PERIODICKÁ SÚSTAVA PRVKOV str. 54 - 63

-2-

Pojmy ako periodická tabuľka prvkov či periodický zákon sú vám iste známe. Vieme, že v usporiadaní chemických prvkov existuje systém a že prvky nie sú v tomto systéme usporiadané náhodne. Skúsme si však priblížiť vývoj tohto systému a formulovania jedného zo základných zákonov chémie.

Ľudia poznali základné chemické prvky, napríklad meď, striebro či zlato, už v období antiky. Grécky matematik a prírodovedec Aristoteles považoval za základné substancie živly – zem, vodu, vzduch a oheň. Prvý, kto svojou experimentálnou prácou objavil chemický prvok, bol nemecký alchymista Henning Brand, ktorý sa snažil objaviť Kameň mudrcov. Objavil biely fosfor, ktorého existenciu v roku 1680 potvrdil anglický prírodovedec Robert Boyle.

Niečo z histórie periodickej tabuľky prvkov

Prvé snahy usporiadať prvky do určitého systému a objaviť nové uskutočnil koncom 18. storočia významný francúzsky chemik Antoine Laurent Lavoisier, zakladateľ vedeckej chémie a autor vedeckej chemickej terminológie. V jeho vedeckej práci „Traité Élémentaire de Chimie“ – Štúdia prvkov uviedol základný zoznam prvkov. Ten však obsahoval aj svetlo aj teplo, ktoré pokladal Lavoisier za hmotné. Prvky boli roztriedené len na kovy a nekovy. V roku 1817 usporiadal nemecký chemik Johann Wolfgang Döbereiner známe prvky triád.Kritériom zaradenia prvkov boli ich podobné vlastnosti.

Antoine Laurent Lavoisier

Systém všetkých vtedy známych chemických prvkov, založený na tzv. „atómových váhach“, predložil v roku 1862 francúzsky mineralóg a geológ Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois. Prvky zoradil podľa stúpajúcej atómovej hmotnosti do špirály, v ktorej prvky s podobnými vlastnosťami boli umiestnené pod sebou. Správne zaradených bolo len 23 prvkov. Ako prvý upozornil na periodicitu vlastností chemických prvkov a zaviedol pojem parióda.

Pre históriu periodickej tabuľky chemických prvkov je významný rok 1864. V tomto roku sa o systematiku prvkov pokúsili dvaja Angličania. John Alexander Reina Newlands rozdelil prvky do tzv. oktáv. William Odling predložil dokonalé usporiadanie, uplatnil výnimku pri telúre a jóde, vynechal miesta pre neobjavené prvky. V tomto roku uverejnil svoje prvé triedenie chemických prvkov aj nemecký chemik Julius Lothar Meyer. Toto triedenie neobsa-hovalo všetky prvky. Jeho zdokonalená tabuľka z roku 1869 vyšla tlačou až v roku 1872.

Periodický zákon

Prelomový rok pre systematizáciu chemických prvkov bol rok 1869, v ktorom 6. marca ruský chemik Dmitrij Ivanovič Mendelejev prezentoval svoju periodickú tabuľku prvkov. Jeho tabuľka obsahovala 63 prvkov, zoradených podľa stúpajúcej relatívnej atómovej hmotnosti. Mendelejev s úžasnou predvídavosťou a precíznym určením vzťahu medzi hmotnosťou atómu prvku a jeho vlastnosťami vynechal vo svojej tabuľke voľné miesta pre prvky v tom čase ešte neobjavené. Plne tak pochopil význam vzťahu hmotnosti atómu a jeho vlastností a formuloval periodický zákon, často nazývaný aj ako prírodný zákon.

Dmitrij Ivanovič MendelejevPodľa dnešnej vedy periodický zákon znie takto:

Vlastnosti prvkov sú periodickou funkciou ich protónových čísel.

-1-

Dnes poznáme názvy 112 prvkov, ktoré určila Medzinárodná únia pre čistú a aplikovanú chémiu IUPC. Názvy prvkov 113 až 118 sú dočasne odvodené ako číslovka ich protónového čísla. Prvok s protónovým číslom 117 nie je dodnes objavený. Grafickým znázornením periodickej sústavy prvkov je periodická tabuľka.

