REFERAT IZ HEMIJE:

Periodni sistem elemenata i povezanost

PSE sa građom elektronskog omotača

Sarajevo,novembar 2015.

Sadržaj

1. Uvod

2. Periodni sistem elemenata

2.1. Otkriće periodnog sistema elemenata

3. Podjela PSE

3.1.Periode

3.2. Grupe

4.Atomi i elektronski omotač

5. PSE I osobine elemenata

6. Zaključak

7. Literatura

1. UVOD

2

Periodni sistem elemenata je tablica u koju su smješteni svi do sada poznati elementi

poštujući zakon periodičnosti. U 19. stoljeću povećavao se broj otkrivenih hemijskih

elemenata, a samim tim i potreba da se oni klasifikuju na određen način. Mnogi hemičari tog

vremena pokušavali su da izvrše tu klasifikaciju.

Prva poznata klasifikacija hemijskih elemenata potiče iz sredine XIX vijeka. Tada su svi

elementi bili podijeljeni na dvije grupe – metale i nemetale. Ovakva klasifikacija hemijskih

elemenata bila je veoma gruba i nesavršena zato što je između pojedinih metala, kao i među

nemetalima postojala znatna razlika. Osim toga, utvrđeno je da neki elementi imaju svojstva i

metala i nemetala.

Najviše uspjeha u tom poslu imao je ruski hemičar DMITRIJ IVANOVIČ MENDELJEJEV

(1834 – 1907). On je redao do tada poznate hemijske elemente u niz po porastu njihove

atomske mase. Prvi u nizu bio je element sa najmanjom atomskom masom, dok je svaki

slijedeći  imao veću masu. Na taj način je svaki element dobio svoje mjesto i svoj redni broj

(danas je to atomski broj Z ). U isto vrijeme, ispitivao je i svojstva tih elemenata i uočio da su

hemijska svojstva svakog osmog elementa slična, tj. da se svojstva elemenata periodično

ponavljaju. Elemente sa sličnim svojstvima Mendeljejev je stavljao jedne ispod drugih. Tako

je dobio tablicu sa vodoravnim (horinzontalnim) i uspravnim (vertikalnim) redovima.

Ruski naučnik D. I. Mendeljejev je 1869. godine došao na ideju da poreda 63 do tada poznata

elementa u jedan red prema rastućim atomskim masama. Elemente je numerisao prema

redoslijedu po kome ih je redao, a broj koji je svaki element dobionazvao je redni broj.

Posmatrajući elemente u ovom dugom nizu, Mendeljejev je primijetio da se one pravilno i

periodično mijenjaju: poslije određenog broja elemenata slijedio je element sličnih svojstava.

Na osnovu toga, Mendeljejev je definisao zakon periodičnosti – svojstva elemenata u

periodnom sistemu elemenata se periodično ponavljaju sa porastom njihove atomske mase.

Tako je nastao Periodni sistem elemenata sa sedam vodoravnih redova koje se nazivaju

PERIODE i osamnaest uspravnih redova koje se nazivaju GRUPE.

Primjenom ovog zakona kod nekih elemenata se javljaju nelogičnosti. Tako je Mendeljev

stavio argon (Ar) ispred kalija (K),iako argon ima veću atomsku masu.Mendeljev je smatrao

da je ovo odstupanje posljedica neprecizno određenih relativnih atomskih masa. Otkrivanjem

3

novih elemenata utvrđeno je da ovakvih odstupanja ima još. Ovaj problem u hemiji je riješen

kasnije, kada je utvrđeno da bitno obilježje elementa nije relativna atomska masa nego

atomski ili redni broj. Zbog toga je zakon periodičnosti izmijenjen i danas glasi:

Osobine elemenata kao i osobine i oblici njiovih spojeva,pravilno se mijenjaju i periodično

ponavljaju,ako se elementi redaju po rastućim atomskim brojevima.

Prema sličnosti fizičkih i hemijskih svojstava, hemijski elementi se dijele u 4 grupe :

1) Metali,

2) Nemetali,

3) Metaloidi ili prelazni elementi i

4) Plemeniti ili inertni gasovi.

