Układ okresowy pierwiastków

Układ okresowy pierwiastków

Układ okresowy pierwiastków zwany również tablicą Mendelejewa jest to zestawienie wszystkich pierwiastków chemicznych w tabeli, uporządkowanych według wzrastającej liczby atomowej. Współczesny układ okresowy pierwiastków jest zmodyfikowaną wersją układu opracowanego w 1869 roku przez rosyjskiego uczonego Dymitra Mendelejewa. W początkach drugiej połowy XIX wieku Mendelejew uszeregował wszystkie znane mu pierwiastki według wzrastających mas atomowych, w taki sposób aby pierwiastek o zbliżonych właściwościach znalazł się jeden pod drugim. Klasyfikacja dokonana przez rosyjskiego chemika oparta została na spostrzeżeniu sformułowanym jako prawo okresowości, według którego właściwości pierwiastków i ich związków znajdują się w okresowej zależności od masy atomowej. Powstała w ten sposób tablica zawierająca kolumny pionowe (grupy) i szeregi poziome (okresy), które oddzielają od siebie pary pierwiastków podobnych. Na początku każdego okresu zgrupowane zostały pierwiastki metaliczne, bardzo aktywne, łatwo łączące się z tlenem czy chlorem. W drugiej połowie każdego okresu pojawiają się pierwiastki tworzące związki również z wodorem. Każdy okres rozpoczyna się od aktywnego metalu a kończy niemetalami. Tak sporządzoną tabelę nazwaną układem okresowym pierwiastków.

W czasie, gdy powstała tablica układu okresowego nie wszystkie pierwiastki były jeszcze znane. Dymitrij Mendelejew na podstawie dostrzeżonych zależności i prawidłowości przewidział istnienie 8 nie znanych wówczas pierwiastków, pozostawiając dla nich wolne miejsca w opracowanym układzie. Określił także ich przybliżone właściwości fizyczne i chemiczne, które w późniejszym okresie okazały się bardzo bliskie właściwościom rzeczywistym nowo odkrytym pierwiastkom. Jeszcze za życia chemika odkryto trzy z tych pierwiastków: german, gal i skand. Duże znaczenie dla rozwoju układu okresowego miało odkrycie jądra atomu przez Ernesta Rutherforda i opublikowanie w 1913 roku przez jego ucznia tabeli protonów, neutronów i elektronów w kolejnych pierwiastkach. Zaproponowanie orbit i sfer elektronowych przez Bohra oraz sformułowanie zakazu Pauliego (1925 r.) dało układowi okresowemu logiczne uzasadnienie, a także wyjaśniło pochodzenie własności chemicznych pierwiastków.

We współczesnej tablicy Mendelejewa jako podstawę kolejności i systematyki pierwiastków przyjmuje się nie masę atomową a liczbę atomową i elektronową budowę atomu. Liczba atomowa jest zarazem liczbą porządkową pierwiastka w układzie okresowym, która określa liczbę protonów w jądrze atomu tego pierwiastka, a także liczbę elektronów w strefie pozajądrowej. Pionowych kolumn, czyli grup układu okresowego jest 18 i dzielimy je na tzw. grupy główne (1, 2 i od 13 do 18) oznaczane literą A (IA, IIA, itp.) oraz grupy poboczne (od 3 do 12) oznaczane literą B (IIIB, IVB, itp.). Każda z tych grup, za wyjątkiem grupy 1 (litowce) ma nazwę utworzoną od nazwy pierwszego w tej grupie pierwiastka. Elektrony walencyjne pierwiastków z grupy głównej obsadzają orbitale s (dwie pierwsze grupy A i hel) oraz p (pozostałe grupy główne), dlatego zaliczane są do bloków energetycznych s i p. Pierwiastki chemiczne z grup pobocznych zaliczane są do tzw. bloku d. W środkowej części układu znajdują się pierwiastki bloku f, czyli lantanowce i aktynowce zwane pierwiastkami ziem rzadkich. Te dwa poziome rzędy pierwiastków często dla przejrzystości umieszczane są oddzielnie u doły tablicy. W tablicy układu okresowego poza kolumnami wyróżniamy również okresy: okres bardzo krótki (wodór i hel), dwa okresy krótkie (2 i 3) zawierające po osiem pierwiastków, dwa długie okresy (4 i 5) z osiemnastoma pierwiastkami, bardzo długi okres (6) z 32 pierwiastkami oraz jeden okres niepełny (7). Niepełny okres nie zamyka całej tablicy, gdyż układ okresowy nie jest układem zamkniętym. Przewiduje się miejsca dla dalszych pierwiastków, które mogą zostać odkryte lub wytworzone sztucznie. Ostatnimi oficjalnie dodanymi pierwiastkami do tablicy Mendelejewa były w 2011 roku: Flerovium – Fl o liczbie atomowej 114 oraz Livermorium – Lv (liczba atomowa 116). W 2013 roku potwierdzono istnienie 115 pierwiastka, który jest w trakcie procedury włączania go do układu okresowego.