lek. Dominik Mukrecki

lek. Dominik Mukrecki

Właściwości fizyczne i chemiczne pierwiastków.

Właściwości fizyczne pierwiastków

Zacznijmy od zauważenia, że im wyższe są powłoki i podpowłoki, na których znajdują się elektrony, tym więcej zaskakujących właściwości wykazują pierwiastki. Własności te należy wymienić i krótko opisać. Zacznę od fizycznych, czyli takich, które jawią się w wtedy, gdy nie zachodzi reakcja chemiczna. Może to być na przykład temperatura topnienia i wrzenia oraz gęstość. Do ich zrozumienia potrzebne są podstawy fizyki, zamiennie ze zdrowym rozsądkiem i ogólnym pojęciem o świecie. Nieco trudniejsze są promień atomowy i jonowy (poniekąd chemiczna właściwość) oraz energia jonizacji.

Zacznę od promienia atomu, przy założeniu, że ma on kształt kuli. Zapamiętaj po prostu – hel ma najmniejszy, a frans największy ze wszystkich. W dół i lewo rośnie, a w prawo i do góry maleje. Od tej reguły nie ma odstępstw. Wszystko wynika z tego, że w dół, czyli ze wzrostem okresu należy spodziewać się wzrostu liczby powłok. Skoro jest ich więcej, to cały atom powinien mieć większy rozmiar. Natomiast w prawo, ze wzrostem grupy, liczba powłok jest już określona, ale w jądrze jest coraz więcej protonów, które bezlitośnie coraz bardziej ściskają powłoki, co skutkuje spadkiem promienia atomowego.

Bezpośrednio z wymienionych zależności wynika energia jonizacji, czyli minimalna energia jaką należy dostarczyć do atomu, aby oderwać mu jeden elektron. Jak się zapewne domyślasz, jest ona większa, niż jakakolwiek energia potrzebna do wzbudzenia elektronu, bowiem ten proces jest odwracalny, a elektron ma gdzie wracać. Jonizacja natomiast jest całkowitym oderwaniem przynajmniej na jakiś czas. Energia tego procesu zależy od promienia w oczywisty sposób – im większy promień, tym mniejsza energia jonizacji, bo elektrony są dalej od przyciągających ich dodatnio naładowanych protonów z jądra atomowego. Tutaj z kolei możemy uświadczyć drobnych ustępstw, ale nie są one bardzo istotne w nauce chemii. Analogicznie należy się spodziewać kolejnych energii jonizacji dla następnych elektronów. Będą one coraz większe – w jądrze zostaje tyle samo protonów, a powłoki topnieją z każdym odłączonym elektronem.

Wykłady w 15 miastach

Czym staje się atom po odłączeniu elektronów? Dodatnio naładowanym jonem, czyli kationem. Jego dodatni ładunek jest spowodowany niedoborem elektronów i jest równy co do wartości liczbie tego niedostatku. Przykładowo – atom magnezu traci dwa elektrony i staje się kationem Mg2+. Im większy ładunek, tym mniejszy jest promień kationu, gdyż powłoki elektronowe kurczą się coraz bardziej. Przeciwieństwem kationu jest anion – dodatnio naładowany jon. Powstaje on poprzez pobranie większej liczby elektronów, niż zazwyczaj posiada. Tym razem to jądro atomowe jest na przegranej pozycji. Musi utrzymać bardziej obciążone powłoki, które odbiegają co raz bardziej od pierwotnych wymiarów. Im bardziej ujemny jest ładunek anionu, tym większy będzie jego promień.

Właściwości chemiczne pierwiastków

Czym jest reakcja chemiczna? Jest to zmiana jednego pierwiastka lub związku chemicznego w inny. Na przykład wodoru i tlenu w wodę, azotu i wodoru w amoniak itp. W jaki sposób może nam pomóc układ okresowy w przewidywaniu biegu tychże przemian? Odwołam się do wcześniejszych zagadnień następująco: celem każdego pierwiastka jest osiągnięcie odpowiedniej konfiguracji elektronowej (póki co nie ważne jakiej). Każda reakcja chemiczna jest tego wyrazem. W tym celu atom pierwiastka może wykorzystać elektrony walencyjne, tworząc połączenia między atomami, czyli wiązania. Liczba wiązań tworzona przez dany pierwiastek jest nazywana wartościowością. Maksymalna możliwa do uzyskania nie może być większa, niż liczba elektronów walencyjnych. Co więcej, często równa się tej wartości. I tak pierwiastki od grupy pierwszej do siódmej (cały blok s i połowa bloku d) osiągają maksymalnie wartościowości od jeden do siedem. Od grupy ósmej zaczyna się stopniowy spadek w kierunku cynku, który mimo posiadania aż dwunastu elektronów walencyjnych (tyle co numer grupy) jest jedynie dwuwartościowy. W bloku p następuje podniesienie się tych wartości zgodnie z grupą – glin w trzynastej jest trójwartościowy, węgiel w czternastej cztero itd. konsekwentnie do grupy siedemnastej. Wyjątki to tlen i fluor wykazujące zawsze wartościowości odpowiednio dwa i jeden. Grupa osiemnasta oficjalnie nie reaguje z niczym, poza ksenonem osiągającym wartościowości rzędu osiem, istnieją jeszcze związki argonu, kryptonu i radonu. Aczkolwiek są to przykłady nieszablonowe. Ponadto, blok f rządzi się swoimi prawami (jak zawsze).

Następna istotna właściwość chemiczna to elektroujemność. Należy ją potraktować jako uniwersalną miarę przyciągania elektronów. Największą ze wszystkich ma fluor, a najmniejszą frans. Wysoka cechuje niemetale, niska metale. Zastosowanie tej wielkości jest następujące – jej różnica pomiędzy połączonymi ze sobą atomami pierwiastków mówi o tym, czy elektrony krążą na równi wokół obu, czy są bardziej skore preferować ten bardziej elektroujemny. Może nawet dojść do przekazania elektronu na stałe.

Nie przywiązuj dużej wagi do pamięciowej nauki niniejszych reguł. Opisuje je mając na celu wykształcenie u Ciebie chemicznej intuicji. Wszystko przyjdzie z czasem.

Wykłady w 15 miastach

Sprawdź czy są jeszcze wolne miejsca!

Wielka
Powtórka
Maturalna

Po wybraniu biletów przejdź do koszyka i uzupełnij dane uczestnika.