Η ΧΗΜΕΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ ΤΗΝ ΥΛΗ. ΠΕΡΙΟΔΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ. 2ο μέρος. Περίοδοι, Ομάδες, Τομείς του Περιοδικού Πίνακα Μεταβολές στις ιδιότητες των Χημικών στοιχείων βάσει του Περιοδικού Πίνακα οριζόντια, κατά μήκος μιας περιόδου και κάθετα, στις στήλες των ομάδων.

Δήμητρα Σπανού, Χημικός, καθηγήτρια Β/θμιας Εκπαίδευσης με οργανική θέση στο 1ο Γυμνάσιο Δάφνης

Η ΑΠΟΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΑΠΟ ΤΟΝ ΠΥΡΗΝΑ ΚΑΙ Ο ΑΤΟΜΙΚΟΣ ΑΡΙΘΜΟΣ 

ΔΙΑΜΟΡΦΩΝΟΥΝ ΤΙΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

Οι ιδιότητες των Χημικών στοιχείων, εξαρτώνται από πολλούς παράγοντες: την απόσταση από τον πυρήνα, τον ατομικο αριθμό , την ατομική ακτίνα,  την περιόδο που ανήκουν,  και την ομάδα που εντάσσονται

Τα αρνητικά  ηλεκτρόνια τού ατόμου έλκονται από τον θετικό πυρήνα με δυνάμεις ηλεκτροστατικής φύσεως που αυξάνουν με την αύξηση του ατομικού αριθμού Ζ αλλά  και στην περίπτωση ηλεκτρονίων για την ίδια στοιβάδα,  με την προσθήκη επι πλέον ηλεκτρονίων στην στοιβάδα εμφανίζονται απωστικές δυνάμεις μεταξύ των ομόνυμα φορτισμένων ηλεκτρονίων- ( ηλεκτραρνητικότητα). Επίσης με την αύξηση της ελκτικής δύναμης του πυρήνα μειώνεται η απόστασης των ηλεκτρονίων από τον πυρήνα γιατί με την αύξηση αριθμού της περιόδου, εχουμε  αύξηση της ατομικής ακτίνα - εξωτερικής στοιβάδας 

Η Ηλεκτρική Δυναμική ενέργεια μεταξύ πυρήνα και ηλεκτρονίου είναι αρνητική ώστε, για να απομακρύνουμε ηλεκτρόνιο από την επίδραση του πυρήνα πρέπει να δώσουμε ενέργεια

