Periodická tabulka prvků a periodicita vlastností

Traité Élémentaire de Chimie, Antoine Lavoisier, 1790

Traité Élémentaire de Chimie, Antoine Lavoisier, 1790

Periodická tabulka má poměrně bohatou historii, ale než se dostala do dnešní podoby prošla poměrně zajímavým vývojem. Jedním z prvních pokusů o uspořádání známých prvků byl seznam prvků od Lavoisiera z roku 1789 (Traité Élémentaire de Chimie), v té době bylo známo 33 prvků (resp. jednoduchých látek, o kterých předpokládal, že je nelze dále dělit na menší části), které Lavoisier rozdělil do čtyř skupin na plyny, kovy, nekovy a zeminy.

V 19. století počet objevených prvků narůstal a tím se i zvyšovala snaha po nalezení klíče, podle nějž by šly prvky klasifikovat a dělit. Poměrně pěkný text o historii lze najít na wikipedii. Základy pro současnou podobu tabulky položil ruský chemik Dmitrij Mendělejev, který v roce 1869 formuloval periodický zákon pro chemické prvky a známé prvky seřadil do tabulky podle jejich narůstající atomové hmotnosti. Kromě toho předpověděl vlastnosti několika, v té době, neznámých prvků a jeho předpověď byla velice přesná. Stěžejní práce byla publikována v roce 1870 – Die Natur der chemischen Elemente als Function ihrer Atomgewichte.

Mendělejova tabulka z roku 1871

Mendělejova tabulka z roku 1871

Moderní periodická tabulka prvků

Nejběžnější je tzv. krátká tabulka, kde jsou f-prvky (lanthanoidy a aktinoidy) vyčleněny do spodní části tabulky. Prvky jsou uspořádány podle vzrůstajícího protonového čísla a jsou rozděleny do skupin a period. Ve skupinách jsou prvky se stejným počtem valenčních elektronů, díky podobné elektronové konfiguraci mají také podobné chemické vlastnosti. V periodách jsou prvky, jejichž valenční elektrony obsazují stejnou elektronovou hladinu.

Prvky můžeme také rozdělit podle typu posledního obsazeného orbitalu na tzv. bloky. Známe čtyři bloky – s, p, d a f. Podle fyzikálních a chemických vlastností rozdělujeme prvky do tří skupin – kovy, polokovy a nekovy.

Oficiální periodická tabulka vydaná IUPACem v roce 2016

Oficiální periodická tabulka vydaná IUPACem v roce 2016

Skupiny prvků

Známe 18. skupin, skupiny nepřechodných prvků mají zavedený i triviální název a existují pro ně i mnemotechnické pomůcky.

1. skupina (Alkalické kovy): Hana Na Křižovatce Robustního Cestáře Frantu
2. skupina (Kovy alkalických zemin): žela Magda Caňonem, Srazila Banán Ramenem
13. skupina (Triely): Byl Alexej Gagarin Indickým Tlumočníkem?
14. skupina (Tetrely): Copak Si Gertruda Snědla Plombu
15. skupina (Pentely): Náš Pan Asistent Sbírá Bikiny
16. skupina (Chalkogeny): Ó Slečny Sejměte Tenké Podkolenky
17. skupina (Halogeny): Franta Cloumal Bromem Jako Atlet
18. skupina (Inertní plyny): Helena Nese Arašídy Králi Xenonu no

Jména prvků 113, 115, 117 a 118

Organizace IUPAC vydala 9.6. 2016 návrhy na názvy čtyř prvků ze 7. periody PSP. Tyto názvy byly schváleny 28. listopadu 2016, čímž byla 7. perioda kompletně zaplněna.

Protonové číslo Dřívější název (značka) Současný název (značka)
113 Ununtrium (Uut) Nihonium (Nh)
115 Ununpentium (Uup) Moscovium (Mc)
117 Ununseptium (Uus) Tennessine (Ts)
118 Ununoctium (Uuo) Oganesson (Og)

Periodicita vlastností prvků

Vlastnosti prvků odpovídají umístění prvku v PSP, podobnost prvků v rámci skupiny je dána podobnou konfigurací valenční elektronové vrstvy.

Atomový poloměr

Atomový poloměr je veličina, která není přesně definována, nejčastěji se odvozuje podle velikosti elektronového obalu atomu. Jeho velikost se pohybuje v rozmezí 28-300 pm. V rámci skupiny se atomové poloměry zvětšují, protože každý další prvek zaplňuje vyšší slupku elektronového obalu. V rámci periody atomové poloměry klesají, hlavním důvodem je vyšší efektivní náboj jádra a tím i silnější přitahování valenčních elektronů.

Závislost atomového poloměru na protonovém čísle. Autor: StringTheory11. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Empirical_atomic_radius_trends.png

Závislost atomového poloměru na protonovém čísle. Autor: StringTheory11. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Empirical_atomic_radius_trends.png

Lanthanoidová a aktinoidová kontrakce

Poloměr lanthanoidů se zmenšuje se zvyšujícím se protonový číslem. Důvody pro tento jev jsou dva:

  1. Lanthanoidy mají valenční elektrony umístěné v orbitalu 4f, které stíní náboj jádra méně než elektrony v nižších orbitalech. Tím dochází ke zmenšování atomového poloměru, protože jsou silněji přitahovány elektrony z orbitalu 6s.
  2. Relativistický efekt — u těžkých prvků se vnitřní elektrony dostávají velmi blízko jádra, rychlost se přibližuje k rychlosti světla a poloměr jejich pohybu se zmenšuje.
Závislost kovalentního poloměru na protonovém čísle lanthanoidů.

Závislost kovalentního poloměru na protonovém čísle lanthanoidů.

Elektronegativita

Elektronegativita je schopnost atomu přitahovat si vazebné elektrony. V rámci skupiny klesá se stoupajícím protonovým číslem, v rámci periody pak stoupá. Výjimku tvoří prvky d- a f-bloku.

Změna elektronegativity v rámci skupiny halogenů
F 3,98
Cl 3,16
Br 2,96
I 2,66
At 2,2
Změna elektronegativity v rámci 3. periody
Na Mg Al Si P S Cl
0,93 1,31 1,61 1,90 2,19 2,58 3,16

Ionizační energie

Ionizační energie je energie potřebná pro odtržení elektronu z neutrálního atomu. Hodnota první ionizační energie v rámci skupiny klesá a v rámci periody roste.

Závislost první ionizační energie na protonovém čísle. Autor: Sponk. commons.wikimedia.org

Redoxní vlastnosti

V levé části tabulky jsou redukční činidla (H, Na, Ca, Mg) a v pravé oxidační (F, O, Cl).

Acidobazické vlastnosti

V levé části tabulky jsou zásadotvorné prvky (Na, Ca, Mg) a v pravé kyselinotvorné (F, Cl, S).

Autor: Mirek2. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Periodicky_zakon.svg

Autor: Mirek2. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Periodicky_zakon.svg

Prezentace ve formátu PDF.

Literatura

  1. KLIKORKA, Jiří a Jaroslav HOLEČEK. Obecná a anorganická chemie: určeno pro posl. Vys. školy chemicko-technologické v Pardubicích. 1. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1971, s. 145-384.
  2. HOUSECROFT, Catherine E a A SHARPE. Anorganická chemie. Vyd. 1. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, 2014, xxx, 1119 s. ISBN 978-80-7080-872-6.
  3. Periodic Trends na UCDavis Chemwiki

Další kapitoly