Tabelul periodic al elementelor

Tabelul periodic ale elementelor este un aranjament tabular al elementelor chimice, ordonat după numărul atomic, configurația electronică și proprietățile chimice recurente, a căror structură adoptată prezintă tendințe periodice. În general, într-un rând (perioadã), elementele sunt metale pe stânga și nemetale în partea dreaptă, elementele având comportamente chimice similare fiind plasate în aceeași coloană. Rândurile sunt denumite în mod obișnuit perioade, iar coloanele sunt numite grupe. Șase grupe au nume precum și numere atribuite: de exemplu, grupa 17 a elementelor sunt halogeni; și grupa 18 sunt gaze nobile. Sunt afișate, de asemenea, patru zone rectangulare simple sau blocuri asociate cu umplerea diferitelor orbite atomice.

Este important faptul că organizarea tabelului periodic poate fi utilizată pentru a obține relații între proprietățile diferitelor elemente, dar și pentru proprietățile chimice prezise și comportamentele unor elemente nedescoperite sau noi sintetizate. Chimistul rus Dmitri Mendeleev a fost primul care a publicat un tabel periodic recunoscută în 1869, dezvoltat în principal pentru a ilustra tendințele periodice ale elementelor de atunci cunoscute. El a prezis, de asemenea, câteva proprietăți ale elementelor neidentificate care se așteptau să umple golurile din acest tabel. Majoritatea previziunilor sale s-au dovedit a fi corecte. Ideea lui Mendeleev a fost extinsă lent și rafinată prin descoperirea sau sinteza unor noi elemente și prin dezvoltarea de noi modele teoretice pentru a explica comportamentul chimic. Tabelul periodic modern oferă acum un cadru util pentru analiza reacțiilor chimice și continuă să fie adoptat pe scară largă în chimie, fizică nucleară și alte științe.

Toate elementele variind de la numerele atomice 1 (hidrogen) la 118 (oganeson) au fost fie descoperite, fie sintetizate, completând primele șapte rânduri ale tabelului periodic. Primele 94 de elemente există în mod natural, deși unele sunt găsite doar în urme și au fost sintetizate în laboratoare înainte de a fi găsite în natură. Numerele atomice pentru elementele 95-118 au fost sintetizate numai în laboratoare sau reactoare nucleare. Se continuă sinteza elementelor cu numere atomice mai mari. Numeroși radionuclizi sintetici ai elementelor care apar în mod natural au fost de asemenea produși în laboratoare.

Prezentare generală

Fiecare element chimic are un număr atomic unic (Z) reprezentând numărul de protoni din nucleul său. Cele mai multe elemente au un număr diferit de neutroni între diferiți atomi, aceste variante fiind denumite izotopi. De exemplu, carbonul are trei izotopi naturali: toți atomii săi au șase protoni și majoritatea au șase neutroni, dar aproximativ un procent are șapte neutroni și o fracțiune foarte mică are opt neutroni. Izotopii nu sunt niciodată separați în tabelul periodic; aceștia sunt întotdeauna grupați împreună sub un singur element. Elementele fără izotopi stabili au masele atomice ale izotopilor lor cei mai stabili, unde sunt prezentate astfel de mase, listate în paranteze.

În tabelul periodic standard, elementele sunt enumerate în ordinea creșterii numărului atomic Z (numărul de protoni din nucleul unui atom). Un nou rând este inițiat când un nou înveliș de electroni are primul său electron. Coloanele (grupele) sunt determinate de configurația electronică a atomului; elementele cu același număr de electroni dintr-un anumit subînveliș intră în aceleași coloane (de exemplu, oxigenul și seleniul sunt în aceeași coloană, deoarece ambii au patru electroni în sub-învelișul p). Elementele cu proprietăți chimice similare intră, în general, în aceeași grupă în tabelul periodic, deși în blocul f și într-o anumită privință în blocul d, elementele din aceeași perioadă tind să aibă și proprietăți similare. Astfel, este relativ ușor de prezis proprietățile chimice ale unui element dacă cunoașteți proprietățile elementelor din jurul acestuia.

Începând cu 2016, tabelul periodic conține 118 elemente confirmate, de la elementul 1 (hidrogen) la 118 (oganeson). Elementele 113, 115, 117 și 118, cele mai recente descoperiri, au fost confirmate oficial de Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată (IUPAC) în decembrie 2015. Numele lor propuse, nihoniu (Nh), moscoviu (Mc), tenesine (Ts) și oganeson (Og), au fost anunțate de IUPAC în iunie 2016 și au devenit oficiale în noiembrie 2016.

