowych. Mendelejew sformułował je dla pierwiastków uszeregowanych według rosnącej masy atomowej; dziś podstawą uszeregowania jest liczba atomowa $Z$.

3.Założenia klasyfikacji pierwiastków Mendelejewa

Pierwiastki uszeregowane według rosnącej masy atomowej okresowo zmieniają właściwości; układ tworzą poziome szeregi i pionowe kolumny, a pierwiastki jednej kolumny mają zbliżone właściwości; trzeba zostawić miejsca dla nieodkrytych pierwiastków; podobieństwo właściwości w grupie jest ważniejsze od masy atomowej.

4.Eka-pierwiastki

Nieodkryte jeszcze pierwiastki, dla których Mendelejew zostawił w układzie puste miejsca, np. eka-glin pod glinem i eka-krzem pod krzemem. Z ich położenia przewidział przybliżone masy atomowe i właściwości, co potwierdziło odkrycie galu (eka-glinu) i germanu (eka-krzemu).

5.Kolejność telluru i jodu w układzie okresowym

Mendelejew umieścił jod (126,9 u) za tellurem (127,6 u), choć jod ma mniejszą masę atomową, bo podobieństwo właściwości w grupie uznał za ważniejsze od masy. Dzięki temu jod znalazł się w jednej grupie z fluorem, chlorem i bromem.

6.Współczesny układ okresowy

Zmodyfikowana wersja tablicy Mendelejewa, uwzględniająca elektronową budowę atomu; pierwiastki są w nim ułożone według rosnącej liczby atomowej $Z$. Zawiera też nieznane wówczas gazy szlachetne oraz nowo odkryte, często sztucznie otrzymane pierwiastki.

7.Okresy

Poziome szeregi układu okresowego; jest ich 7 (numery od 1 do 7). Atomy pierwiastków jednego okresu mają taką samą liczbę powłok elektronowych.

8.Grupy

Pionowe kolumny układu okresowego; jest ich 18 (numery od 1 do 18). Atomy pierwiastków jednej grupy mają identyczną konfigurację zewnętrznych powłok elektronowych, dlatego pierwiastki te mają bardzo zbliżone właściwości chemiczne.

9.Nazwy grup 1.-2. i 13.-18.

1. - litowce, 2. - berylowce, 13. - borowce, 14. - węglowce, 15. - azotowce, 16. - tlenowce, 17. - fluorowce, 18. - helowce. Nazwy pochodzą od pierwszego pierwiastka grupy; litowce nazwano od drugiego pierwiastka, bo wodór wyraźnie różni się od pozostałych.

10.Gazy szlachetne

Pierwiastki 18. grupy (helowce) - gazowe, bierne chemicznie, czyli niewykazujące aktywności chemicznej. Mendelejew ich nie znał; uwzględnia je dopiero współczesny układ okresowy.

11.Metale przejściowe, lantanowce i aktynowce

Grupy 3.-12. to grupy przejściowe, a ich pierwiastki - metale przejściowe. Osobno umieszcza się lantanowce (od ceru, $Z = 58$, do lutetu, $Z = 71$) i aktynowce (od toru, $Z = 90$, do lorensu, $Z = 103$); w formie długiej układu są one częścią okresów 6. i 7.

12.Metale, niemetale i pierwiastki o właściwościach pośrednich

Ze względu na właściwości fizyczne i chemiczne pierwiastki dzieli się na metale i niemetale. Właściwości pośrednie mają bor, krzem, german, arsen, antymon, tellur i astat (bywają nazywane półmetalami). Okres zwykle zaczyna się aktywnym metalem, a kończy niemetalem, np. 3. okres - od sodu do argonu.

13.Bloki konfiguracyjne (energetyczne)

Wyodrębnione w układzie okresowym zbiory pierwiastków o podobnej konfiguracji elektronów walencyjnych; są 4: $s$, $p$, $d$ i $f$. O przynależności do bloku decyduje to, w których podpowłokach są elektrony walencyjne: tylko w $s$ - blok $s$; w $s$ i $p$ - blok $p$; w $s$ i $d$ - blok $d$.

14.Blok s

Pierwiastki grup 1. i 2. oraz hel. W zewnętrznej powłoce ($n$) ich atomy mają tylko podpowłokę $s$ z jednym ($ns^1$) albo dwoma ($ns^2$) elektronami, np. wapń: $[\mathrm{Ar}]\,4s^2$.

