TABELUL PERIODIC AL ELEMENTELOR

Chimia este stiinta care are ca obiect studierea substantelor si a transformarilor lor. Este definita si ca stiinta despre atomi (elemente chimice) si combinatiile lor, deoarece studiaza procesele de transformare a substantelor dintr-una în alta prin regruparea atomilor si modificarea legaturilor dintre atomi. Chimia are strânse legaturi cu alte stiinte, dintre care în primul rând cu fizica (limita dintre ele fiind relativa si facând obiectul a doua discipline, chimie fizica si fizica chimica), precum si cu biologia (biochimia) si cu geologia (geochimia) etc. Domeniul chimiei se împarete în: chimia anorganica, chimia organica si chimia fizica. Chimia anorganica studiaza proprietatile fizice si chimice ale elementelor si combinatiilor lor (în afara de compusii carbonului, studiati de chimia organica),precum si legile generale ale combinarii chimice. Chimia organica studiaza combinatiile carbonului cu câteva elemente (hidrogen, oxigen, azot, sulf, halogeni etc.).

Denumirea de chimie organica provine din conceptia gresita care a dominat pâna la începutul sec.al XIX-lea, potrivit careia substantele organice nu ar putea proveni decât din organismele vii. Sintetizarea substan-telor organice din substante minerale ( realizata pentru prima oara de Wohler în 1828 prin sintetizarea ureii din substante tipic anorganice) a spulberat aceasta conceptie gresita si a dovedit înca o data unitatea materiala, indestructibila a lumii. Chimia fizica are ca obiect studierea, prin metode fizice, a legilor si feno-menelor chimice precum si a structurii combinatiilor chimice. S-au mai dezvoltat, pe baza acestor discipli-ne, numeroase alte ramuri, cum sunt: chimia analitica, chimia combinatiilor compexe, chimia coloizilor, electrochimia, analiza fizico-chimica, fotochimia, magnetochimia, radiochimia.

Au existat in decursul timpului mai multe tentative ale chimistilor de

clasificare a elementelor chimice: in metale si nemetale, acizi si baze,

in functie de valenta sau de alte proprietati. Aplicarea acestor metode

facea insa ca o serie de elemente sa se regaseasca in mai multe grupe

concomitent. O clasificare mai detaliata si mai utila s-a bazat la inceput

pe greutatea atomica si apoi pe numarul atomic. Aceasta clasificare a

condus la ceea ce cunoastem astazi sub denumirea de sistemul

periodic, inclus in tabelul periodic care ilustreaza grafic legaturile

dintre diferite elemente.

Notatia atomica.Notatia atomica este o modalitate de de a descrie doua proprietati principale ale unui element – numarul atomic si numarul de

masa. Elementele se scriu de obicei sub forma baX, unde X este simbolul

chimic al elementului, a este numarul sau atomic iar b este numarul de masa.

1. Scurt istoric

Clasificarea initiala a elementelor cunoscute in metale si nemetale a

condus mai departe la diferentieri in functie de reactivitate. S-a

observat ca unele elemente au proprietati intermediare intre metale si

nemetale, acestea primind denumirea de metaloizi.

In 1828, J.W. Döbereiner a remarcat ca la unele elemente exista

aceeasi diferenta intre greutatea lor atomica (termenul actual utilizat

este masa atomica relativa) atunci cind sunt aranjate in grupe de cite

trei. De exemplu, a observat aceeasi diferenta intre greutatea atomica

a elementelor clor – brom si brom – iod. Pe aceeasi baza a gasit si alte

grupari asemanatoare care au devenit cunoscute sub denumirea de

“triadele lui Döbereiner”. John Newlands a aratat in 1864 ca aceste

clasificari sunt parte integranta dintr-o schema mai generala.