Primele 94 de elemente apar în mod natural; restul de 24, de la americiu to oganeson (95-118), apar doar atunci când sunt sintetizate în laboratoare. Din cele 94 de elemente care apar în mod natural, 83 sunt primordiale și 11 apar numai în lanțurile de dezintegrare ale elementelor primordiale. Niciun element mai greu decât einsteinu (elementul 99) nu a fost observat vreodată în cantități macroscopice în forma sa pură, nici atstatiniu (element 85); franciu (elementul 87) a fost fotografiat doar sub forma luminii emise din cantități microscopice (300.000 de atomi).

Metode de grupare

Grupe

O grupă sau o familie este o coloană verticală în tabelul periodic. De obicei, grupele au tendințe periodice mai semnificative decât perioadele și blocurile, explicate mai jos. Teoriile mecanicii cuantice moderne ale structurii atomice explică tendințele grupei sugerând că elementele din aceeași grupă au, în general, aceleași configurații electronice în învelișul lor de valență. În consecință, elementele din aceeași grupă au tendința de a avea o chimie partajată și prezintă o tendință clară în proprietățile cu numărul atomic în creștere. În unele părți ale tabelului periodic, cum ar fi blocul d și blocul f, asemănările orizontale pot fi la fel de importante sau mai asemănătoare decât similitudinile verticale.

Conform unei convenții internaționale de numire, grupele sunt numerotate numeric de la 1 la 18 de la coloana din stânga (metalele alcaline) până la cea mai dreaptă coloană (gazele nobile). Anterior, ele erau cunoscute prin numere romane. În America, cifrele romane au fost urmate fie de un „A” dacă grupul se afla în blocul s sau p, fie un „B” dacă grupul era în blocul d. Numerele romane folosite corespund ultimei cifre a convenției de numire de astăzi (de exemplu, grupa 4 de elemente a fost grupa IVB, iar grupa 14 de elemente a fost grupa IVA). În Europa, denumirea a fost similară, cu excepția faptului că „A” a fost utilizat dacă grupul era înaintea grupului 10 și „B” a fost utilizat pentru grupe care includ și după grupa 10. În plus, grupele 8, 9 și 10 au fost tratate ca o grupă triplă ca dimensiuni, cunoscută în mod colectiv în ambele notații ca grupa VIII. În 1988, a fost pus în funcțiune noul sistem de numire IUPAC, iar vechile nume de grupe au fost depreciate.

Unele dintre aceste grupe au primit nume triviale (nesistematice), deși unele sunt rareori utilizate. Grupele 3-10 nu au nume triviale și se referă pur și simplu la numerele lor de grupă sau la numele primului membru al grupei lor (cum ar fi „grupa scandiană” pentru grupa 3), deoarece acestea prezintă mai puține asemănări și/sau tendințe verticale.

Elementele din aceeași grupă tind să arate modele în raza atomică, energie de ionizare și electronegativitate. De sus în jos într-un grup, razele atomice ale elementelor cresc. Deoarece există mai multe niveluri de energie umplute, electronii de valență se găsesc mai departe de nucleu. Din partea de sus, fiecare element succesiv are o energie de ionizare mai scăzută, deoarece este mai ușor de îndepărtat un electron deoarece atomii sunt mai puțin legați. În mod similar, un grup are o scădere de sus în jos a electronegativității datorită unei distanțe crescute între electronii de valență și nucleu. Există excepții de la aceste tendințe: de exemplu, în grupa 11 electronegativitatea crește mai mult în jos pe grup.

Perioade

O perioadă este un rând orizontal în tabelul periodic. Deși grupele au, în general, tendințe periodice mai semnificative, există regiuni în care tendințele orizontale sunt mai importante decât tendințele grupelor verticale, cum ar fi blocul f, unde lantanidele și actinidele formează două serii orizontale substanțiale de elemente.

