Η ΧΗΜΕΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ ΤΗΝ ΥΛΗ. ΠΕΡΙΟΔΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΗΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ. 1ο μέρος. . Ο Περιοδικός Πίνακας των Χημικών Στοιχείων

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

ΤΟ ΑΤΟΜΟ, ΤΑ ΧΗΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΑΙ Ο ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ

Σύμφωνα με τις θεωρίες για την δομή του ατόμου του Ernest Rutherford και του  Neils Bohn  το άτομο αποτελείται από 

τον πυρήνα των θετικών πρωτονίων και ουδέτερων νετρονίων και 

τα αρνητικά ηλεκτρόνια που ο αριθμός τους είναι ίσος με τον αριθμό των πρωτονίων του πυρήνα  και περιστρέφονται σε τροχαιές κβαντισμένες ως προς την ενέργεια και την απόστασή τους από τον πυρήνα . 

Στην φύση έχουν βρεθεί περί τα 120  τα διαφορετικά είδη ατόμων -φυσικά και τεχνητά- . Αυτά  αποτελούν τα χημικά στοιχεία.

Στον Γήϊνο φλοιό  βρίσκονται 94 Χημικά στοιχεία. Τα 80 είναι σταθερά  και τα επόμενα   έως το Ουράνιο με ατομικό Αριθμό 92, ραδιενεργα Τα υπόλοιπα λέγονται υπερουράνια και είναι πολύ ραδιενεργά, ώστε διασπώνται πολύ γρήγορα. Ακόμα Βαρύτερα Στοιχεία που δεν υπήρξαν ποτέ στην φύση, έχουν φτιαχθεί τεχνητά στο εργαστήριο με τεχνητές πυρηνικές αντιδράσεις. Σήμερα όλα τα Χημικά στοιχεία που έχουν καταγραφεί, φυσικά και τεχνητά, είναι 120 και ταξινομούνται βάσει του αριθμού των πρωτονίων τους στον  περιλαμβάνονται στον Περιοδικό Πίνακα Χημικών Στοιχείων .

 Σήμερα αυτός ο πίνακας περιλαμβάνει 120 Χημικά στοιχεία  με τρόπο που οι θέση τους στον πίνακα αυτόν να δίνει πληροφορίες για πολλές φυσικές και χημικές ιδιότητές τους. 

Ο Περιοδικός Πίνακας κατασκευάζεται βάζει του Ατομικού αριθμού Ζ των χημικών Στοιχείων που είναι ο αριθμός των πρωτονίων και επίσης ο αριθμός των ηλεκτρονίων για ουδέτερα άτομα. Τα νετρόνια του πυρήνα μπορεί να διαφέρουν σε αριθμό και στοιχεία με ίδιο ατομικό αριθμό και διαφορετικό αριθμό νετρονίων λέγονται ισότοπα. Τα ισότοπα στον περιοδικό πίνακα ομαδοποιούνται σε ένα στοιχείο.

Ο Περιοδικός Πίνακας των Χημικών Στοιχείων αποτελείται από 7 οριζόντιες γραμμες με Χημικά στοιχεία τοποθετημένα και 18 κατακόρυφες στήλες (ομάδες) οι 8 από αυτές κύριες και οι 10 δευτερεύουσες
μπορεί να δώσει πληροφορίες για ορισμένα χαρακτηριστικά των Χ. Σ. από τα οποία προκύπτουν συμπεράσματα για τις Φυσικές και Χημικές τους ιδιότητες.

 Στοιχεία για την χρονολογία και τις συνθήκης ανακάλυψης  κάθε χημικού στοιχείου βρίσκονται στην διεύθυνση: 

ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A5%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F_%D0%BE%D1%82%D0%BA%D1%80%D1%8B%D1%82%D0%B8%D1%8F_%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D1%85_%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2

ΚΑΝΟΝΕΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ ΤΟΥ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΥ ΠΙΝΑΚΑ

Η τελική του διαμόρφωση έγινε από τον Ρώσο Χημικό Mendeleev και βάσει της διαμόρφωσης του ατόμου και της κατάταξης των ηλεκτρονίων του σε ηλεκτρονιακές στοιβάδες (κελύφη ηλεκτρονίων) λαμβάνοντας  

Α. Ο αριθμός ηλεκτρονίων η κάθε μία ηλεκτρονική στοιβάδα, δεν μπορεί να υπερβαίνει μια μεγιστη τιμή και στα χημικά στοιχεία έχουμε τις στοιβάδες (κελύφη) : K, L, M, N, O, P, Q, από 1η έως 7η στοιβάδα

Β. Τα ηλεκτρόνια σε κάθε κέλυφος (στοιβάδα) βρίσκονται σε παρόμοια ενεργειακά επίπεδα και η τοποθέτηση ηλεκτρονίων για την κατασκευή του ατόμου, ξεκινά από τα χαμηλότερα ενεργειακά επίπεδα , κοντά στον πυρήνα, προς τα υψηλοτερα και πιο απομακρυσμένα 

Γ. Σε κάθε κέλυφος δημιουργούνται υποεπίπεδα (υποστοιβάδες ή τομείς). Είναι η υποστοιβάδα s με 1 έως 2 ηλεκτρόνια, η υποστοιβάδα p με 1 έως 8 ηλεκτρόνια, η υποστοιβάδα d με 1 έως 10 ηλεκτρόνια, η υποστοιβάδα f με 1 έως 14 ηλεκτρόνια.

