Periodni sistem elementov

Vsak kemični element ima edinstveno atomsko število (Z), ki predstavlja število protonov v njegovem jedru. Večina elementov ima različno število nevtronov med različnimi atomi, pri čemer se te različice imenujejo izotopi. Na primer, ogljik ima tri izotope, ki se pojavljajo v naravi: vsi njegovi atomi imajo šest protonov, večina jih ima tudi šest nevtronov, ampak približno en odstotek ima sedem nevtronov, zelo majhen delež pa jih ima osem. Izotopi se v periodnem sistemu nikoli ne prikazujejo; vedno so združeni v enem samem elementu. Elementi brez stabilnih izotopov imajo atomsko maso svojega najstabilnejšega izotopa – takšne mase so v tabeli prikazane v oklepajih. V standardni periodni tabeli so elementi navedeni po naraščajočem atomskem številu Z. Nova vrstica (perioda) se začne, ko ima nova elektronska lupina svoj prvi elektron. Stolpci (skupine) so določeni z elektronsko konfiguracijo atoma; elementi z enakim številom elektronov v določeni podlupini spadajo v iste stolpce (npr. kisik in selen sta v istem stolpcu, ker imata oba štiri elektrone v najbolj oddaljeni p-podlupini). Elementi s podobnimi kemičnimi lastnostmi na splošno spadajo v isto skupino v periodnem sistemu, čeprav imajo elementi v bloku f in do neke mere v bloku d podobne lastnosti. Tako je razmeroma enostavno napovedati kemijske lastnosti elementa, če poznamo lastnosti elementov okoli njega. Od leta 2016 ima periodni sistem 118 potrjenih elementov, od elementa 1 (vodik) do 118 (oganeson). Elemente 113, 115, 117 in 118, ki so najnovejša odkritja, je decembra 2015 uradno potrdila Mednarodna zveza za čisto in uporabno kemijo (IUPAC). Njihova predlagana imena, nihonij (Nh), moskovij (Mc), tenes (Ts) in oganeson (Og), je IUPAC uradno objavil novembra 2016. Prvih 94 elementov se pojavlja v naravi; preostalih 24, od americija do oganesona (95–118), se pojavljajo le, kadar jih sintetizirajo v laboratorijih. Od 94 naravnih elementov jih je 83 prvobitnih, 11 pa se jeh pojavlja le v razpadajočih verigah prvobitnih elementov. V makroskopskih količinah v čisti obliki še ni bil opažen noben element, težji od ajnštajnija (element 99), prav tako ne astat (element 85); francij (element 87) je bil fotografiran le v obliki svetlobe, ki jo oddajajo mikroskopske količine (300.000 (300.000 atomov). Nabori elementov V kronološkem zaporedju to poglavje obravnava kovine in nekovine (ter polkovine); kategorije elementov; skupine in periode; in bloke periodnega sistema. Čeprav razpoznavanje kovin kot trdne, topne in v splošnem kovne snovi izvira že iz antike, je bil morda Antoine Lavoisier prvi, ki je leta 1789 uradno ločil kovine in nekovine (‘non-métalliques’) v njegovem ‘revolucionarnem’ delu Traité Élémentaire de Chimie. Leta 1811 je Berzelius nekovinske elemente označil za polkovine zaradi njihove sposobnost tvorjenja oksianionov. Leta 1825 je v popravljeni nemški izdaji svojega Učbenika kemije razdelil polkovine v tri razrede. To so bili: stalno plinasti ‘gazolyta’ (vodik, dušik, kisik); prave polkovine (žveplo, fosfor, ogljik, bor, silicij); in ‘halogenia’, ki tvorijo sol (fluor, klor, brom, jod). Šele pred kratkim, od sredine 20. stoletja, se izraz polkovina pogosto uporablja za označevanje elementov z vmesnimi ali mejnimi lastnostmi med kovinami in nekovinami. Mendelejev je objavil svoj periodni sistem leta 1869, skupaj s sklici na skupine družin elementov, vrsticami ali periodami. Hinrichs je zapisal, da je mogoče na periodnem sistemu narisati črte, ki razmejijo lastnosti, ki nas zanimajo, na primer elementi s kovinskim sijajem (v nasprotju s tistimi, ki nimajo takšnega sijaja). Charles Janet naj bi bil leta 1928 prvi, ki se je skliceval na bloke periodnega sistema. Kovine, polkovine in nekovine Glede na skupne fizikalne in kemijske lastnosti lahko elemente razvrstimo v glavne kategorije kovine, metaloidi oz. polkovine in nekovine. Kovine so na splošno sijoče, visoko prevodne trdne snovi, ki med seboj tvorijo zlitine in solem podobne ionske spojine z nekovinami (razen z žlahtnimi plini). Večina nekovin so obarvani ali brezbarvni plini; nekovine, ki tvorijo spojine z drugimi nekovinami, imajo kovalentno vez. Med kovinami in nekovinami so polkovine, ki imajo vmesne ali mešane lastnosti. Kovine in nekovine lahko nadalje razvrstimo v podkategorije, ki kažejo stopnjo kovinskih in nekovinskih lastnosti, ko se premikamo v vrsticah od leve proti desni strani. Kovine lahko razdelimo na visoko reaktivne alkalne kovine, preko manj reaktivnih zemeljskoalkalijskih kovin, lantanidov in aktinoidov, preko arhetipskih prehodnih kovin, z zaključkom pri fizikalno in kemijsko šibkih po-prehodnih kovinah. Nekovine se lahko preprosto razdelijo na večatomske nekovine, saj so bližje polkovinam in kažejo nekatere kovinske lastnosti v začetni stopnji; na nekovinske dvoatomske nekovine, nekovinske in skoraj popolnoma inertne monatomske žlahtne pline. Specializirane skupine, kot so ognjevarne kovine in plemenite kovine, so primeri podskupin prehodnih kovin, tudi poznane in občasno označene. Uvrščanje elementov v kategorije in podkategorije, ki temeljijo samo na skupnih lastnostih, je nepopolno. V vsaki kategoriji se na mejah pojavljajo neskladja med lastnostmi, kot je to pri večini klasifikacijskih shem. Berilij je na primer uvrščen med zemeljskoalkalijske kovine, čeprav je njegova amfoterna kemična sestava in težnja, da večinoma tvori kovalentne spojine, značilnosti kemijsko šibkih in po-prehodnih kovin. Možne so tudi druge klasifikacijske sheme, na primer delitev elementov na mineraloške kategorije pojavnosti ali na kristalne strukture. Kategorizacija elementov na ta način sega vsaj v leto 1869, ko je Hinrichs zapisal, da je mogoče v periodnem sistemu postaviti preproste mejne črte, da se prikažejo elementi s skupnimi lastnostmi, kot so kovine, nekovine ali plinasti elementi. Kategorije Elementi periodnega sistema, ki so prikazani v tabeli, so razdeljeni v devet kategorij; šest kategorij za kovine in dve za nekovine ter kategorija polkovin. Različni avtorji lahko uporabljajo različne sheme kategorizacije, odvisno od lastnosti, ki nas zanimajo. Posamezna kategorija ni nujno izključujoča glede na svoje ime, meje ali lastnosti. Na primer, medtem ko je berilij v skupini 2 obarvan kot zemljoalkalijska kovina, je v naravi bolj amfotermen kot alkalijska kovina. Težji člani skupine 3 so prikazani kot lantanoidi in aktinoidi, čeprav so oboji tudi prehodne kovine. Prehodne kovine v skupini 3; lantanoidi in aktinoidi, so v naravi alkalijske kovine, tako kot alkalijske kovine v skupini 1. Znanstvenikom ni treba “izgubiti spanja zaradi težkih primerov, če klasifikacijski sistem prinaša ekonomičnost opisovanja, strukturiranje znanja in našega razumevanja, težki primeri pa predstavljajo malo manjšino.”

