🗂️

Περιοδικός Πίνακας

Mendeleev, περίοδοι & ομάδες, θέση στοιχείου από την ηλεκτρονιακή δομή

Γιατί το λίθιο μπαίνει σε μπαταρίες και το νάτριο φυλάγεται σε λάδι;

Το λίθιο του κινητού σου, το νάτριο και το κάλιο είναι μέταλλα τόσο δραστικά που αντιδρούν ακόμα και με το νερό. Δεν είναι σύμπτωση ότι μοιάζουν: βρίσκονται στην ίδια στήλη του περιοδικού πίνακα. Εδώ μαθαίνεις πώς είναι οργανωμένος ο πίνακας και πώς από τη θέση ενός στοιχείου προβλέπεις τη συμπεριφορά του.

Από τον Mendeleev στον σύγχρονο περιοδικό πίνακα

Το 1869 ο Mendeleev κατέταξε τα περίπου 60 γνωστά τότε στοιχεία κατά αύξουσα σχετική ατομική μάζα και τοποθέτησε στην ίδια στήλη στοιχεία με παρόμοιες ιδιότητες. Άφησε κενές θέσεις για στοιχεία που δεν είχαν ανακαλυφθεί και προέβλεψε τις ιδιότητές τους (π.χ. γάλλιο, γερμάνιο) — οι προβλέψεις επιβεβαιώθηκαν αργότερα.

Στον σύγχρονο πίνακα (Moseley) τα στοιχεία κατατάσσονται κατά αύξοντα ατομικό αριθμό $Z$ . Ισχύει ο νόμος της περιοδικότητας:

Οι ιδιότητες των στοιχείων είναι περιοδική συνάρτηση του ατομικού τους αριθμού.

Δηλαδή, καθώς αυξάνεται το $Z$ , παρόμοιες ιδιότητες επανεμφανίζονται περιοδικά — γιατί επανεμφανίζεται ο ίδιος αριθμός ηλεκτρονίων σθένους.

Ήξερες ότι;

Το στοιχείο με $Z = 101$ ονομάζεται μεντελέβιο ( $Md$ ) προς τιμήν του Mendeleev. Φτιάχτηκε τεχνητά το 1955 στο Berkeley, σχεδόν 90 χρόνια μετά τον πίνακά του — και οι πρώτες ποσότητες ήταν μόλις λίγα άτομα.

Περίοδοι και ομάδες

Περίοδοι: οι 7 οριζόντιες γραμμές. Τα στοιχεία μιας περιόδου έχουν τον ίδιο αριθμό στιβάδων.
Ομάδες: οι 18 κατακόρυφες στήλες. Διακρίνονται σε κύριες ομάδες (A), $IA$ – $VIIIA$ , και δευτερεύουσες (B), που περιέχουν τα στοιχεία μετάπτωσης. Χωριστά, κάτω από τον πίνακα, βρίσκονται οι λανθανίδες και οι ακτινίδες.

Χαρακτηριστικές οικογένειες:

$IA$ : αλκάλια ( $Li$ , $Na$ , $K$ , …) — το $H$ βρίσκεται στη στήλη αλλά δεν είναι αλκάλιο
$IIA$ : αλκαλικές γαίες ( $Be$ , $Mg$ , $Ca$ , $Ba$ , …)
$VIIA$ : αλογόνα ( $F$ , $Cl$ , $Br$ , $I$ )
$VIIIA$ : ευγενή αέρια ( $He$ , $Ne$ , $Ar$ , …)

Τα μέταλλα βρίσκονται αριστερά και στο κέντρο, τα αμέταλλα πάνω δεξιά, και ανάμεσα, σε μια διαγώνια ζώνη, τα μεταλλοειδή (π.χ. $Si$ ).

Θέση στοιχείου και ηλεκτρονιακή δομή

Για τα στοιχεία των κύριων ομάδων:

Αριθμός περιόδου = αριθμός στιβάδων με ηλεκτρόνια
Αριθμός κύριας ομάδας = αριθμός ηλεκτρονίων σθένους (εξαίρεση: το $He$ είναι στη $VIIIA$ με 2 ηλεκτρόνια)

Στοιχεία της ίδιας ομάδας έχουν τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων σθένους, άρα παρόμοιες χημικές ιδιότητες (π.χ. όλα τα αλκάλια αντιδρούν έντονα με το νερό).