I E N AN V E L I SU L D E L E C T R O N I SI O TA T I A T O M I C A

al unu i elem entrep rez in ta num aru l d e p rotoni d innu cleu l fi ecaru i atom . A cesta esteacelasi cu nu m aru l de electron i careorbiteaza in ju ru l nucleu lu i . E lectroni inu se m isca p e orbite bine d efi nite, ciform eaza un nor d e electroni careincon joara nucleu l . C u toate acestea,fi ecare electron are un n ivel energeticbine d efi nit. A ceste n ivele energetice su nt gru pate in stratu ri . I n fi ecare stratelectron ii su nt d istribu iti pe unu l saum ai m u lte orbitale. este egal cu nu m aru l intreg cel m ai ap rop iat d e valoaream asei atom ice relativ e care arata d e ci teori m asa atom u lu i este m ai m are decitun itatea atom ica d e m asa.

N um aru l atom ic

N um aru l d e m asa

E xem plu : in v el i su l de el ectron i al clor u l u i

N u cleu lP r im u lstrat

A l d oi leastrat

A l trei leastrat

Newlands a grupat elementele pe linie in ordinea masei lor atomice si

atunci cind a observat aparitia unor elemente cu proprietati similare la

intervale regulate, a regrupat elementele si in in coloane:

Newlands a observat ca proprietatile primelor sapte elemente reapar si

la urmatoarele sapte, astfel incit primul si al optulea, al doilea si al

noulea si asa mai departe, apartin aceluiasi grup sau familii. El a numit

acest fenomen “legea octavelor”. Gazele nobile care nu fusesera

descoperite pina in anul 1890, si-au gasit locul in aceasta schema la

sfirsitul fiecarei linii. Aceasta teorie nu a fost luata in serios la acea

vreme mai mult datorita alegerii termenului muzical de “octava” de

catre Newlands.

Ideile lui Newlands au fost dezvoltate si reformulate mai clar de catre

chimistul rus Dmitry Mendeleyev. Mendeleyev a formulat legea

periodicitatii care se bazeaza pe ipoteza ca proprietatile elementelor

sunt intr-o dependenta periodica in functie de masele lor atomice. El a

aranjat elementele intr-un tabel, lasind spatii libere acolo unde nu

existau elemente cunoscute cu masa atomica sau proprietati fizice si

chimice corespunzatoare pozitiei respective.

Primele opt elemente dupa hidrogen si heliu sunt litiu, beriliu, bor,

carbon, nitrogen, oxigen, fluor si neon (neonul inca nu fusese

descoperit la vremea aceea). Aceste elemente au fost grupate de catre

Mendeleyev pentru a forma prima linie sau perioada din tabelul

periodic. Celelalte elemente cunoscute au fost aranjate sub aceasta

prima linie in ordinea masei lor atomice astfel incit sa rezulte un tabel

in care elementele de pe coloane prezinta proprietati similare.

Mendeleyev a aranjat de asemenea si elementele pe care le

cunoastem astazi sub denumirea de metale tranzitorii in perioade mai

lungi astfel incit sa nu se regaseasca in tabel in regiunea ocupata de

nemetale.

Decizia lui Mendeleyev de a lasa anumite locuri libere in tabel a fost

confirmata ulterior prin descoperirea de elemente ale caror proprietati

fusesera astfel anticipate. De exemplu, el a prognozat descoperirea

unui element pe care l-a numit eka-aluminiu si ale carui proprietati le-a

intuit printr-un studiu al tendintelor si similitudinilor dintre elementele

din tabelul sau. Patru ani mai tirziu a fost descoperit galiu ale carui

proprietati corespundeau pe deplin cu cele prognozate de catre

Mendeleyev.

Tabelul periodic al elementelor este instrumentul cel mai valoros in

studiul chimiei anorganice. A ajutat la estimarea masei atomice

relative reale a elementelor si la descoperirea de noi elemente. Un

studiu mai riguros al sistemului periodic bazat pe masa atomica scoate

G ER U PA R E A L E M E N T E L O R

D m itr y M en deleyev 1834 - 1907( )

insa in evidenta si o serie de anomalii; de exemplu, argonul si potasiul,

iodul si telluriumul, cobaltul si nichelul, judecind dupa proprietatile lor,

ar trebui sa fie plasate incorect in functie de masele lor atomice.