Kategorije elementov periodnega sistema
Kovine						Polkovine	Nekovine			Neznani
Alkalijske kovine	Zemljoalkalijske kovine	Notranji prehodni elementi		Prehodne kovine	Šibke kovine		Druge nekovine	Halogeni	Žlahtni plini
		Lantanoidi	Aktinoidi

Alkalijske kovine, zemljoalkalijske kovine

Razlika med obema kategorijama je bolj stopnja lastnosti kot vrsta. Kemiji obeh kategorij kovin sta si v veliki meri podobni. Večina teh kovin tvori osnovne okside (Be je amfoteričen). Alkalijske kovine so lahke, mehke, visoko reaktivne z nizko temperaturo tališč in vrelišč. Zemljoalkalijske kovine imajo višja tališča, vrelišča in gostoto od alkalijskih kovin, po reaktivnosti so takoj za njimi.

Prehodne kovine

Srednje do zelo goste kovine, z visoko temperaturo tališč in vrelišč; nekatere so zelo trde, so trdni in žilavi in odporni na korozijo. Elementi od Rf naprej so sintetizirani. Značilne lastnosti so spremenljiva valenca, barva in tvorba kompleksnih ionov. Oksidi so bazični, amfoterni ali kislinski, odvisno od oksidacijskega stanja.