 Υπάρχει το ενδεχόμενο, η ενέργεια των ηλεκτρονίων κάποιας εσωτερικής υποστοιβάδας να είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια μιας άλλης υποστοιβάδας επόμενου κελύφους και αυτό επιρεάζει την διαμόρφωση  του περιοδικού πίνακα (στοιχεία μεταπτώσεως). 

Δ. Η εξωτερική ηλεκτρονιακή στοιβάδα ενός ατόμου  ονομάζεται κέλυφος σθένους και η συμπεριφορά του ατόμου στις χημικές αντιδράσεις καθορίζεται από τον αριθμό των ηλεκτρονίων στην στοιβάδα αυτήν, που είναι συγκεκριμένος: από 1 έως 2 ηλεκτρόνια για την στοιβάδα Κ ενώ για όλες τις άλλες από 1 έως 8. 

• Βάσει των παραπάνω, ο περιοδικός πίνακας αποτελείται από 7 οριζόντιες σειρές (περίοδοι)  ανάλογα με τις ηλεκτρονιακές στοιβάδες και κάθε μια έχει τον ίδιο αριθμό "στρωμάτων" ηλεκτρονίων, σχετικά κοντινό μέγεθος ατόμου που επιρρεάζει τις ιδιότητές του και την συμπεριφορά του στην συνένωσή του με άλλα άτομα για την  δημιουργία υλικών σωμάτων

Η ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΤΩΝ ΠΕΡΙΟΔΩΝ ΤΟΥ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΥ ΠΙΝΑΚΑ

Αριθμός ηλεκτρονίων στα κελύφη ηλεκτρονίων[επεξεργασία πηγής]Επεξεργασία πηγής]

Η πρώτη σειρά (περίοδος) Κ μπορεί να περιλαμβάνει  2 Χημικά στοιχεία με 1-2 ηλεκτρόνια στην στοιβάδα σθένους, ενώ η δεύτερη L έως 8 Χημικά στοιχεία με 1-8  ηλεκτρόνια στη στοιβάδα σθένους του.  Η τρίτη περίοδος M ενώ μπορεί να συμπεριλάβει έως 18 ηλεκτρόνια έχει 8 Χημικά στοιχεία γιατί εδώ η Μ  είναι και εξωτερική (σθένους).

Η τέταρτη και η πέμπτη περίοδος περιλαμβάνουν έως 18 Χημικά στοιχεία γιατί,  ανάμεσα στο δεύτερο (με 2 εξωτερικά ηλεκτρόνια)  και στο τρίτο ( με 3 ηλεκτρόνια στην στοιβάδα σθένους) παρεμβάλονται 10 χημικά στοιχεία με εξωτερική στοιβάδα σθένους 4s και  5s αντίστοιχα  επίσης με 2 εξωτερικά ηλεκτρόνια που εξακολουθούν την κατάταξη στην 4η  περίοδο συμπληρώνοντας όχι την 4p αλλά την 3d υποστοιβάδα  (από 3d¹ έως 3d¹⁰)  από 12  Mg Al   

Λόγω των υποστοιβάδων και της ιδιάιτερης ενεργειακής τους διαμόρφωσης (Υπάρχει το ενδεχόμενο, η ενέργεια των ηλεκτρονίων κάποιας υποστοιβάδας να είναι μεγαλύτερη από την ενέργεια μιας άλλης υποστοιβάδας επόμενου κελύφους και αυτό επιρεάζει την διαμόρφωση  του περιοδικού πίνακα)

Η ενεργειακή διάταξη των υποομάδων -από την ενεργειακά χαμηλότερη στην ενεργειακά υψηλότερη- δίνεται προκτικά από το  σχήμα και

υπάρχουν ειδικές διορθωτικές διατάξεις στον περιοδικό πίνακα ώστε να προβέπεται και η συμπεριφορά τέτοιων χημικών στοιχείων οι εξής:

Προσθήκη στον περιοδικό Πίνακα επιπλέον κατακόρυφων στηλών ώστε να ενταχθούν ομάδες στις οποίες τοποθετούνται ηλεκτρόνια σε εσωτερικές  υποστοιβάδες ενώ ήδη έχουν τοποθετηθεί σε άλλες εξωτερικές υποστοιβάδες. Αυτό γίνεται με την προσθήκη της ομάδας Β με  ΙΙΒ, ΙVB, VB, VIB, VIIB, VIII, VIII, VIII,  IB, IIB ή τις ομάδες από 3 έως 12. Οι ομάδες αυτές λέγονται δευτερεύουσες ομάδες ενώ οι ΙΑ,ΙΙΑ, ΙΙΙΑ,  ΙV, VA, VIA, VIIA, VIIIA, λέγονται κύριες ομάδες