Periodická tabuľka prvkov

Dnes existujú a používajú sa rôzne formy periodickej tabuľky prvkov. Spoločným znakom všetkých periodických tabuliek je usporiadanie prvkov do 7 vodorovných radov – periód a 18 zvislých stĺpcov – skupín.

Za najpoužívanejšiu môžeme považovať tzv. polodlhú formu (v učeb. obr. 4.4 a s. 219), ktorá má 14 prvkov zo 6. periódy za lantánom La (Lantanoidy 58Ce – 71Lu) a 14 prvkov zo 7. periódy za aktíniom Ac (aktinoidy 90Th – 103Lr) umiestnených v spodnej časti pod tabuľkou. Ak sú tieto prvky vsunuté do tabuľky, hovoríme o tzv. dlhej forme.

Periódy sú číslované arabskými číslicami 1 až 7 (zatiaľ) a obsahujú 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32 prvkov. Niektorí autori označujú periódy písmenami K, L, M, N, O, P, Q tak, ako sú označované elektrónové vrstvy v atómovom obale. Prvky jednej periódy majú rovnaký počet čiastočne alebo úplne obsadených elektrónových vrstiev.

Skupiny sú číslované arabskými číslicami 1 až 18. V skupinách sú umiestnené prvky s podobnou elektrónovou konfiguráciou valenčnej vrstvy.

V niektorej literatúre nájdete aj tabuľku, ktorej skupiny sú označené rímskymi číslicami I. Až VIII. a rozdelené na dve podskupiny A a B. Skupiny A sa nazývajú hlavné, skupiny B vedľajšie skupiny. Takéto označovanie skupín pochádza zo staršej, tzv. krátkej formy periodickej tabuľky, ktorá má 8 skupín a každá sa člení na hlavnú a vedľajšiu podskupinu. VIII.B podskupina obsahuje tri stĺpce prvkov.

Keďže na chemické a fyzikálne vlastnosti prvkov majú vplyv valenčné elektróny, prvky umiestnené v rovnakej skupine budú mať aj podobné vlastnosti. Počet valenčných elektrónov atómu je totožný s číslom hlavnej alebo vedľajšej skupiny, v ktorej je prvok umiestnený. Neplatí to v prípade prvkov 8. až 12. skupiny PTP.

To, že chemické prvky sú usporiadané do určitého systému práve na základe periodického zákona, ste sa učili v základnej škole. Usporiadanie prvkov podľa stúpajúceho protónového čísla do radov a stĺpcov nazývame periodická sústava prvkov.

Cvičenie 1

Určte protónové číslo a názov prvku, ktorý sa nachádza v 3. perióde a v VI.A skupine. Napíšte elektrónovú konfiguráciu a elektrónovú konfiguráciu valenčnej vrstvy atómu neznámeho prvku.

PERIODICKÁ SÚSTAVA PRVKOV Seminár z CH 5 (7. vyuč. hod.)

Riešenie 1

V PTP je to prvok 16S, názov je síra. Keďže je v VI.A skupine má 6 valenčných elektrónov.

Elektrónová konfigurácia: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

Elektrónová konfigurácia valenčnej vrstvy: 3s2 3p4

-4--3-

Názvy skupín prvkov periodickej tabuľky prvkov

Názvy niektorých skupín prvkov sa používajú oddávna. Pôvod týchto názvov súvisí s výskytom a podobnými vlastnosťami týchto prvkov a ich zlúčenín. Niektoré z nich už poznáte zo základnej školy.

Cvičenie 3

Podľa periodickej tabuľky prvkov a internetu napíšte symboly a názvy prvkov, ktoré patria do skupiny prvkov nazývanej: a) alkalické kovy, b) kovy alkalických zemín, c) halogény, d) vzácne plyny.

Riešenie 3

a) alkalické kovy (prvky 1. skupiny okrem H): Li, Na, K, Rb, Cs, Fr,b) kovy alkalických zemín: Ca, Sr, Ba, Ra, c) halogény (prvky 17. skupiny): F, Cl, Br, I, At,d) vzácne plyny(prvky 18. skupiny): He, Ne, Kr, Xe, Rn.

