ATOM - układ okresowy pierwiastków

W bardzo dużym uproszczeniu można powiedzieć, że chemiczne właściwości pierwiastków zależą od dwóch czynników - ilości elektronów walencyjnych i ilości powłok elektronowych w danym pierwiastku. Pamiętając, że kolejne orbitale zapełniają się zgodnie z regułą Hunda, a ilość orbitali na danej powłoce determinowana jest główną liczbą kwantową, nie trudno przewidzieć, że po zapełnieniu niższej powłoki następne pierwiastki zaczną zapełniać wyższą powłokę, powtarzając konfiguracje elektronów walencyjnych. Pierwiastki o podobnej konfiguracji elektronów walencyjnych będą miały podobne właściwości chemiczne (a czasem i fizyczne), lecz ze względu na inną energie tych elektronów (większa odległość od jądra atomowego) właściwości te będą ulegać systematycznie niewielkim zmianom w zależności od liczby atomowej. Poniżej przedstawiono przykładową grupę fluorowców i jej konfiguracje elektronowe:

 

Układ okresowy pierwiastków, jest to uporządkowany zbiór wszystkich znanych pierwiastków. Pierwiastki są pogrupowane w okresy (poziome rzędy tablicy), zgodnie z rosnąca liczbą atomową. Pierwiastki o takiej samej strukturze elektronów walencyjnych zebrane są w grupy (kolumny tablicy). Właściwości chemiczne i fizykochemiczne pierwiastków zmieniają się dość systematyczne wzdłuż okresów (zmiana konfiguracji powłoki walencyjnej) i grup (zmiana głównej liczby kwantowej). Ponieważ głównym "motorem" aktywności chemicznej atomów jest chęć uzyskania oktetu elektronowego na powłoce walencyjnej i związana z tym elektroujemność pierwiastka, podstawowe właściwości chemiczne pierwiastków zmieniają się głównie wzdłuż okresów (wartościowość, elektroujemność i charakter metaliczny, zdolności utleniania, itp.), zaś w obrębie grupy te same właściwości zmieniają się w sposób łagodniejszy. Ponieważ jednak zmiany te przebiegają i wzdłuż okresów i w obrębie grupy, dość często mówimy, że zmieniają się one "po przekątnej" układu (np. elektroujemność).

Grupy układu okresowego podzielone są na trzy bloki: blok s (dwie pierwsze grupy, tzw. I i II grupa główna, elektrony walencyjne znajdują się wyłącznie na orbitalu s), blok p (sześć ostatnich grup układu, tzw. III-VIII  grupa główna, elektrony walencyjne wypełniają orbitale typu p) oraz blok d. Temu ostatniemu musimy teraz poświecić nieco więcej uwagi.

W obrębie pierwszych trzech okresów, okresowość związana jest z liczba atomową w sposób nie budzący żadnych wątpliwości. Elektrony systematycznie wypełniają poszczególne orbitale, przechodząc na wyższy po  zapełnieniu niższego. Od czwartego okresu ta idealna okresowość zaczyna ulegać pewnym zakłóceniom. Trzeci okres charakteryzuje się występowaniem orbitali typu d, które - zgodnie z dotychczasowym przebiegiem wypełniania orbitali - powinny wypełniać się po zapełnieniu orbitali 3p. W rzeczywistości jest nieco inaczej. Dwa pierwsze pierwiastki czwartego okresu, pozostawiając niezapełnione orbitale 3d, przechodzą do zapełniania orbitalu 4s (potas i wapń) i dopiero następny skand (Sc) zaczyna wypełnianie orbitali 3d. Kolejne pierwiastki wypełniające orbital d niższej powłoki, przy zapełnionym orbitalu s wyższej, tworzą blok d. Dzieje się tak ze względu na energie charakteryzujące poszczególne orbitale. W okresie 6 i 7 dodatkowe komplikacje wprowadza konieczność wypełniania orbitali f, które pojawiają się już w atomach pierwiastków okresu 4.  Zatem w bloku d pojawiają się dwie dodatkowe grupy pierwiastków, od nazw pierwszych pierwiastków w nich występujących nazwane grupą lantanowców (uzupełniają 4f) i aktynowców (uzupełniają 5f).

Ze względu na istnienie nieobsadzonych (lub obsadzonych tylko częściowo) orbitali, pierwiastki bloku d, zwane niekiedy pierwiastkami przejściowymi, charakteryzują się dużą zmiennością swych właściwości chemicznych. Często występują na kilku różnych stopniach utlenienia (np. chrom od +3 w wodorotlenku do +6 w chromianach, czy mangan od +2 do +7) i dość łatwo tworzą związki kompleksowe o dość skomplikowanej strukturze. W wielu przypadkach nie da się tu prosto przewidzieć właściwości konkretnego pierwiastka - często trzeba się ich nauczyć na pamięć.

 do strony głównej