Elementele din aceeași perioadă arată tendințele în raza atomică, energia ionizării, afinitatea electronică și electronegativitatea. De la stânga la dreapta într-o perioadă, raza atomică scade, de obicei. Aceasta se întâmplă deoarece fiecare element succesiv are un proton și un electron adăugat, ceea ce face ca electronul să fie atras mai aproape de nucleu. Această scădere a razei atomice determină de asemenea creșterea energiei de ionizare atunci când se deplasează de la stânga la dreapta într-o perioadă. Cu cât elementul este mai strâns legat, cu atât mai multă energie este necesară pentru a îndepărta un electron. Electronegativitatea crește în același mod ca energia de ionizare din cauza atracției exercitate asupra electronilor de către nucleu. Afinitatea electronilor arată, de asemenea, o ușoară tendință într-o perioadă. Metalele (partea stângă a unei perioade) au, în general, o afinitate mai scăzută decât electronii nemetalici (partea dreaptă a unei perioade), cu excepția gazelor nobile.

Blocuri

(De la stânga la dreapta: blocul s, f, d, p în tabelul periodic.)

Regiunile specifice ale tabelului periodic pot fi denumite blocuri, ca recunoaștere a secvenței în care se umple învelișurile de electroni ai elementelor. Fiecare bloc este numit în funcție de subînvelișul în care se află în mod rezonabil „ultimul” electron. Blocul s cuprinde primele două grupe (metale alcaline și metale alcalino-pământoase), precum și hidrogen și heliu. Blocul p cuprinde ultimele șase grupe, care sunt grupele 13-18 în numerotarea grupelor IUPAC (3A-8A în numerotarea americană a grupelor) și conține, printre alteă elemente, toate metaloidele. Blocul d cuprinde grupele 3 până la 12 (sau 3B la 2B în numerotarea americană a grupelor) și conține toate metalele de tranziție. Blocul f, deseori compensat sub restul tabelului periodic, nu are numere de grup și conține lantanide și actinide.

Metale, metaloidale și nemetale

(Metale,   metaloide,   nemetale, și   elemente cu proprietăți chimice necunoscute în tabelul periodic. Sursele nu sunt de acord cu privire la clasificarea unora dintre aceste elemente.)

Conform proprietăților lor fizice și chimice partajate, elementele pot fi clasificate în categoriile majore de metale, metaloide și nemetale. Metalele sunt, în general, strălucitoare, solide, conduc foarte bine, formează aliaje între unul cu altul și compușii ionici asemănători sărurilor cu nemetale (altele decât gazele nobile). Majoritatea nemetalelor sunt gaze izolante colorate sau incolore; nemetalele care formează compuși cu alte nemetale, prezintă o legătură covalentă. Între metale și nemetale sunt metaloidele, care au proprietăți intermediare sau mixte.

Metalele și nemetalele pot fi clasificate în continuare în subcategorii care prezintă o gradare de la proprietăți metalice la nemetalice, atunci când merg din stânga la dreapta în rânduri. Metalele sunt subdivizate în metalele alcaline foarte reactive, prin metale alcalino-pământoase mai puțin reactive, lantanide și actinide, prin metalele de tranziție arhetipale și terminând în metalele post-tranziționale slabe fizic și chimic. Nemetalice sunt simplu subdivizate în nemetale poliatomice, fiind mai aproape de metaloide și prezentând un caracter metalic incipient; nemetalele diatomice nemetalice în esență, nemetalice și gazele nobile neatomice aproape complet inerte. Grupele specializate, cum ar fi metalele refractare și metalele nobile, sunt exemple de submulțimi ale metalelor de tranziție, de asemenea cunoscute și ocazional denotate.

Aranjarea elementelor în categorii și subcategorii bazate doar pe proprietăți partajate este imperfectă. Există o mare diferență de proprietăți în cadrul fiecărei categorii, cu suprapuneri notabile la limite, cum este cazul majorității schemelor de clasificare. Beriliul, de exemplu, este clasificat ca un metal alcalino-pământos, deși chimia sa amfoterică și tendința de a forma în cea mai mare parte compuși covalenți sunt atribute ale unui metal slab metalic sau post-tranzițional. Radonul este clasificat ca un gaz nobil nemetalic, dar are o anumită chimie cationică caracteristică metalelor. Alte scheme de clasificare sunt posibile, cum ar fi împărțirea elementelor în categorii de evenimente mineralogice sau structuri cristaline. Clasificarea elementelor în acest mod datează din cel puțin 1869, când Hinrichs scria că linia de graniță simplă ar putea fi plasată pe masa periodică pentru a arăta elemente care au proprietăți comune, cum ar fi metalele, nemetalele sau elementele gazoase.