Prvky periodickej tabuľky môžeme roztriediť aj podľa toho, aký typ orbitálov je obsadzovaný valenčnými elektrónmi v ich atómoch. Podľa toho rozlišujeme prvky s, p, d a f.

s-prvky – valenčné elektróny sa nachádzajú len v orbitáloch s.

p-prvky – valenčné elektróny sa nachádzajú v orbitáloch s a p.

d-prvky – valenčné elektróny sa nachádzajú v orbitáloch s a d.

f-prvky – valenčné elektróny sa nachádzajú v orbitáloch s, d a f.

I.A

II.A

III.B IV.B V.B VI.B VII.B VIII.B I.B II.B

III.A IV.A V.A VI.A VII.A

VIII.A

1

2

3

4

5

6

7

6

7

Lantanoidy

Aktinoidy

d prvky s p

rvky

p prvky

f prvky

Riešenie 4

Cvičenie 4

Z elektrónovej konfigurácie atómu draslíka 19K: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 určte, v ktorej perióde a skupine PTP sa prvok draslík nachádza.

Valenčná vrstva atómu draslíka je 4s1. Z toho vyplýva, že prvok sa nachádza v 4. perióde, patrí medzi s-prvky. Keďže vo valenčnej vrstve má jeden elektrón, patrí do prvej skupiny PTP.

Kovy, nekovy, polokovy

V periodickej tabuľke prvkov narastajú kovové vlastnosti prvkov v skupinách zhora dolu. V periódach kovové vlastnosti klesajú zľava doprava. Nekovové vlastnosti prvkov majú opačný trend.

Periodicita vybraných vlastností prvkov

Atómové polomery

Zmena atómového polomeru v závislosti od protónového čísla súvisí so vzdialenos- ťou valenčných elektrónov od jadra atómu, veľkosti náboja jadra atómu a tieniacehoefektu elektrónov nachádzajúcich sa na nižších vrstvách od valenčnej vrstvy.

I.A

II.A

III.B IV.B V.B VI.B VII.B VIII.B I.B II.B

III.A IV.A V.A VI.A VII.A

VIII.A

1

2

3

4

5

6

7

6

7

Lantanoidy

Aktinoidy

kovy nekovy polokovy

Už znenie periodického zákona hovorí, že v závislosti od protónového čísla sa menia vlastnosti prvkov. Ide, samozrejme, o fyzikálne aj chemické vlastnosti. Periodicita niektorých z nich je opísaná v nasledujúcom texte.

Obrázok schematicky znázorňuje rozdelenie prvkov PTP na kovy, polokovy a nekovy.Medzi kovy patria predovšetkým prvky s (okrem vodíka), niektoré prvky p a všetky prvky d a f . Prvky s sa z chemického hľadiska považujú za typické kovy.

Nekovmi sú viaceré prvky p a vodík z s-prvkov. Medzi typické nekovy patria vzácne plyny, halogény (okrem astátu) a niektoré ďalšie prvky p. Polokovy, v novšej literatúre nazývame metaloidy, majú niektoré vlastnosti kovov a niektoré nekovov.

Atómový polomer sa udáva ako polovica vzájomnej vzdialenosti stredov dvoch susedných rovnakých atómov v molekule alebo kryštále spojených chemickou väzbou.

Atómové polomery prvkov: • sa v periódach zľava doprava zmenšujú, • v skupinách smerom zhora dolu rastú.

V skupinách atómový polomer rastie, aj keď náboj jadra sa zväčšuje. Pribúda však počet elektróno-vých vrstiev a zväčšuje sa vzdialenosť valenčných elektrónov od jadra. Príťažlivé sily medzi kladne nabitým jadrom a valenčnými elektrónmi sa pribúdaním vrstiev s vnútornými elektrónmi zmenšujú, dôsledkom čoho je narastanie atómového polomeru. V periódach sa náboj jadra atómu s rastúcim protónovým číslom zväčšuje, ale vzdialenosť valenčných elektrónov od jadra a tieniaci efekt vnútor-ných elektrónov sa takmer nemenia. Čím väčší je náboj jadra, tým výraznejšie sú príťažlivé sily, čovedie k zmenšovaniu atómového polomeru.