Lantanoidi

So zelo podobni Ca, Sr in Ba, vendar so mnogi težji in tvorijo večinoma bledo obarvane spojine. Lantanoidi so si podobni in jih je zato težko ločiti. Obstaja jih veliko, ampak so razpršeni; komercialne koncentracije so zato redke. Oksidi so močno do zmerno bazični.

Aktinoidi

So mehke, goste in reaktivne kovine, tiste od Am naprej pa so sintetitizirane. Začetni aktinoidi (Th to Am) kažejo nekaj podobnosti s prehodnimi kovinami in imajo bazične ali amfoterne okside; kasnejši aktinidi so bolj podobni lantanoidom. Številni aktinoidi tvorijo obarvane spojine.

Šibke kovine

Mehke (ali krhke) kovine z nizko trdnostjo in s tališči nižjimi od prehodnih kovin (daleč nižje v primeru Hg, ki je kapljevina). Kemijsko kažejo značilno nagnjenosti k kovalentni vezavi, kislinsko-bazični amfoterizmu in anionskim vrstam, kot so aluminati, stanati in bizmutati. Lahko tvorijo tudi Zintlove faze (običajno krhke, obarvane in polprevodniške intermetalne spojine).

Polkovine

Med kovinami in nekovinami se nahajajo elementi z mešanico kovinskih, nekovinskih ali vmesnih lastnostih. Izgledajo kot kovine, so krhke in so običajno polprevodniki, in ne pravi prevodniki. Večinoma se kemijsko obnašajo kot nekovine. Polkovine tvorijo šibko kisle ali amfoterne okside.

Reaktivne nekovine

So brezbarvne, obarvane ali pa imajo (pod belo svetlobo) kovinski izgled. Večinoma so trdnine ali plini. Medtem ko so trdnine krhke, je večina le-teh znana tudi v prožnih ali gnetljivih oblikah. Za halogene, fluor, klor, brom in jod, je značilna njihova ostrina in toksičnost v naravnih oblikah. Preostale reaktivne nekovine, vodik, ogljik, dušik, kisik, fosfor, žveplo in selen, ki so stisnjeni med močno elektronegativnimi halogenskimi nekovinami in šibko nekovinskimi polkovinami, so v naravi (na splošno) zmerno nekovinske. Te nekovine, oz. večina izmed njih, privlači različna imena kategorij kot so biogen, CHONPS, vmesne, lahke ali druge nekovine. Reaktivnost reaktivnih nekovin je od relativno inertnega (N) do visoko reaktivnega (Cl, F). Tvorijo kisle in nevtralne (H₂O, CO, NO, N₂O ) okside.

Žlahtni plini

Nevnetljivi plini brez barve in vonja in imajo zelo nizko kemijsko reaktivnost. Prva spojina žlahtnega plina, približno sestave XePtF₆, je bila narejena šele leta 1962; spojine He in Ne še niso znane.

Druge kategorije

V splošni rabi je veliko drugih imen za nabore kemijskih elementov, nekatere so bile že zelo dolgo. Sem spadajo na primer redko-zemeljske kovine, plemenite kovine in ognjevarne kovine Skupine

Skupine ali družine elementov so predstavljene v stolpcih, običajno izražajo jasnejše trende od period. To razlagamo z dejstvom, da imajo elementi v isti skupini enako konfiguracijo elektronov v valenčni lupini, zato so podobno reaktivni, s predvidljivim spreminjanjem lastnosti ob večanju atomskega števila. Izražajo trende v atomskem polmeru, ionizacijski energiji in elektronegativnosti, kar je posledica dejstva, da so od vrha navzdol z večanjem števila energetskih nivojev valenčni elektroni vedno dlje od jedra, s tem pa se zmanjšujeta ionizacijska energija in elektronegativnost. Po dogovoru označujemo skupine s številkami od 1 (alkalijske kovine skrajno levo) do 18 (žlahtni plini skrajno desno). Nekatere imajo trivialna imena, vendar so pri večini skupin taka imena redko v uporabi ali pa jih poimenujemo kar po prvem elementu, npr. »skandijeva skupina« za 3. skupino. Periode

Periode predstavljajo vrstice periodnega sistema. Elementi po periodah kažejo trende v atomskem polmeru, ionizacijski energiji, elektronski afiniteti in elektronegativnosti, vendar so ti trendi šibkejši in manj pravilni kot po skupinah. Običajno se z leve proti desni atomski polmer manjša, kar je posledica dejstva, da ima vsak naslednji element dodaten proton v jedru, ki privlači elektrone bližje. To hkrati povečuje elektronsko afiniteto in elektronegativnost.