Aceasta anomalie a ramas o lunga perioada de timp neexplicata, dar

acum se cunoaste ca masa atomica a unui element are o importanta

mai mare decit masa atomica relativa. Aceste anomalii dispar atunci

cind elementele sunt aranjate in functie de numarul atomic.

2. Gruparea elementelor in tabelul periodic

Tabelul periodic al elementelor este aranjat astfel incit sa scoata in

evidenta similitudinea dintre anumite elemente. Elementele dintr-o

anumita zona a tabelului au proprietati asemanatoare in timp ce

TA B E L U L P E R IO D IC A L E L E M E N T E L O R

M etale al cal in e

G aze n ob i le

N em etale L an tan id e

A ctin ide

M etale al cal in o-p am in toase

M etaloizi

M etale b loc-p

M etaletran zi tion ale

elementele situate la o distanta semnificativa au un comportament

diferit. Intre aceste extreme exista o variatie gradata a proprietatilor

fizice si chimice ca rezultat al masei atomice relative si configuratiei

electronice a elementelor care intervin in aceasta zona intermediara.

2.1 Perioade

Elementele dintr-o perioada au acelasi numar de straturi electronice

in atom, numar care coincide si cu numarul stratului exterior. In cadrul

aceleasi perioade elementele sunt aranjate in ordinea crescatoare a

numerelor atomice. In aceeasi perioada fiecare element contine un

electron in plus pe ultimul strat comparativ cu elementul anterior.

Aceasta conduce la o crestere a masei nucleului si sarcinii elementelor

de la stinga spre dreapta in cadrul fiecarei perioade, fara a avea insa si

o crestere a numarului de straturi de electroni.

Rezulta in acest fel o crestere a fortei de atractie exercitata de catre

nucleu asupra electronilor din ultimul strat numit si strat de valenta.

O alta consecinta este si contractarea stratului de valenta de la stinga

spre dreapta, cu electronii din acest strat orbitind mai aproape de

nucleu (scade raza atomica). Acest fenomen reflecta o tendinta de

crestere a atractiei atomului pentru electroni pe masura ce ne

deplasam de la stinga spre dreapta in cadrul aceleasi perioade.

Metalele alcaline si alcalino-pamintoase care sunt situate la

capatul din stinga al perioadelor prezinta o slaba atractie pentru

electronii din stratul exterior de valenta, electroni pe care ii cedeaza

usor formind astfel ioni pozitivi. Spunem ca aceste elemente sunt

electropozitive, spre deosebire de elementele situate la dreapta

perioadelor care sunt electronegative. Halogenii, situati la

extremitatea din dreapta a perioadelor, sunt elemente puternic

electronegative si, posedind o afinitate mare pentru electroni,

formeaza usor ioni negativi cu metalele sau cu hidrogenul prin

atragerea unui electron in stratul de valenta.

2.2 Grupe

Deplasindu-ne de sus in jos in coloanele (grupele) tabelului periodic,

fiecare element va avea un strat de electroni in plus fata de cel de

deasupra lui. Chiar daca sarcina nucleului creste pe aceasta directie,

straturile suplimentare si distanta din ce in ce mai mare a nucleului

fata de electronii de pe ultimul strat face ca acesti electroni sa fie mai

putin legati. Una dintre cauze o constituie influenta straturilor

interioare de electroni care au un efect de ecranare, reducind astfel

forta de atractie exercitata asupra electronilor de valenta, ceea ce

conduce la formarea de cationi.

Influenta combinata a acestor factori conduce la o tendinta puternica a

elementelor metalice din coltul din stinga jos al tabelului periodic

(metalele alcaline grele) de a forma cationi, in timp ce elementele

nemetalice din coltul din dreapta sus (halogenii usori) formeaza

anioni.