2. PERIODNI SISTEM ELEMENATA

4

Slika 1. Periodni sistem elemenata (PSE)

Tablica PSE sadrži osnovne podatke o svakom hemijskom elementu, i to :

njegov hemijski simbol,

naziv,

atomski broj i

relativnu atomsku masu.

2.1. OTKRIĆE PERIODNOG SISTEMA ELEMENATA

5

Sredinom devetnaestog stoljeća ruski hemičar Dimitrije Ivanović Mendeljejev je otkrio da

hemijski elementi pokazuju osobinu periodičnosti kada se poredaju po rastućim atomskim

težinama. Taj zakon je omogućio Mendeljejevu da elemente svrsta u periodni sistem prema

atomskim težinama tako da srodni elementi zauzmu mjesto u istoj koloni jedan ispod drugog.

Tako je bio u mogućnosti da predvidi na kom se mjestu u Periodnom sistemu nalaze još

neotkriveni elementi, u kakvim se jedinjenjima moraju tražiti i mogu naći, i kakve su im

hemijske i fizičke osobine.1

Njegov vrhunski domet koji ga je maksimalno ispunio bilo je stvaranje Mendeljejevog zakona

i razvoj periodnog sistema elemenata. Jos u mladosti vjerovao je u postojanje reda među

elementima i proveo je više od 13 godina u skupljanju podataka i stvaranju koncepta

periodnog sistema. 6. marta 1869. predstavio je  u ruskom hemijskom društvu svoj rad pod

naslovom Zavisnost svojstava atoma od njihove atomske težine. Rad je imao osam glavnih

tačaka:

1. Elementi su grupisani prema njihovoj atomskoj težini i imaju prirodnu periodičnost

osobina.

2. Elementi koji su slični po hemijskim svojstvima imaju atomsku težinu koja je blizu

iste vrijednosti ( na primer Pt, Ir i Os ) ili koja raste pravilno ( na primjer K, Ru i Cs ).

3. Elementi koji pripadaju istoj grupi u pogledu atomske težine imaju istu valentnost.

4. Elementi koji su u prirodi najzastupljeniji imaju male atomske težine.

5. Veličina atomske težine određuje karakter elementa, baš kao što veličina molekula

određuje karakter jedinjenja.

6. Moraju se očekivati otkrića dosada nepoznatih elemenata, na primjer elemenata

anlognih aluminijumu i silicijumu, čija je atomska težina između 65 i 75.

7. Atomska težina može doprinjeti novim saznanjima o određenom elementu. Tako

atomska težina telura mora biti između 123 i 126 i ne može biti 128.  Karakteristične

osobine elemenata  određene su  njihovom atomskom težinom.

1 Jasmina Hadžimurtezić, Hemija za II razred gimnazije, Ministarstvo obrazovanja, nauke,

kulture i sporta, Sarajevo, 1996., 49.

6

Slika 2. Dmitrij Ivanovič Mendeljejev (8. februar 1834. - 2. februar 1907.)

3. PODJELA PERIODNOG SISTEMA ELEMENATA

Prema sličnosti fizičkih i hemijskih svojstava, hemijski elementi se dijele u 4 grupe :

Metali,

Nemetali,

Metaloidi ili prelazni elementi i

Plemeniti ili inertni gasovi.

Svaki element u periodnom sistemu predstavljen je hemijskim simbolom, atomskim (rednim)

brojem i relativnom atomskom masom. Elementi su u PSE poredani po rastućim atomskim

brojevima. Horizontalni redovi elemenata zovu se periode, a vertikalni grupe.

7

3.1. PERIODE

Periodni sistem elemenata se sastoji od 7 perioda. Prva perioda sadrži 2 elementa, a druga i

treća po 8. One su male periode. Četvrta i peta perioda sadrže po 18 elemenata, a šesta 32

elementa. Ove tri periode su velike periode. Sedma perioda nije završena.

