SISTEMUL PERIODIC AL ELEMENTELOR

1. SISTEMUL PERIODIC AL ELEMENTELOR

2. Structurasistemului periodic • Încercari de clasificare a elementelorchimice: • Clasificareaceamaiingenioasa a elementelor a fostpropusa de Mendeleev[10] înanii 1869-1871. Pevremeaacesteimaridescoperiri, notiunea de numar atomic nu era cunoscuta. La bazaclasificariilui Mendeleev a stat masaatomica a elementelor. Considerândsirulelementelorînordineacrescatoare a maseloratomice, se constataca din locînlocaparelemente cu proprietatichimiceasemanatoare. 242i89c Înconsecinta se poatescriesirulelementelorpemaimulterânduri, asaîncâtelementele cu proprietatiasemanatoaresa se potriveascaunele sub altele.

3. Se obtineastfel un tabelnumitsistemul periodic al elementelor. Întabelaparneregularitatinumaiîntreilocurisianume: plasândîncoloaneleverticaleelementele cu proprietatiasemanatoare, aparîntabeltreiperechi de elemente, Co-Ni, Ar-K siTe-I, înordineainversa a maselorloratomicecrescatoare (darînordineacorecta a numereloratomice). Acesteneregularitatisuntfaraînsemnatate, fiindca nu masaatomicasinumarul atomic determinaloculunui element însistemul periodic, multeelementefiindamestecuri de izotopi cu maseatomicediferite.

4. Existamaimulteformetabelarepentru a reprezentasistemul periodic al elementelor, fiecare din ele cu anumiteavantajesidezavantaje. Forma adoptataaici (tabelul 6) esteîntrucâtvadiferita de ceainitiala a lui Mendeleev, de asemeneaputinschimbata: • grupagazelornobile, numita de obiceigrupa 0 (pornind de la parerea ca acesteelemente nu formeazacombinatiichimicesideci au valenta 0) estenotataaici VIIIA (pentru a se tine seama de structuraînvelisului electronic al acestorelementesi de faptul ca uneledintreacesteelementeformeazacombinatii cu fluorulsi cu oxigenul); • celetreifamilii de elementetranzitionale, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd si Os, Ir, Pt, cuprinseînainteîntr-o singuragrupa (grupa VIII) suntîncadrateaiciîntreisubgrupe, notate cu VIIIB, IXB, XB[12].

5. Aceastavarianta a sistemului periodic al elementelor (forma lunga) a fostpropusa de Werner siprezintaavantajul de a reflectacauzainterna a periodicitatii. • Utilizareaformei lungi a sistemului periodic a fostpropusaînanul 1985 de catre IUPAC, ulterior fiindadoptatadefinitiv. Majoritateasavantilorsustinsisolicitautilizareaacestuitabelîncercetare, precumsiînprocesul de învatamânt.

7. Numarul de ordine al fiecarui element estenumarul care marcheazasuccesiuneaelementelorînsistemul periodic. Înacestcazestevalabilarelatia: • Numarul de ordine= numarul de sarcininucleare = numarulprotonilor din nucleu = numarul de electroni din învelisul electronic • Perioadaestesirulorizontal din sistemul periodic. Exista 7 perioade care se noteaza cu cifrearabe. Elementeleaicaroratomi au acelasinumar de straturielectroniceocupatesuntordonateînaceeasiperioada: • Numarul de straturielectroniceocupate = numarulstratului electronic exterior = numarulperioadei. • Grupa - coloanaverticala care cuprindeelementele cu aceeasiconfiguratie electronica peultimulstrat. Forma lunga a sistemului periodic cuprinde 18 grupe ( 8 principalesi 10 secundare).

8. Elementeleuneigrupeprincipalecontinînatomiiloracelasinumar de electronipeultimulstrat. Numarulgrupeicorespunde, încazulgrupelorprincipale ale sistemului periodic, sumeielectronilor s si p de pestratul exterior (ultimulstrat) al atomului: • Numarulelectronilor de peultimulstrat = numarulgrupeiprincipale • Înperioade, numarulelectronilor de peultimulstrat al atomilorelementelor din grupeleprincipale se schimbacontinuu, o data cu numarul de sarcininucleare.

9. Pozitiafiecarui element însistemul periodic se bazeazapestructuraatomuluisau

10. Înperioade, numarulelectronilor de peultimulstrat al atomilorelementelor din grupeleprincipale de schimbacontinuu, o data cu numarul de sarcininucleare. La trecereadintr-o perioadaînurmatoarea, numarulelectronilor se modificabrusc. • La atomiielementelor din grupelesecundare se completeazatreptat un subnivel d (cu maxim 10 electroni), la atomiilantanidelorsiactinidelor un subnivel f (cu maxim 14 electroni).

11. Proprietatiperiodice ale elementelor • Legeaperiodicitatii (Mendeleev, 1869): proprietatilefizicesichimice ale elementelorsuntfunctiiperiodice ale maselorloratomice. Înbazalucrarilorfizicianuluienglez Moseley si a fizicianuluidanez N. Bohr, privindstructuraatomului, legeaperiodicitatii a obtinut o nouaformulare, moderna: proprietatilefizicesichimice ale elementelorsuntfunctiiperiodice ale sarcinilornucleeloratomice ale elementelor. • Proprietatileaperiodice (nepriodice) suntproprietatile determinate de nucleu, care variazaliniar. • ◘ Exemplu: numarizotopic, masaatomica, spectru raze X. • Proprietatileperiodicesuntproprietatile determinate de configuratia electronica periferica a atomilor. • ◘ Exemplu: volum atomic, raze atomice, energie de ionizare, valenta, caractermetalic, caracternemetalic etc.