2.3 Legaturi pe diagonala

Ca urmare a celor doua tendinte importante din tabelul periodic –

contractia straturilor de electroni de la stinga la dreapta perioadelor

(cresterea electronegativitatii) si cresterea numarului de straturi de

electroni in grupe de sus in jos (descresterea electronegativitatii) – se

intimpla deseori ca un element sa aiba o raza atomica si raza ionica

apropiate de ale elementului pozitionat mai jos pe diagonala decit

elementele din propria grupa. Deoarece exista o serie de proprietati

care sunt dependente de aceste raze si de valorile electronegativitatii,

comportarea elementelor situate pe diagonala poate fi uneori

asemanatoare. De exemplu, litiu se aseamana ca proprietati chimice

cu magneziu mai mult decit ne-am astepta. Astfel de asemanari pot fi

observate si in cazul altor perechi de elemente pozitionate similar.

Exemple de legaturi pe diagonala in tabelul periodic

3. Blocurile de elemente de tip s, p, d si f

Este cunoscut ca substraturile de electroni sunt formate din orbitali de

acelasi tip si care au aceeasi energie; acestia sunt notati cu simbolurile

s, p, d, f.

Tipuri de orbitali

Elementele chimice se pot clasifica in grupuri sau blocuri, dupa tipul de

orbital in care intra electronul distinctiv.

3.1 Elemente de tip bloc s

Toate elementele din blocul s sunt metale si se regasesc in grupele 1 si

2 ale tabelului periodic. Blocul s contine metalele alcaline si

metalele alcalino-pamintoase. Aceste metale sunt puternic

reactive, pierzind cu usurinta electronii lor de valenta pentru a forma

compusi ionici cu numere de oxidare +1 sau +2 (Numarul de oxidare

este un numar care indica citi electroni trebuie sa primeasca sau sa

cedeze atomul dintr-un compus pentru a forma un atom neutru.

Avind numai unul sau doi electroni de valenta, legatura metalica din

structura metalelor din blocul s este relativ slaba, astfel incit acestea

sunt metale cu temperaturi de topire scazute.

M AE TA L E L E L C A L I N E M etalele alcal in e form eaza gru p a 1 in tabelu l p er iod ic. A ceste elem en tesu n t m etale si toate au u n electron p e care i l ced eaza u sor. Toate m etalelealcal in e, cu excep tia l itiu m -u lu i, trebu ie sa fi e p astrate in u lei d eoarecereaction eaza rap id cu oxigen u l d in aer si v io len t cu ap a. M etalele alcal inesu n t n eobisn u i te ca m etale, fi in d m etale m oi si av in d p u n cte d e top i resi fi erbere scazu te.

D aca se in trodu ce potasiu i n apa, se el i bereaz a o can ti tate asa de m are de en erg ie i n ci t h i drogen u l produ s i n t im pu l r eact iei se apr i n de.

G ru p a 1M etale alcal in e

M etalele alcal ino-p am in toase su n t elem en tele d in gru p a a d ou a d intabelu l p er iod ic. C h iar d aca n u su n t la fel d e reactive ca si m etalelealcal in e d in gru p a 1, si acestea su n t elem ente care se com bin a u sor cu alteelem ente. A ceste elem en te su n t u ti l izate in in d u str ia aeron au tica p entrufabr icarea d e al iaje u soare.

A liaje u soareS t r u ctu ra acestu iav i on este real iz atad in tr - u n al i aj dem agn ez iu si al u m in iu

G ru p a 2M etale alcal in o-p am in toase

M A PETALE LCALINO- AMINTOASE

3.2 Elementele de tip bloc p

Elementele de tip bloc p sunt cele din grupele 13-18 din tabelul

periodic. Blocul include un amestec de metale de tip bloc p si

nemetale. Metaloizii (sau semi-metalele – germaniu, arsenic,

antimoniu) se gasesc si ei in acest bloc. Toate aceste elemente au

M T B PE T AL E D E IP L O C

M etalele de tip b loc p prezin ta u n ele propr ietati specificem etalelor cu m ar fi lu ciu , con du ctib ilitate term ica s ielectr ica s i m aleabilitate.Au si citevapropr ietati tip icn em etalice.D e exem plu ,pot form aion i com -plecsi cuoxigen u l, lafel ca n em eta-lele, cu m ar fifosforu l s isu lfu l.