Jezgra atoma elemenata sedme periode nisu stabilna i spontano se raspadaju. Hemijska

svojstva elemenata u pojedinim periodama postepeno se mijenjaju : na početku perioda nalaze

seizraziti metali, čiji oksidi sa vodom grade jake baze. Idući u desno, u pravcu porasta

atomskih brojeva, opada metalni, a raste nemetalni karakter elemenata. U sredini perioda

nalaze se elementi koji imaju svojstva i metala i nemetala (tzv. metaloidi).Njihovi hidroksidi

imaju amfoterni karakter i otapaju se i ukiselinama i u bazama. Na kraju perioda nalaze se

izraziti nemetali, čiji oksidi sa vodom grade kiseline. Sve periode, osim sedme, završavaju se

plemenitim (inertnim) gasom.

Unutar šeste periode, koja uključuje 32 elementa, iza lantana dolazi posebna grupa od 14

elemenata po hemijskim svojstvima ˝nalik lantanu˝, pa se zovu lantanoidi. I sedma perioda,

iza aktinijuma, uključuje grupu od 14 elemenata ˝nalik aktinijumu˝, koji se nazivaju aktinoidi.

Lantanoidi i aktinoidi se redovno, iz čisto grafičkih razloga, izdvajaju na dno tablice

periodnog sistema elemenata.2 Najviši energetski nivo u atomu plemenitog gasa potpuno je

popunjen elektronima, tako da ovaj element ne pokazuje nikakvu reaktivnost. Svojstva

elemenata se periodično mijenjaju sa porastom atomskog broja jer se periodično mijenja broj

elektrona u najvišem energetskom nivou njihovih atoma.

Periode se obilježavaju arapskim ciframa. Prve tri periode su male periode, dok su preostale

četiri velike periode. Šestoj periodi pripadaju lantanoidi, a sedmoj aktinoidi. Oni su u PSE

prikazani izdvojeno u donjem dijelu tablice, radi preglednosti. Hemijski elementi koji

pripadaju istoj periodi imaju atome u kojima se elektroni raspoređuju na istom broju

energetskih nivoa. BROJ ENERGETSKIH NIVOA JEDNAK JE BROJU PERIODE.3

2 Jasmina Hadžimurtezić, Hemija za II razred gimnazije, Ministarstvo obrazovanja, nauke,

kulture i sporta, Sarajevo, 1996., 48.3 S. Biščević, Repetitorij iz hemije za učenike srednjih škola, Zavod za izdavanje udžbenika,

Sarajevo, 1972., 39.

8

Na primjer, atomi natrijuma, magnezijuma i aluminijuma se nalaze u trećoj periodi. To znači

da se njihovi valentni elektroni nalaze na trećem energetskom nivou, tj. na nivou M. Prvi

element u periodi ima jedan valentni elektron, dok posljednji element u periodi ima osam

valentnih elektrona. Hemijska svojstva elemenata u istoj periodi se postepeno mjenjaju. Svaka

perioda počinje metalom, postepeno elementi prelaze u metaloide, pa u nemetale, dok je na

kraju svake periode plemeniti (inertni) gas.

3.2. GRUPE

Vertikalne kolone elemenata u periodnom sistemu nazivaju se grupe. Postoji 18 grupa, a

označavaju se na tri načina.4 Dva načina (evropski i američki) označavaju grupe rimskim

brojevima i slovom (A ili B), a treći, kojeg preporučuje IUPAC označava grupe arapskim

brojevima.

Grupe periodnog sistema elemenata su (u zagradama je naveden stari sistem označavanja:

evropski i američki):

1. Grupa (IA,IA): Alkalni metali

2. Grupa (IIA,IIA): Zemnoalkalni metali

3. Grupa (IIIA,IIIB): Grupa skandijuma

4. Grupa (IVA,IVB): Grupa titanijuma

5. Grupa (VA,VB): Grupa vanadijuma

6. Grupa (VIA,VIB): Grupa hroma

7. Grupa (VIIA,VIIB): Grupa mangana

8. Grupa (VIII, VIIIB): Grupa željeza

9. Grupa (VIII, VIIIB): Grupa kobalta

10. Grupa (VIII, VIIIB): Grupa nikla

11. Grupa (IB,IB): Grupa bakra

12. Grupa (IIB,IIB): Grupa cinka

13. Grupa (IIIB,IIIA): Grupa bora

14. Grupa (IVB,IVA): Grupa ugljika

4 Ivan Filipović, Stjepan Lipanović: Opća i anorganska kemija, Školska knjiga, Zagreb, 1995.,

41.