Ο ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ

Ο περιοδικός πίνακας περιλαμβάνει 7 οριζόντιες γραμμές που ονομάζονται περίοδοι και 18 κάθετες στήλες που ονομάζονται ομάδες. Από αυτές 8 είναι οι Α υποομάδες και 10 οι Β υποομάδες Στις περιόδους του περιοδικού πίνακα περιλαμβάνονται σε κάθε μια Χημικά στοιχεία που έχουν ηλεκτρόνια στην ίδια εξωτερική στοιβάδα και τοποθετούνται διαδοχικά καθώς προστίθενται ηλεκτρόνια για κάθε νέο Χημικό στοιχείο Οι ομάδες του Περιοδικού Πίνακα ή οικογένειες περιλαμβάνουν τα Χημικά στοιχεία που περιλαμβάνονται στις κάθετες στήλες και συμβαίνει να έχουν την ίδια ηλεκτρονιακή διαμόρφωση στην στοιβάδα σθένους τους   ΟΙ ΠΕΡΙΟΔΟΙ ΤΟΥ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΥ ΠΙΝΑΚΑ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΣΤΑ  ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ  ΤΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ    ΑΠΟ ΤΑ ΑΡΙΣΤΕΡΑ ΠΡΟΣ ΤΑ ΔΕΞΙΑ ΜΙΑΣ ΠΕΡΙΟΔΟΥ 1. Κατά μήκος κάθε μιας από τις περιόδους του πίνακα (οριζόντιες σειρές) συμβαίνει α. μείωση της ατομικής ακτίνας .  Αυτό συμβαίνει γιατί, ενώ έχουμε πάντα τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονιακών στοιβάδων η προσθήκη ηλεκτρονίων στην στοιβάδα σθένους έως να συμπληρωθεί ο αριθμός τους προκαλεί μεγαλύτερη έλξη από τον πυρήνα. β. αύξηση της ηλεκτραρνητικότητας, δηλαδή της ικανότητας του ατόμου να έλκει προς το μέρος του εξωτερικά ηλεκτρόνια. Ο λόγος είναι επίσης η μείωση της ακτίνας του ατόμου. γ. αυξάνεται η ενέργεια ιοντισμού, που είναι η ικανότητα   ενέργειας που απαιτείται για την απομάκρυνση ηλεκτρονίου από το άτομο ( για τον ίδιο λόγο, η έλξη από τον πυρήνα είναι αυξημένη) ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΣΤΙΣ ΦΥΣΙΚΕΣ ΤΟΥΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ Χ.Σ.   ΑΠΟ ΤΑ ΑΡΙΣΤΕΡΑ ΠΡΟΣ ΤΑ ΔΕΞΙΑ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΔΟΥ  Η μείωση της ακτίνας του ατόμου και η αύξηση της ηλεκτραρνητικότητας έχουν σαν συνέπεια την αύξηση της συνδετικής ικανότητας των ατόμων μεταξύ τους  Αυξάνει η πιθανότητα σύνδεσης με ομοιοπολικό δεσμό. Η αναγωγική ικανότητα μειώνεται. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ  Μεταβολής των Χημικών και Φυσικών ιδιοτήτων κατά μήκος μιας  περιόδου  Χημικά  στοιχεία της 3ης περιόδου  της Α υποομάδας  1η ομάδα το   Νάτριο Na , 2η το Μαγνήσιο Mg , 13η το  Αργίλιο AL  , 14η το Πυρίτιο Si , 15η o Φωσφορος P , 16η το θείο S , 17η ομάδα το χλώριο Cl Με οξυγόνο του αέρα τα οξείδια που δημιουργούνται:  Na2Ο (γρήγορα) , MgΟ (αρκετά γρήγορα) ,  AL2Ο3 (αργά δημιουργείται επιφανειακό στρωμα AL2Ο3  )  ,  SiΟ2(αργά) ,  P2Ο5(τυχαία καύση),  SΟ3 (με θέρμανση) ,  Cl Με το νερό : Το Νάτριο αντιδρά έντονα με το νερό με έκλυση θερμοτητας και παράγεται υδροξείδιο του νατρίου (NaΟΗ) , στη 2η το Μαγνήσιο αντιδρά επισης με το νερό και