12. Razacovalenta (atomica) a atomului • Consideram o molecula A2 (pentruca la eaavemlegaturacovalenta). Se poatedetermina exact distantadintreceledouanuclee. Dacaceledouanucleesuntidentice, princonventie se consideracajumatate din distantadintreceledouanucleeva fi razacovalenta. Razacovalenta ne aratapâna la cedistanta se poateapropia un atom de o moleculavecina. Celmai bine se definesterazacovalenta la moleculeleformate din atomiidentici. Pentruca tot din atomiidentici, darfarasaformeze molecule, suntalcatuitesimetalele, jumatate din distantadintredouanucleevecinereprezintarazaatomica.

13. S-a constatatcadistantadintreanumitenuclee de atomiesteconstanta. ◘ Exemplu: • distanta C-C din combinatiilealifaticesi din diamantesteîntotdeauna • 1,54 Å; • distanta C-Cl : 1,77 Å; • distanta C-H: 1,09 Å; • distanta Si-Si: 2,34 Å.

14. Astfelde distantesuntegalemereu, ceeace a dus la presupunereacaaceastadistantaestesumarazelorcelordoiatomi (razelecovalentesuntaditive). • ◘ Exemplu: C-Si • - experimental: d = 1,92 Å • - calculat: d = 0,77 Å+ 1,17 Å = 1,94 Å • Rezulta o eroareneglijabila.

15. Razelecovalentesuntaditive, darele nu mairamânunicedacaatomulrespectiv da maimultetipuri de legaturi. • ◘ Exemplu: • C-C d=1,54 Å rC = 0,77 Å • C=C d=1,35 Å rC = 0,675 Å • d= 1,20 Å rC = 0,60 Å.

16. Razacovalentaînperioadadescreste cu crestereanumarului de ordineiarîngrupacreste cu crestereanumarului de ordine. • ◘ Exemplu: • - înperioada: B - 0,91 Å , C - 0,77 Å, N - 0,71 Å • - îngrupa: F- 0,72 Å, Cl - 0,99 Å, Br - 1,14 Å, I - 1,33 Å. • Când o legaturasimplaesteînvecinata cu o legaturadublasautripla, ea se scurteaza. • ◘ Exemplu: • - înetan -C-H dC-H=1,094 Å • - înetena =C-H dC-H=1,079 Å • - înetinadC-H=1,057 Å. • Razacovalenta a hidrogenuluiramâneaceeasi, 0,31 Å.

17. Razelecovalente ale atomilor pot sa se modificedatorita: • - legaturilorînvecinatesipe care le facei; • - coordinatieielementului; • - gradul de oxidare al elementului; • - polaritateamoleculei; • - respingeriledintreatomii care nu participa direct la legatura

18. Razeleionice • Nu toatesubstantele au caracter covalent. Sarurileîn stare solidasuntalcatuite din ioni (un atom saugrupuri de atomi care au sarcinaelectrica). Prinmetodadifractiei de raze X se determinadistantadintredouanucleecontrarecasarcina. • Razaunui ion pozitiv (cation) estemai mica decâtrazaatomului de la care a provenit. • ◘ Exemplu: K - 2,03 Å; K+ - 1,33 Å. • Razaunui ion negativ (anion) estemai mare decât a razaatomului de la care a provenit. • ◘ Exemplu: Cl - 0,99 Å; Cl- - 1,81 Å.

19. Pemasurace a pierdutmai multi electroniionulpozitivestemaimicsipemasurace a primitmai multi electronianionuldevinemai mare. • ◘ Exemplu: Li+ - 0,60 Å; Be2+ - 0,31 Å; B3+ - 0,20 Å; • N3- - 1,71 Å; O2- - 1,40 Å; F- -1,36 Å. • Îngrupa, razaionicacreste de susînjos. • ◘ Exemplu: Li+ - 0,60 Å; K+ - 1,33 Å.

20. Volumul atomic Este definitprinrelatia: sieste o functieperiodica de numarul atomic. Variatiadensitatiielementelorchimice cu numarul de ordineesteprezentataînfigura 7. Volumul atomic molar al unui element estedefinitcaraportuldintremasamolaramedie a elementuluisidensitateaextrapolata la 0 K; la metalelealcaline (grupa I principala) se înregistreazavalorilecelemaimari, la elementele din grupelesecundare, se înregistreazaîn general, valoriscazute.

21. Figura 7. Variatia densitatii elementelor cu numarul atomic

22. Energia de ionizare (I) • Este energiape care trebuiesa o dam unui atom izolatsiaflatîn stare fundamentala, pentru a pierde un electron. Se mainumeste potential de ionizare. Energia de ionizare se exprima de obiceiîneV. • Variatiaenergie de ionizare cu numarul atomic esteprezentataînfigura 8. • Celemaimicienergii de ionizare le au metalelealcaline, deoareceele pot pierdecelmaiusorelectronul de peultimulstrat. • De asemenea se constataca o tendintagenerala, o crestere a energiei de ionizareparalele cu cresterealui Z pentruelementele din aceeasiperioada. Aceasta se explicaprincrestereaputerii de atractie a electronilor de catrenucleu.

23. Figura 8. Variatia energiei de ionizare cu numarul atomic

24. Asa cum se poateeliminaprimul electron dintr-un atom, se poateeliminasi al doilea, al treilea etc. Potentialul de ionizare (energia de ionizare) necesarcrestefoartemult. Se constatacauniielectroni se eliminamaiusor din atom decâtaltii; numarulacestoraesteegal cu numarulgrupeisi se numescelectroni de valenta.