9

15. Grupa (VB,VA): Grupa azota

16. Grupa (VIB,VIA): Halkogeni elementi

17. Grupa (VIIB,VIIA): Halogeni elementi

18. Grupa (Grupa 0): Plemeniti plinovi

Atomi elemenata koji se nalaze u istoj grupi periodnog sistema sadrže u najvišem

energetskom nivou isti broj elektrona: atomi elemenata prve grupe po jedan elektron; druge

grupe po dva; treće grupe po tri itd.Atomi elemenata nulte grupe (plemeniti gasovi), imaju

popunjen najviši energetski nivo sa maksimalnim brojem od 2 elektrona (atom helijuma),

odnosno 8 elektrona (atomi ostalih plemenitih gasova). Elementi sličnih svojstava koji se

nalaze u istoj grupi periodnog sistema sadrže u najvišem energetskom nivou isti broj

elektrona. Grupe, prema preporuci Međunarodne unije za čistu i primijenjenu hemiju, IUPAC,

označavaju se brojevima od 1 do 18. Pojedine grupe elemenata imaju zasebne nazive. Tako se

elementi 1. grupe zovu alkalni metali. To su: Li, Na, K, Rb, Cs i Fr, a naziv su dobili po tome

što čine jake baze (alkalije). Elementi 2. grupe, Be, Mg, Ca, Sr, Ba i Ra, zovu se

zemnoalkalnimetali, jer su to metali koji ulaze u sistem zemlje. Elementi od 3.do 11. grupe su

prelazni metali. Za elemente 12. grupe kažemo da su cinkova, a 13. grupe borova grupa

elemenata, prema prvom elementu u grupi. Po istom principu 14. i 15. grupa su karbonovai

nitrogenova. Elemente 16. grupe zovemo halkogeni elementi, a17. grupe su halogeni, jer oni

sa metalima grade soli (hals = so i genesis = rod). Posljednju, 18. grupu, čine inertni ili

plemeniti gasovi.

4. ATOM I ELEKTRONSKI OMOTAČ

10

Atom se sastoji od pozitivno naelektrisanog jezgra i negativno naelektrisanog omotača.

Elektronski omotač atoma čine negativno naelektrisane čestice, tj elektroni. To su bile prve

otkrivene čestice čiji naboj iznosi e=1,6x10-19 C. Ovim brojem elektrona atom je okružen jer

je ovaj broj potreban da bi se pozitivno naelektrisanje jezgra neutralisalo. Elektroni se kreću

oko jezgra po svojim putanjama tako da postoje dva elektrona koji se isto kreću oko jezgre.

Neki se vrte u jednom, a neki u drugom smjeru. Neki su čvrsto vezani i njihove ljuske su

sasvim blizu jezgre, dok su ostali labavo vezani i kruže dalje od jezgra. Hemijsku prirodu

jednog atoma određuje broj elektrona u perifernoj ljusci. Atomi svakog elementa imaju

određen broj elektrona.

Atomski broj

Atomski broj podrazumijeva atome različitih elemenata koji se međusobno razlikuju po broju

protona u jezgru, odnosno broju elektrona u omotaču.

Energija jonizacije i afinitet prema elektronu dva su zasebna kriterija koja karakterišu

metalna, odnosno nemetalna svojstva elemenata. Zajednički kriterij se jednim imenom naziva

elektronegativnost. To je, dakle, sposobnost nekog elementa da oduzme elektrone atomu

nekog drugog elementa sa kojim se hemijski vezuje. Elektronegativnost raste sa lijeva na

desno i odozdo prema gore u PSE.

U elektrolitima, tečnostima koje provode elektricitet, joni već postoje koji nose struje, a u

gasovima koji provode elektricitet oni se moraju tek proizvesti. Obrazovanje jona u gasovima

zove se jonizacija ili jonizovanje.