Έτσι ο αριθμός των ομάδων ενώ θα έπρεπε να είναι 8, όσα και τα ηλεκτρόνια που μπορούν να φιλοξενηθούν στην στοιβάδα σθένους, γίνονται 18 για να ενταχθούν 10 επιπλέον ομάδες που προκύπτουν γιατί ενώ έχει συμπληρωθεί η υποστοιβάδα 4s με 2 ηλεκτρόνια, συμπληρώνεται εκ των υστέρων η υποστοιβάδα 3d με 10 ηλεκτρόνια, όσες και οι επιπλέον στήλες . Τα στοιχεία αυτά έχουν παρόμοιες ιδιότητες γιατι ενώ κάθε επόμενο στοιχείο έχει ένα επι πλέον ηλεκτρόνιο, η εξωτερική ηλεκτρονιακή του δομή με την υποστοιβάδα 4s τα ηλεκτρόνια τοποθετούνται στην εσωτερική 3d. Αυτό συμβαίνει σε όλες τις ομάδες από 3 έως 12 (ή ΙΙΒ, ΙVB, VB, VIB, VIIB, VIII, VIII, VIII,  IB, IIB ). Στην 5η περίοδο συμπληρώνεται η 4d ενώ υπάρχουν ηλεκτρόνια στην 5s και στην 6η  περίοδο και συμπληρώνεται η 5d ενώ έχουν ηδη τοποθετηθεί ηλεκτρόνια στην 6s.

Σε Στοιχεία που ανήκουν στην 6η περίοδο και η υποστοιβάδα 5d αρχίζει να  συμπληρώνεται στο  στοιχείο λανθάνιο La με 57 ηλεκτρόνια , ( 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 5d¹ 6s²) η συμπλήρωση της 5d στοιβάδας σταματά και τα επόμενα στοιχεία με 58, 59, 60...71   ηλεκτρόνια, συμπληρώνουν την εσωτερική 4f με 14 ηλεκτρόνια που μπαίνουν σε παράρτημα του πίνακα με το όνομα Λανθανίδες. Μετά συνεχίζει η συμπλήρωση της 5d με το επόμενο στοιχείο   στον πίνακα που είναι το   Hafnium με 72 ηλεκτρόνια (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d² 6s²) 

Σε Στοιχεία που ανήκουν στην 7η περίοδο και η υποστοιβάδα 6d αρχίζει να  συμπληρώνεται στο  στοιχείο Ακτίνιο με 87  ηλεκτρόνια , ( 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶ 6d¹ 7s² η συμπλήρωση της 6d στοιβάδας σταματά και τα επόμενα στοιχεία με 88,89, 90...103   ηλεκτρόνια, συμπληρώνουν την εσωτερική 5f με 14 ηλεκτρόνια που μπαίνουν σε παράρτημα του πίνακα με το όνομα Ακτινίδες. Μετά συνεχίζει η συμπλήρωση της 6d με το επόμενο στοιχείο   στον πίνακα που είναι το   Ραδερφόντιο με 104 ηλεκτρόνια 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d² 6s² 6p6  5f¹⁴ 6d²  7s².

του Έτσι διαμορφώνεται ο Περιοδικός Πίνακας με τη συμπλήρωση  

δύο "παράθυρων" μέσα στο πίνακα που είναι η ομάδα των λανθανίδων και η  ομάδα των ακτινίδων

• Η ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΤΩΝ ΟΜΑΔΩΝ ΤΟΥ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΥ ΠΙΝΑΚΑ
• Στον Περιοδικό Πίνακα έχουμε επίσης  8 (βασικές) κατακόρυφες στήλες η κάθε μια από αυτές να έχει στη στοιβάδα σθένους της, 1 ηλεκτρόνιο, 2 ηλεκτρόνια, 3 ηλεκτρόνια, 4.....8 ηλεκτρόνια  και ανάλογη χημική συμπεριφορά, η οποία όπως είπαμε εξαρτάται από τον αριθμό ηλεκτρονίων της στοιβάδας σθένους

ΠΗΓΕΣ

Ηλεκτρονικό κέλυφος - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)

Περίοδοι στον περιοδικό πίνακα - Chemuz (chemuza.org)

https://ebooks.edu.gr/ebooks/v/html/8547/2756/Chimeia_A-Lykeiou_html-empl/index2_2.htm

 https://www.sciencelab.gr/2020/05/28/elementsname/l 

  https://hmong.ru/wiki/Periodic_table_of_elements

Τετραχλωροσιλάνιο - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)

Χλωριούχο αργίλιο - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)ύπος του διμερούς χλωριούχου αργιλίου (αέρια φάση)

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