παράγει υδροξείδιο του μαγνησίου αλλά η αντίδραση δεν είναι έντονη(  Mg(ΟΗ)2) , 13η το  Αργίλιο AL (λίγο διαλυτό στο νερό) , 14η το Πυρίτιο Si (Το πυρίτιο ελάχιστα διαλύεται, όμως, στο νερό διαλύται το διοξείδιο του πυριτίου σχηματίζοντας δεσμούς υδρογόνου. Δεν δίνει ούτε οξύ ούτε βάση), 15η o Φωσφορος P ( δεν διαλύεται όμως, αντιδρούν τα οξείδια του φωσφόρου με το νερό και δίνουν φωσφορώδες και φωσφορικό οξύ) , 16η το θείο S ( το θειο δεν διαλύεται όμως το οξείδια του θείου με το νερό δίνουν ισχυρά οξέα H2SO4, H2SO3),  17η ομάδα το χλώριο Cl (το χλώριο με το νερό δίνει υδροχλώριο ΗCl και υποχλωριώδες οξύ HClO)  Στα χλωρίδιά τους, NaCl, MgCl2,  AlCl3 /Al2Cl6,  SiCl4,  PCl3 /PCl5, SCl2, S2Cl2  o ιοντικός χαρακτήρας μειώνεται από τα αριστερά προς τα δεξιά. Τα τελευταία δίνουν ομοιοπολικές ενώσεις  Στην  ομάδα των αλκαλίων και αλκαλικών γαιών η ηλεκτρική Δυναμική ενέργεια των  ηλεκτρονίων σθένους Π.χ. για το Νa -5,14 eV. Έτσι καταναλώνοντας μόνο 5,14 eV μπορεί να αποσπαστεί το ηλεκτρόνιο σθένους του Νατρίου και αυτό  να  μετατραπεί σε θετικό ιόν Na+. Αν το ηλεκτρόνιο αυτό μεταφερθεί σε ένα άτομο χλωρίου, η μείωση της  την ηλεκτρική Δυναμική ενέργεια του χλωρίου είναι 4,02 eV δηλαδή δεσμεύεται από το άτομο του χλωρίου με ενέργεια κατά 1,02 eV λιγότερο από αυτή στο Νάτριο, πράγμα ενεργεικά συμφερότερο.   Ta  NaCl, MgCl2   είναι καθαρά ιοντικές ενώσεις, με κρυσταλλική δομή και υψηλά σημεία Τήξης  Στο AlCl3  είναι ιοντικής φύσης σε στερεά κατάσταση δημιουργεί πλέγμα ιόντων (κρυσταλκή δομή εξαωνικοί ρόμβοι)  αλλά, λόγω του ότι η διαφορά στην ηλεκτραρνητικότητα Αργιλιου - Χλωρίου  που καθορίζει τον τύπο του δεσμού είναι οριακή,  ΑΙ =1,61 Cl= 3,16 η Διαφορά στην ηλεκτραρνητικότητα είναι 1,55 (οριακήπερίπου 1,7)  κατά την τήξη το πλέγμα ιόντων καταρρέει  , επικρατεί ο ο  ομοιοπολικός χαρακτήρας και σχηματίζει διμερή που είναι ομοιοπολικής δομής . Επίσης για τον ίδιο λόγο δεν εμφανίζει αγωγιμότητα στον ηλεκτρισμό.   Το τετραχλωριουχο πυρίτιο SiCl4 είναι ομοιοπολική ένωση με Σημείο Τήξης -70οC και Σημείο Πήξης 57οC    Ο τριχλωριούχος Φωσφόρος και ο πενταχλωριούχος Φωσφόρος (PCl5)  είναι ενώσεις ομοιοπολικές . Ο τριχλωριούχος φωσφόρος (PCl3)   έχει   Σημείο Τήξης -93,6οC και Σημείο  Πήξης 76οC Οι ενώσεις του θείου με χλώριο είναι ομοιοπολικές . Το χλωριούχο θείο ΙΙ (SCl2) έχει σημείο τήξης -125οC και σημείον ζέσης 59,5οC Στην 17η ομάδα το Cl2 κάνει δεσμό ομοιοπολικό μή πολικό με συνέπεια α.  την αύξηση του Σημείου Τήξεως και Ζέσεως β. την μείωση του μεταλλικού χαρακτήρα . (Έχοντας υπ' όψη ότι τα μέταλλα αποβάλλουν εύκολα ηλεκτρόνια και μεταβάλλονται σε θετικά ιόντα) γ. μείωση της δραστικότητας (τα ηλεκτρόνια συγκρατούνται εντονότερα από τους πυρήνες με συνέπεια να δυσκολεύονται να συμμετέχουν σε Χημικές αντιδράσεις)  Η 4 περίοδος του περιοδικού πίνακα. Υποομάδες Α και Β