5. PSE I OSOBINE ELEMENATA

11

 

Osim hemijskih svojstava periodički se mijenjaju i mnoga fizikalna svojstva elemenata, na

primjer, radijus atoma, energija jonizacije i dr. i većina tih svojstava zavisi o elektronskoj

konfiguraciji. Unutar jedne periode atomski radijus se smanjuje s lijevana desno. Atomi iste

periode imaju isti broj ljusaka.

Poznavanjem PSE olakšava se i proučavanje elemenata.Na osnovu položaja elemenata u PSE

može se zaključiti koje su mu bitne osobine.Bitne veličine atoma, koje određuju osobine

elemenata su : prečnik atoma, potencijal jonizacije i koeficijent elektronegativnosti po

Polingovoj skali.

Slika 3. Prečnik atoma,koeficijent elektronegativnosti i potencijal jonizacije glavnih

elemenata

Zaključuje se da povečavanjem atomskog broja u jednoj periodi PSE, smanjuje se prečnik

atoma,povećava se potencijal jonizacije , povećava se koeficijent elektronegativnosti. Metalne

osobine slabe, a nemetalne osobine rastu.

U jednoj grupi PSE povećavanjem atomskog broja prečnik atoma se povećava ,koeficijent

elektonegativnosti se smanjuje ,potencijal jonizacije se smanjuje.Metalne osobine

rastu,nemetalne osobine slabe.

12

Slika 4. Metali i nemetali u PSE

6. ZAKLJUČAK

Ruski naučnik D. I. Mendeljejev je 1869. godine došao na ideju da poreda 63 do tada poznata

elementa u jedan red prema rastućim atomskim masama. Elemente je numerisao prema

redoslijedu po kome ih je redao, a broj koji je svaki element dobionazvao je redni broj.

Posmatrajući elemente u ovom dugom nizu, Mendeljejev je primijetio da se one pravilno i

periodično mijenjaju: poslije određenog broja elemenata slijedio je element sličnih svojstava.

Ovu pravilnost koja predstavlja periodni zakon, Mendeljejev jeformulisao ovako: Svojstva

hemijskih elemenata nalaze se u periodičnoj zavisnosti od njihovih atomskih masa. On je iz

dobijenog niza izdvojio elemente sličnih svojstava i stavljao ih jedan ispod drugog. Svaki

element u periodnom sistemu predstavljen je hemijskim simbolom, atomskim (rednim)

brojem i relativnom atomskom masom. Elementi su u periodnom sistemu poredani po

rastućim atomskim brojevima. Horizontalni redovi elemenata zovu se periode, a vertikalni

grupe. Periodni sistem elemenata se sastoji od 7 perioda. Prva perioda sadrži 2 elementa, a

druga i treća po 8. One su male periode. Četvrta i peta perioda sadrže po 18 elemenata, a šesta

32 elementa. Ove tri periode su velike periode. Sedma perioda nije završena. Jezgra atoma

elemenata sedme periode nisu stabilna i spontano se raspadaju. Vertikalne kolone elemenata u

periodnom sistemu nazivaju se grupe. Postoji 18 grupa, a označavaju se na tri načina. Dva

načina (evropski i američki) označavaju grupe rimskim brojevima i slovom (A ili B), a treći,

kojeg preporučuje IUPAC označava grupe arapskim brojevima.

13

7. LITERATURA

1. Ivan Filipović, Stjepan Lipanović: Opća i anorganska kemija, Školska knjiga, Zagreb,

1995.

2. Milan Sikirica, Hemija za I razred srednje škole, I.P. ˝Sarajevo – Publishing˝,

Sarajevo, 1998.

3. Jasmina Hadžimurtezić, Hemija za II razred gimnazije, Ministarstvo obrazovanja,

nauke, kulture i sporta, Sarajevo, 1996.

4. S. Biščević, Repetitorij iz hemije za učenike srednjih škola, Zavod za izdavanje

udžbenika, Sarajevo, 1972.

14