15.Blok p

Pierwiastki grup 13.-18. (bez helu). Zewnętrzna powłoka ich atomów składa się z całkowicie zapełnionej podpowłoki $s$ ($ns^2$) i podpowłoki $p$ zawierającej od 1 do 6 elektronów (od $np^1$ do $np^6$), np. german: $[\mathrm{Ar}]\,4s^2 3d^{10} 4p^2$, elektrony walencyjne $4s^2 4p^2$.

16.Blok d

Pierwiastki grup 3.-12. Ich atomy mają w zewnętrznej powłoce podpowłokę $s$ z jednym lub dwoma elektronami, a kolejne elektrony uzupełniają podpowłokę $d$ przedostatniej powłoki: od $(n-1)d^1$ do $(n-1)d^{10}$. Np. wanad: $[\mathrm{Ar}]\,4s^2 3d^3$.

17.Elektrony tworzące wiązania w atomach pierwiastków bloku d

W tworzeniu wiązań chemicznych przez atom pierwiastka bloku $d$ biorą udział elektrony zewnętrznej podpowłoki $s$ oraz wewnętrznej podpowłoki $d$. Wyjątkami są m.in. cynk i kadm.

18.Liczba powłok elektronowych a numer okresu

Liczba powłok elektronowych w atomie jest równa numerowi okresu, w którym leży pierwiastek, np. atomy pierwiastków 4. okresu mają 4 powłoki ($K$, $L$, $M$, $N$). Wyjątkiem jest np. pallad: leży w 5. okresie, a ma 4 powłoki.

19.Liczba elektronów walencyjnych a numer grupy

W atomach pierwiastków grup 1.-12. liczba elektronów walencyjnych jest równa numerowi grupy, a grup 13.-18. - numerowi grupy pomniejszonemu o 10. Wyjątek: hel leży w 18. grupie, a ma 2 elektrony walencyjne.

20.Informacje z kafelka pierwiastka w układzie okresowym

Liczba atomowa $Z$ to liczba protonów, ładunek jądra ($+Z$) i liczba elektronów w atomie; numer okresu to liczba powłok elektronowych, a numer grupy wskazuje liczbę elektronów walencyjnych. Na kafelku są też symbol, nazwa i masa atomowa pierwiastka (w u).

21.Ustalanie konfiguracji elektronowej na podstawie układu okresowego

Zaczyna się od wodoru i przechodzi kolejnymi okresami aż do pola danego pierwiastka, zapisując podpowłoki mijanych bloków: w bloku $s$ - $ns$, w bloku $p$ - $np$, a w bloku $d$ - $(n-1)d$, gdzie $n$ to numer okresu. Liczba mijanych pól bloku w danym okresie to liczba elektronów w tej podpowłoce. Zdarzają się wyjątki, np. atom chromu ma konfigurację $[\mathrm{Ar}]\,4s^1 3d^5$ (sześć elektronów niesparowanych).

22.Kolejność podpowłok 4s i 3d w zapisie konfiguracji

Podpowłoka $4s$ ma niższą energię niż $3d$, dlatego jest zapełniana wcześniej. W zapisie konfiguracji podpowłoki można podać w kolejności zapełniania albo według numerów powłok, np. tytan: $[\mathrm{Ar}]\,4s^2 3d^2$ lub $[\mathrm{Ar}]\,3d^2 4s^2$.

23.Konfiguracje elektronów walencyjnych pierwiastków grup głównych

Grupa 1.: $ns^1$, grupa 2.: $ns^2$, grupy 13.-18.: od $ns^2np^1$ do $ns^2np^6$, gdzie $n$ to numer okresu; wyjątek - hel: $1s^2$. Np. wodór: $1s^1$, węgiel: $2s^2 2p^2$, wapń: $4s^2$.

24.Zapis kropkowy elektronów walencyjnych

Elektrony walencyjne pierwiastków grup głównych zaznacza się kropkami przy symbolu: pojedyncza kropka to elektron niesparowany, a dwie kropki - para elektronowa. Np. atom pierwiastka 15. grupy ($ns^2np^3$) ma jedną parę i trzy pojedyncze kropki, a 17. grupy - trzy pary i jedną kropkę.

25.Ustalanie położenia pierwiastka na podstawie budowy atomu

Liczba powłok elektronowych wskazuje numer okresu, a liczba elektronów walencyjnych - numer grupy (w bloku $p$ numer grupy jest o 10 większy od liczby elektronów walencyjnych). Elektrony walencyjne w jednej, zewnętrznej powłoce mają pierwiastki bloków $s$ i $p$, a w dwóch powłokach ($ns$ i $(n-1)d$) - pierwiastki bloku $d$.