ΟΙ ΟΜΑΔΕΣ ΤΟΥ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΥ ΠΙΝΑΚΑ

Οι κάθετες στήλες στον περιοδικό πίνακα ονομάζονται Ομάδες και περιλαμβάνουν στοιχεία με ιδιο αριθμό ηλεκτρονίων σθένους. Οι υποομάδες χωρίζονται σε 8   υποομάδες Α (1η, 2η, 13η έως 18η) και 10 υποομάδες Β που περιέχουν στοιχεία που διαθέτουν ηλεκτρόνια στην d υποστοιβάδα  

Ομάδα 1 (ΙΑ) Ομάδα των Αλκαλίων (μέταλλα)

Ομάδα 2 (ΙΙΑ) Ομάδα των Αλκαλικών γαιών (μέταλλα)

Ομάδα 3 (ΙΙΙΒ, ΙΙΙΑ) Υποομάδα του Σκάνδιου

Ομάδα 4 (ΙVΒ, IVΑ) Υποομάδα του Τιτάνιου (Ζιρκόνιο, Άφνιο Ρουδερφόρδιο)

Ομάδα 5 (VΒ, VΑ) Υποομάδα του Βανάδιου (Βανάδιο V, Νιόβιο Nb. Ταντάλιο Ta)

Ομάδα 6 (VIΒ, VIΑ) Υποομάδα του Χρώμιου  (Μολυβδαίνιο Mo, Βολφράμιο W , Σιμπόργκιο Sg)

Ομάδα 7 (VIIB, VIIA) Yποομάδα του Μαγγάνιου  ( Μn Τεχνήτιο Tc, Ρήνιο Re)

Ομάδα 8 (VIIIB, VIIIA) Yποομάδα του Σίδηρου (Ρουθήνιο Ru, Οσμιο Os)

Ομάδα 9 (VIIIc, VIIIA)  Υποομάδα  του Κοβάλτιου (Rόδιο Rh, Ιρίδιο Ir)

Ομάδα 10 (VIIIB, VIIIA) Υποομάδα του Νικέλιου

Ομάδα 11 (IB, IB) Υποομάδα του Χαλκού

Ομάδα 12 (IIB, IIB) Yποομάδα του Ψευδάργυρου (Κάδμιο Cd Υδράργυρο Hg)

Oμάδας 13 ( ΙΙΙΑ IIIB) Υποομάδα του Βόριου (Αλλουμίνιουμ Al, Γάλλιο Ga, Ίνδιο In, Θάλλιο Tl, Νιχόνιο Νh)  

Ομάδα  14 (IVA, IVB) Υποομάδα του Άνθρακα ( Πυρίτιο Si, Γερμάνιο Ge, Κασσίτερος Sn, Μόλυβδος Mo,  Φλερόβιο Fl )

Ομάδα 15 (VΑ, VΒ) Υποομάδα του Αζώτου

Ομάδα 16 (VΙΑ, VΙΒ) Υποομάδα του Οξυγόνου

Ομάδα 17 (VΙΙΑ, VΙΙΒ) Αλογόνα

Ομάδα 18 (VΙΙΙΑ, VΙΙΙΒ) Ευγενή Αέρια

ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΣΤΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ  ΤΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ . 
  ΜΙΑΣ ΟΜΑΔΑΣ ΑΠΟ ΠΑΝΩ ΠΡΟΣ ΤΑ ΚΑΤΩ

Στις ίδιες ομάδες ενώ εξωτερική στοιβάδα  παραμένουν τα ίδια ηλεκτρόνια σθένους,  όμως προχωρόντας προς τα κάτω αυξάνεται ο αριθμός των ηλεκτρονικών στοιβάδων και επομένως και η ακτίνα τους αυξάνεται και η ηλεκτραρνητικότητα μειώνεται οπότε, οι μεταλλικές τους ιδιότητες φαίνονται αυξημένες αφού τα εξωτερικά ηλεκτρόνια απομακρύνονται ευκολότερα 

Σε μια ομάδα  Χημικών Στοιχείων του Περιοδικού Πίνακα, ο αριθμός των κελυφών (ηλεκτρονιακών στοιβάδων) αυξάνεται  από πάνω προς τα κάτω, ενώ, ο αριθμός ηλεκτρονίων σθένους είναι ίδιος. 

Όσο τα κελύφη αυξάνονται η απόσταση των ηλεκτρονίων σθένους από τον πυρήνα (ατομική ακτίνα) μεγαλώνει 

 και συνεπώς,

 η ελκτική  δύναμη του πυρήνα μειώνεται. Ένας επιπλέον λόγος  για τη  μείωση της ελκτικής δύναμης του πυρήνα είναι,  η επίδραση των ηλεκτρονίων των εσωτερικών  στοιβάδων στα ηλεκτρόνια σθένους.