A rm ura d in sec .X IIIacoper ita cu un s tra tsu b tire de Sn pen trua fi p ro te ja ta im po -triva rug in ii.

M E T AL O IZI

M etalozii au aspect m etalic dar d in pu n ct de vederech im ic se com porta atit ca m etalele cit s i ca n em etalele.An tim on iu l, germ an iu l s i arsen icu l su n t clasificati cam etaloizi. U n eor i s i n em etale ca telu r iu sau siliciu su n tin clu se in aceasta clasa. M etaloizii s i-au doveditim portan ta in in du str ia sem icon du ctor ilor .

C hip d insilic iu

C rista l d esilic iu

orbitalii de tip p partial ocupati. Aceste elemente prezinta o variatie

mai mare a proprietatilor fizice si chimice comparativ cu cele din blocul

de tip s. Blocul p include si halogenii puternic reactivi si un numar de

nemetale extrem de importante cum ar fi carbonul, nitrogenul si

oxigenul. Aceste elemente tind sa formeze intre ele compusi

covalenti. Tot in blocul p se regasesc si gazele nobile.

3.3 Elemente de tip bloc d

Blocul d contine metalele tranzitionale care au partial ocupat

orbitalii d. Energetic, acesti orbitali sunt asemanatori cu cei situati

imediat deasupra lor. Ca urmare a energiei tranzitionale scazute,

electronii din orbitalul d pot trece usor pe un nivel energetic mai inalt

prin absorbtia de radiatii electromagnetice din domeniul vizibil. Unele

dintre elementele cele mai grele din blocul d prezinta o puternica

instabilitate nucleara, motiv pentru care nu se gasesc in forma

naturala ci trebuie produse numai pe cale sintetica.

H AL O G E N IH alogen ii form eaza gru pa a 17-a din tabelu l per iodic. Toateaceste elem en te au u n electron lipsa. In form a pu ra au u nm iros in tepator s i pot arde pielea. S e com bin a u sor cu alteelem en te - in gen eral - form in d saru r i ch im ice.S aru r ile h alogen e su n t u tilizate in m edicam en te, an tisepticesi pen tru acoper irea fi lm elor fotografice.

m etale

L a mpacu ha logen

F ila mentu l la mpii a fos ta coperit cu iod pentru aprod uce o lumina ma iputern ica

3.4 Elemente de tip bloc f

Elementele din blocul f sunt lantanidele si actinidele. Acestea au orbitalii 4f sau 5f ocupati partial sau total si uneori au orbitalul 5d sau 6d ocupat pe jumatate. Ca urmare a diferentelor mici intre nivelele energetice din aceasta regiune a tabelului periodic,

lantanidele au proprietati asemanatoare. O contractie pronuntata apare in seria lantanidelor din blocul f. Ca

rezultat al acestei contractii, elementele care urmeaza in tabel imediat

dupa lantanide au raze atomice si ionice similare cu elementele din

grupa situata imediat la stinga lantanidelor.

Tendinta generala pentru elementele cu electronegativitate puternic

diferita intre ele este de a forma legaturi ionice. Atomii metalelor tind

sa formeze cationi (ioni pozitivi) avind o raza ionica mare.

Nemetalele tind sa formeze legaturi covalente intre ele.

Oricare dintre elementele din grupa metalelor tranzitionale, inclusiv

lantanidele si actinidele prezinta o mai mare asemanare intre ele decit

exista in alte zone ale tabelului periodic. Similitudinea rezulta ca

urmare a faptului ca stratul de electroni care este completat de-a

lungul unei perioade nu este stratul exterior, astfel incit diferentele din

cadrul acestei serii de elemente sunt mai putin evidente ca in alte

zone, stratul exterior fiind similar.