$\text{περίοδος} = \text{αριθμός στιβάδων} \qquad \text{κύρια ομάδα (A)} = \text{ηλεκτρόνια σθένους}$

Κόλπο μνήμης

Περίοδος → Πόσες στιβάδες (οριζόντια, σαν τις γραμμές ενός βιβλίου). Ομάδα → Οι εξωτερικοί, δηλαδή τα ηλεκτρόνια σθένους (κατακόρυφα, σαν οικογένεια που μοιάζει).

Γρήγορος έλεγχος

Σε ποια θέση του περιοδικού πίνακα βρίσκεται το $_{11}Na$ ;

Χρησιμότητα του περιοδικού πίνακα

Οργανώνει τα στοιχεία ώστε να μελετώνται ανά ομάδες και όχι ένα-ένα.
Από τη θέση ενός στοιχείου προβλέπουμε την ηλεκτρονιακή του δομή, αν είναι μέταλλο ή αμέταλλο και πώς αντιδρά.
Προβλέπουμε το φορτίο των ιόντων των κύριων ομάδων: $IA \to +1$ , $IIA \to +2$ , $IIIA$ ( $Al$ ) $\to +3$ , $VA \to -3$ , $VIA \to -2$ , $VIIA \to -1$ — άρα και τους χημικούς τύπους των ενώσεων.

Μέθοδος: θέση ↔ ατομικός αριθμός

Από το $Z$ στη θέση:

Γράψε την κατανομή σε στιβάδες.
Αριθμός στιβάδων → περίοδος· ηλεκτρόνια εξωτερικής → ομάδα A.

Από τη θέση στο $Z$ :

Η περίοδος σου λέει πόσες στιβάδες έχει· όλες οι εσωτερικές είναι γεμάτες (για $Z \le 20$ : $K = 2$ , $L = 8$ , $M = 8$ ).
Η ομάδα σου δίνει τα ηλεκτρόνια της εξωτερικής.
Άθροισε: $Z$ = εσωτερικά + εξωτερικά ηλεκτρόνια.

Άσκηση: Να βρεθεί η θέση στον περιοδικό πίνακα των $_{15}P$ και $_{20}Ca$ .

Λύση:

$_{15}P$ : $(2, 8, 5)$ → 3 στιβάδες, 5 ηλεκτρόνια σθένους: 3η περίοδος, ομάδα $VA$ .
$_{20}Ca$ : $(2, 8, 8, 2)$ → 4 στιβάδες, 2 ηλεκτρόνια σθένους: 4η περίοδος, ομάδα $IIA$ (αλκαλική γαία).

Άσκηση: Να βρεθεί ο ατομικός αριθμός του στοιχείου που βρίσκεται: (α) στη 2η περίοδο και στην ομάδα $VIA$ , (β) στην 4η περίοδο και στην ομάδα $IA$ , (γ) στην 3η περίοδο και στην ομάδα $VIIA$ .

Λύση:

(α) $(2, 6)$ → $Z = 8$ (οξυγόνο)

(β) $(2, 8, 8, 1)$ → $Z = 19$ (κάλιο)

(γ) $(2, 8, 7)$ → $Z = 17$ (χλώριο)

Άσκηση τύπου διαγωνίσματος: Δίνονται τα στοιχεία $A$ ( $Z = 12$ ), $B$ ( $Z = 17$ ), $\Gamma$ ( $Z = 18$ ) και $\Delta$ ( $Z = 20$ ).

Ζητούμενα: (α) η θέση τους στον πίνακα, (β) ποια έχουν παρόμοιες χημικές ιδιότητες, (γ) ποιο είναι ευγενές αέριο, (δ) ποια είναι μέταλλα.

Λύση:

(α) $A$ : $(2,8,2)$ → 3η περίοδος, $IIA$ · $B$ : $(2,8,7)$ → 3η περίοδος, $VIIA$ · $\Gamma$ : $(2,8,8)$ → 3η περίοδος, $VIIIA$ · $\Delta$ : $(2,8,8,2)$ → 4η περίοδος, $IIA$ .

(β) Τα $A$ και $\Delta$ ανήκουν στην ίδια ομάδα ( $IIA$ , 2 ηλεκτρόνια σθένους), άρα έχουν παρόμοιες χημικές ιδιότητες — όχι τα $A$ , $B$ , $\Gamma$ που είναι απλώς στην ίδια περίοδο.

(γ) Το $\Gamma$ (αργό, $Ar$ ): συμπληρωμένη οκτάδα.