η ενέργεια ιοντισμού σε μια ομάδα, μειώνεται από πάνω προς τα κάτω  λόγω της μείωσης της έλξης του πυρήνα

η ηλεκτραρνητικότητα που αυξάνει με  το πυρηνικό φορτίου και ελαττώνεται με την απόσταση των ηλεκτρονίων σθένους από τον πυρήνα (ατομική ακτίνα) ελαττώνεται συνολικά στις ομάδες  από πάνω προς τα κάτω.

ΟΙ ΤΟΜΕΙΣ ΤΟΥ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ

Σε κάθε τομέα του περιοδικού πίνακα τα χημικά στοιχέια που περιέχει έχουν τα τελευταία τους ηλεκτρόνια στον ίδιο τύπο υποστοιβάδας s, p, d, f 

 Οι τομείς που υπάρχουν είναι: 

Τομέας s: Περιλαμβάνει τις δύο πρώτες ομάδες 1 και 2 ή ΙΑ και ΙΙΑ δηλαδή των Αλκαλίων ( Li, Na, K, ...) και των Αλκαλικών Γαιών (Ca, Mg,  ...) με 1 ή 2 ηλεκτρόνια 

Τομέας p: Περιλαμβάνει τις 6 κύριες ομάδες του περιοδικού πίνακα δηλαδή την 13 ή ΙΙΙΑ, την 14 ή IVΑ, 15 ή VΑ, 16 ή VIΑ, 17 ή VIIΑ, 18 ή VIIIΑ με 1, 2, 3, 4, 5, 6 ηλεκτρόνια

Τομέας d: Περιλαμβάνει στοιχεία που το τελευταίο ηλεκτρόνιό τους τοποθετείται στην υποστοιβάδα p . Περιλαμβάνει τα στοιχεία μετάπτωσης των ομάδων 3 ή IIIB  4 ή IVB,  5 ή VB, 6 ήVIB, 7 ή VIIB,  8, 9, 10 ή VIIIB,   11 ή IB,  12 ή  IIB  . Η υποστοιβάδα χωράει 10 ηλεκτρόνια και έτσι ο τομέας περιλαμβάνει 10 ομάδες που είναι τα στοιχεία μεταπτώσεως

Τομέας f : Περιλαμβάνει στοιχεία που το τελευταίο ηλεκτρόνιό τους τοποθετείται στην υποστοιβάδα f.  Η υποστοιβάδα χωράει 14 ηλεκτρόνια και έτσι ο τομέας περιλαμβάνει 14 ομάδες που είναι οι λανθανίδες που ανήκουν στην 6η περίοδο με ηλεκτρόνια  6s² και με 14 στοιχεία με ατομικούς αριθμους 58-71 που τοποθετουνται διαδοχικά στην υποστοιβάδα 4f και οι ακτινίδες με  με ηλεκτρόνια  6s² και με 14 στοιχεία με ατομικούς αριθμους 90-103 που τοποθετουνται διαδοχικά στην υποστοιβάδα 5f 

ΣΕΙΡΑ ΣΥΜΠΛΗΡΩΣΗΣ ΤΡΟΧΙΑΚΩΝ

 Χημικά στοιχεία της τέταρτης περιόδου - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)

ΠΗΓΕΣ

6.3 Δομή περιοδικού πίνακα (τομείς s, p, d, f) - στοιχεία μετάπτωσης (ebooks.edu.gr)

Rastafari: Μάρτιος 2013 (commander-ikarus.blogspot.com)

6.3 Δομή περιοδικού πίνακα (τομείς s, p, d, f) - στοιχεία μετάπτωσης (ebooks.edu.gr)

Μάθημα 10 ο. Ο Περιοδικός Πίνακας και ο Νόμος της Περιοδικότητας. Μέγεθος ατόμων Ενέργεια Ιοντισμού Ηλεκτρονιακή συγγένεια Ηλεκτραρνητικότητα - PDF ΔΩΡΕΑΝ Λήψη (docplayer.gr)