Zgodovina

Prelom v razumevanju urejenosti elementov je bilo delo Stanislaa Cannizzara (1826-1910) iz leta 1858. Dve leti po smrti njegovega rojaka Amadea Avogadra (1776-1856), ki je prvi določil osnovo množini snovi in povezavo z atomsko maso, je postavil osnovo, skupno vsem elementom – relativno atomsko maso. Prvi, ki je opozoril na ponavljajoče se lastnosti elementov, je bil nemški znanstvenik Johann Wolfgang Döbereiner (1780-1849). Leta 1829 je ugotovil, da ima atom broma atomsko maso, ki je polovična vrednost vsote mas atomov klora in joda. To pomeni, da vsoto atomskih mas klora (35,5) in joda (126,9) delimo z 2 in dobimo vrednost 81,2, ki je zelo dober približek relativni atomski masi broma (79,9). Podoben vzorec je našel pri trojicah kalcij, stroncij, barij in žveplo, selen, telur. Te skupine je imenoval triade. Po mnenju ostalih znanstvenikov so bile te povezave zgolj naključne. Leta 1860 je na prvem mednarodnem kemijskem kongresu, ki je bil organiziran prav zaradi periodnega sistema elementov, Cannizzaro predstavil svojo zamisel o pomembnosti atomskih mas elementov pri izgradnji periodnega sistema. Njegovo delo je temeljilo na Avogadrovi domnevi in Gay-Lussacovem zakonu o prostorninskih odnosih pri kemijskih reakcijah v plinastem stanju. Elementi so bili razvrščeni v sistem glede na znane vrednosti atomskih mas. Naslednji velik je napravil angleški kemik John Newlands (1837-1898) leta 1862, saj je predpostavil, da je možno elemente, glede na naraščajočo atomsko maso urediti v sedem stolpcev. Po ureditvi so postale vidne tudi Döberienerjeve triade. Ureditev je imenoval zakon oktav, vendar znanstveniki tudi njegove ideje niso dobro sprejeli. V Evropi je periodni sistem prvi postavil Julius Lothar Meyer (1830-1895), vendar je leto pred njim ruski kemik Dimitrij Ivanovič Mendelejev oblikoval zgradbo periodnega sistema, s katero je lahko napovedal manjkajoče, še ne odkrite elemente. Z odkritjem žlahtnih plinov lorda Rayleigha (1842-1919) in Williama Ramsayja (1852-1916) od leta 1894 naprej je Mendelejev predlagal, naj se doda pred prvo skupino dodatna ničta skupina, ki bi vsebovala te elemente, sistem ostalih pa bi ostal nespremenjen. Tak periodni sistem je ostal v uporabi vse do leta 1930. Kmalu po Rutherfordovem (1871-1937) odkritju protona leta 1911 in Thomsonovi (1856-1940) potrditvi obstoja izotopov (obstoj izotopov je prvi predlagal Frederick Soddy, 1877-1956) je Henry Moseley (1887-1915) izpostavljal do takrat znane elemente rentgenskim žarkom. Izpeljal je povezavo med frekvenco sevanja in vrstnim številom. Po preureditvi elementov glede na večanje vrstnega (atomskega) števila in ne atomske mase je bilo tudi nekaj izjem iz periodnega sistema, ki so povzročale težave Mendelejevu, popravljenih. Sodobni periodni sistem je od takrat zgrajen na Moseleyjevem zakonu periodičnosti, ki temelji na vrstnem številu elementov. Do leta 2012 je bilo odkritih 118 elementov, od tega jih Mednarodna zveza za čisto in uporabno kemijo (IUPAC), ki skrbi za standarde v kemiji, priznava 114. Zadnja dva potrjena sta bila flerovij (Fl, 114) in livermorij (Lv, 116). Elementi z najvišjimi atomskimi števili so izredno nestabilni, sintetizirajo jih v laboratorijih z visokoenergijskimi reakcijami in dokazujejo na podlagi produktov radioaktivnega razpada. Še nepotrjeni elementi imajo začasna latinizirana imena, npr. ununoktij (118). V naravi se pojavlja 98 elementov, od tega večina samo v sledeh; nekateri so bili sintetizirani v laboratoriju pred odkritjem v naravi. Vir : Wikipedija Prispevek pripravila : Boža Rakovec Lektoriranje : Anja R.