Читать книгу Fascynująca chemia - Sylvia Feil - Страница 13

Symbole czterech żywiołów. Ten, kto oglądał film „Piąty element” z 1997 roku z Brucem Willisem i Millą Jovovich, na pewno je rozpozna

W miarę jak w czasach nowożytnych stopniowo rosła wiedza o procesach chemicznych, owo proste wyobrażenie zaczęło sprawiać trudności. Istniało przecież znacznie więcej materiałów, które nie mogły być rozbite na inne substancje. Poza tym okazało się, że wodę można jednak rozłożyć na inne substancje, a więc nie mogła być pierwiastkiem.

Lothar Meyer (1830–1895)

Z biegiem lat „pojawiło się” coraz więcej pierwiastków i zauważono, że niektóre z nich zachowywały się podobnie pod względem chemicznym – wskazywało to na istnienie głębszego porządku. W końcu w 1869 roku niemiecki chemik Lothar Meyer i rosyjski chemik Dmitrij Mendelejew niezależnie od siebie odkryli właściwy schemat porządku, który znamy dzisiaj jako układ okresowy pierwiastków. Zasadniczo układ ten powstał poprzez uporządkowanie pierwiastków zgodnie z rosnącą masą atomową oraz przez podzielenie na rzędy tak, aby podobne do siebie pierwiastki znajdowały się pod sobą. Przy tym istniały pewne luki, które wskazywały na jeszcze nieodkryte pierwiastki. Gdy w późniejszym czasie pierwiastki te zostały rzeczywiście odkryte, potwierdziło się, że ów układ jest poprawny.

Od czasu do czasu musiano jednak trochę się nagimnastykować przy kolejności pierwiastków. Na przykład tellur (Te) jest przeciętnie nieco cięższy niż jod (I), jednak w układzie okresowym pojawia się bezpośrednio przed nim. Dziś wiemy, z czego to wynika: poprawna kolejność jest określana przez liczbę protonów w jądrze atomu, a nie przez masę atomową, do której muszą być jeszcze doliczone neutrony.

Dmitrij Iwanowicz Mendelejew (1834–1907)

W przypadku obojętnych atomów liczba protonów w jądrze jest identyczna z liczbą elektronów na powłoce atomu. Dlatego struktura układu okresowego dokładnie odzwierciedla wypełnianie poszczególnych powłok elektronowych (orbitali) i ich podpowłok, przy czym niektóre podpowłoki (orbitale d oraz f) są zapełniane z opóźnieniem, ponieważ znajdują się na wyższym poziomie energetycznym. Wyjaśnia to na przykład położenie w układzie metali przejściowych oraz lantanowców i aktynowców. W przypadku gazów szlachetnych dana powłoka (a dokładniej: jej orbitale s oraz p) jest zapełniona, a kolejny rząd oznacza wypełnianie kolejnej powłoki. Podobieństwo chemiczne pierwiastków z jednego rzędu wynika zatem z tego, że ich najbardziej zewnętrzna powłoka ma taką samą liczbę elektronów.

Układ okresowy pierwiastków chemicznych. Liczba w lewym górnym rogu przy symbolu pierwiastka jest liczbą atomową, oznaczającą liczbę protonów w jądrze atomowym. Z uwagi na brak miejsca ta wersja układu nie zawiera lantanowców i aktynowców. Pełny układ okresowy pierwiastków chemicznych znajduje się na końcu książki na stronie 320

Z układu okresowego można bardzo dobrze odczytać zachowanie chemiczne pierwiastków, ponieważ starają się one uzyskać zapełnioną zewnętrzną powłokę, tak jak gazy szlachetne po prawej stronie układu. Dlatego też pierwiastki po lewej – jako metale – chętnie oddają elektrony, a pierwiastki po prawej chętnie je przyjmują (oprócz gazów szlachetnych, których zewnętrzna powłoka już jest zapełniona). Lżejsze pierwiastki na środku układu wolą dzielić się elektronami z innymi atomami. Poza tym tendencja do oddawania elektronów wzrasta w dolnych rzędach, ponieważ powłoki atomowe takich pierwiastków stają się coraz większe, a elektrony peryferyjne² są słabo powiązane z jądrem. Metale znajdują się po lewej i na dole, niemetale – na górze po prawej, a mało reaktywne gazy szlachetne w kolumnie po prawej. Metale zdecydowanie dominują w układzie okresowym.