(δ) Τα $A$ ( $Mg$ ) και $\Delta$ ( $Ca$ ): αλκαλικές γαίες, μέταλλα.

Απάντηση: βλέπε παραπάνω· παρόμοιες ιδιότητες έχουν τα $A$ και $\Delta$ .

Γρήγορος έλεγχος

Ποιο ζεύγος στοιχείων έχει παρόμοιες χημικές ιδιότητες;

Γρήγορος έλεγχος

Στοιχείο της 3ης περιόδου έχει 2 ηλεκτρόνια σθένους. Ο ατομικός του αριθμός είναι:

Γρήγορος έλεγχος

Με ποιο κριτήριο είναι ταξινομημένα τα στοιχεία στον σύγχρονο περιοδικό πίνακα;

Πρόκληση

τρία διαδοχικά στοιχεία. Τρία στοιχεία $A$ , $B$ , $\Gamma$ έχουν διαδοχικούς ατομικούς αριθμούς με άθροισμα $54$ . Το $B$ είναι ευγενές αέριο. (α) Βρες τα στοιχεία και τη θέση τους. (β) Ποιο από αυτά μοιάζει χημικά με το $_{11}Na$ ;

Δοκίμασε πρώτα μόνος σου — μετά δες τη λύση

(α) $Z + (Z + 1) + (Z + 2) = 54 \Rightarrow 3Z + 3 = 54 \Rightarrow Z = 17$ .

$A$ : $_{17}Cl$ $(2, 8, 7)$ → 3η περίοδος, ομάδα $VIIA$ (αλογόνα)
$B$ : $_{18}Ar$ $(2, 8, 8)$ → 3η περίοδος, ομάδα $VIIIA$ (ευγενή αέρια) ✓
$\Gamma$ : $_{19}K$ $(2, 8, 8, 1)$ → 4η περίοδος, ομάδα $IA$

(β) Το $K$ : έχει 1 ηλεκτρόνιο σθένους, όπως το $Na$ $(2, 8, 1)$ , και ανήκει στην ίδια ομάδα $IA$ . Το $Cl$ είναι στην ίδια περίοδο με το $Na$ , αλλά αυτό δεν σημαίνει παρόμοιες ιδιότητες.

Απάντηση: (α) $Cl$ , $Ar$ , $K$ , (β) το $K$ .

Συνηθισμένα λάθη

Περίοδος ↔ ομάδα. Περίοδος = στιβάδες (οριζόντια γραμμή)· ομάδα = ηλεκτρόνια σθένους (στήλη).
Ίδια περίοδος = παρόμοιες ιδιότητες. Παρόμοιες ιδιότητες έχουν τα στοιχεία της ίδιας ομάδας.
Το $He$ στην ομάδα $IIA$ . Έχει 2 ηλεκτρόνια, αλλά συμπληρωμένη στιβάδα $K$ · ανήκει στα ευγενή αέρια ( $VIIIA$ ).
Το $H$ είναι αλκάλιο. Βρίσκεται στη στήλη $IA$ αλλά είναι αμέταλλο.

Σύνοψη — τι κρατάμε

Mendeleev: κατάταξη κατά ατομική μάζα με κενές θέσεις και προβλέψεις· σήμερα κατά αύξοντα $Z$ .
Νόμος περιοδικότητας: οι ιδιότητες είναι περιοδική συνάρτηση του $Z$ .
7 περίοδοι (= στιβάδες), 18 ομάδες: κύριες $IA$ – $VIIIA$ (= ηλεκτρόνια σθένους) και δευτερεύουσες B (μετάπτωσης).
Οικογένειες: αλκάλια ( $IA$ ), αλκαλικές γαίες ( $IIA$ ), αλογόνα ( $VIIA$ ), ευγενή αέρια ( $VIIIA$ ).
Ίδια ομάδα → παρόμοιες χημικές ιδιότητες· από την ομάδα προκύπτει το φορτίο του ιόντος.

Από τον Mendeleev στον σύγχρονο περιοδικό πίνακα

Οι ιδιότητες των στοιχείων είναι περιοδική συνάρτηση του ατομικού τους αριθμού.

Δηλαδή, καθώς αυξάνεται το

Z

, παρόμοιες ιδιότητες επανεμφανίζονται περιοδικά — γιατί επανεμφανίζεται ο ίδιος αριθμός ηλεκτρονίων σθένους.