PERIODICKÁ SÚSTAVA PRVKOV Seminár z CH 5 (7. vyuč. hod.)

Elektronegativita

-6--5-

Elektronegativita (X ) je sila, ktorou atóm priťahuje elektróny chemickej väzby. S presnejším definovaním elektronegativity sa oboznámite v časti učiva o chemickej väzbe. Na zistenie závislosti hodnoty elektronegativity od protónového čísla nám postačí známa jednoduchá definícia.

Elektronegativita:

• v periódach s narastajúcim protónovým číslom rastie,

• v skupinách s narastajúcim protónovým číslom klesá.

Z uvedenej závislosti hodnoty elektronegativity od protónového čísla vyplýva, že prvky nachádzajúce sa v ľavej časti PTP majú malé hodnoty elektronegativít. Naopak, prvky nachádzajúce sa napravo majú hodnoty elektronega-tivít veľké.

9. Vytvorte správne dvojice:

Otázky a úlohy str. 62-63

1. Určte názov prvku, ktorý má v elektrónovom obale atómu 35 elektrónov.

2. Na základe periodickej tabuľky prvkov určte protónové číslo prvku hliník.

3. Roztrieďte prvky: Sb, Li, Cr, O, Sr, Ag, B, C, Cl na kovy, nekovy a polokovy.

4. Usporiadajte prvky Ba, I, F, Na, Ra, Co, Fe, N podľa stúpajúcej hodnoty Paulingovej elektro- negativity.

5. Z dvojice prvkov určte ten, ktorého atóm má väčší polomer:

a) Li, Cs d) Mg, Ba

b) B, O e) N, Bi

c) F, I f) K, Br

a) Cs 1. vzácny plyn

b) Ba 2. alkalický kov

c) U 3. halogén

d) Br 4. lantanoid

e) Rn 5. kov alkalických zemín

6. chalkogén

7. aktinoid

6. Určte protónové číslo a názov prvku, ktorý sa nachádza v 3. perióde a v V.A skupine. Určte aj počet valenčných elektrónov, napíšte elektrónovú konfiguráciu a elektrónovú konfiguráciu valenčnej vrstvy atómu neznámeho prvku.

7. Bez použitia PTP určte protónové číslo prvku, ktorý sa nachádza v 2. perióde a IV.A skupine. Napíšte elektrónovú konfiguráciu valenčnej vrstvy atómu prvku.

8. Z prvkov Na, Kr, Br, Al, As, I, S, F, Li, K, O vyberte tie, ktoré zaraďujeme medzi halogény.

14. Vyberte správne tvrdenie o s–prvkoch: a) sú zlé vodiče elektrického prúdu, b) všetky sú kovy, c) spoločne sa nazývajú halogény, d) majú malé hodnoty elektronegativity.

12. Z dvojice kovov vyberte ten, ktorý má typickejšie vlastnosti kovov: a) sodík alebo hliník, b) lítium alebo draslík, c) vápnik alebo železo.

10. Zo zápisu elektrónovej konfigurácie valenčnej vrstvy určte periódu a skupinu, v ktorej sa prvok nachádza, a pomenujte ho:

a) 3s1 , b) 2s2 2p5 , c) 3s2 3p1 , d) 4s2 .

11. Napíšte elektrónovú konfiguráciu katiónu 11Na+ a aniónu 17Cl– .

13. Z dvojice nekovov vyberte ten, ktorý má typickejšie vlastnosti nekovu: a) fluór alebo bróm, b) síra alebo chlór, c) kyslík alebo uhlík.

PERIODICKÁ SÚSTAVA PRVKOV Seminár z CH 5 (7. vyuč. hod.)

Graf závislosti prvej ionizačnej energie atómov (E)

od protónového čísla (Z)

0 10 20 30 40 50 60 70 Z

2500

2000

1500

1000

500

E [ kJ.mol-1 ]

Schematické znázornenie rastu energie orbitálov

Schéma rastu (poklesu) niektorých vlastností prvkov a zlúčenín