UNIVERZITET U NOVOM SADU
PRIRODNO-MATEMATIČKI FAKULTET
DEPARTMAN ZA HEMIJU
PERIODNI
SISTEM
ELEMENATA
• Do početka XIX veka nije postojala nikakva sistematizacija.
• 1829. god. J.W. Dobereiner je izvršio pokušaj klasifikacije
hemijskih elemenata – tablica “trijada”.
• J.A. Newlands je pronašao da se osobine hemijskih
elemenata mogu dovesti u vezu sa njihovim atomskim
težinama
• 1869. god. D.I. Mendeljejev daje tablicu
klasifikacije hemijskih elemenata koja je izgledala
približno kao tablice koje se danas koriste.
• Glavni princip bio je da su fizičke i hemijske osobine
elemenata periodične funkcije njihovih atomskih težina –
“Zakon periodičnosti”.
• L. Meyer daje svoju sistematizaciju, nešto drugačije
komponovanu, ali sačinjenu po istim principima.
• 1894. god. započinje otkrivanje plemenitih gasova.
• Prva polovina XX veka – Rutherford, Mosley i dr., - za atom
jednog elementa karakteristična vrednost je atomski ili
redni broj (broj protona u jezgru), a ne atomska težina
(srednja vrednost atomskih masa različitih izotopa istog
elementa).
• Zakon periodičnosti: “Fizičke i hemijske osobine
elemenata su periodične funkcije njihovih atomskih
brojeva”.
• 1922. god. N. Bohr daje objašnjenje Zakona periodičnosti –
sa postupnim porastom atomskog broja, postupno se
menjaju i periodično ponavljaju slične strukture atoma.
• Savremena koncepcija Zakona periodičnosti je da osobine
hemijskih elemenata nisu proizvoljne već da zavise od
strukture atoma.
Šta čini da se elementi razlikuju jedni od
drugih?
Šta je uzrok formiranja beskrajno različitih
supstanci?
BROJ
PROTONA
Broj protona u jezgru atoma suštinski
odvaja elemente jedne od drugih.
ATOMSKI BROJ (Z) = BROJ PROTONA
Atomski broj je
takoĎe jednak
broju elektrona u
njegovom
naelektrisanom
oblaku.
Maseni
broj
Atomski
broj
A
X
Z N
Broj
neutrona
MASENI BROJ = BROJ PROTONA + BROJ NEUTRONA
Izotopi
1
1 H0
2
1
3
1
H1
H2
Izobari
60
27
Co33
60
Ni
28
32
Izotoni
9
4
Be 5
10
B
5 5
ATOMSKI BROJ = BROJ PROTONA
Atomski
broj
20
Ca
Simbol elementa
40.08
Atomska masa
ATOMSKA MASA = masa protona + masa neutrona
Kvantni brojevi elektrona i atoma
Glavni kvantni broj (n)
Predstavlja pozitivne cele brojeve od 1 do 7
(n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) i definiše energetski
nivo elektrona (označava se i slovima K, L, M,
N, O, P, Q);
Što je veća vrednost n, to je ljuska dalja od
jezgra,
Udaljeniji elektroni poseduju veću energiju.
n=1
n=2
n=3
n=4
K-ljuska
L-ljuska
M-ljuska
N-ljuska
n=5
n=6
n=7
O-ljuska
P-ljuska
Q-ljuska
Drugi (azimutni, orbitalni) kvantni broj (l)
Može imati vrednosti l = 0, 1, 2, …n-1,
odnosi se na podnivo elektrona
(označava se sa s, p, d, f);
l=0
l=1
l=2
l=3
l=4
s-orbitala
p-orbitala
d-orbitala
f-orbitala
g-orbitala
Maksimalni broj
elektrona u podljusci
s=2
p=6
d = 10
f = 14
Glavni i sekundarni kvantni broj
s-orbitale
• Vrednost l = 0
• Imaju oblik lopte (sfere)
• Prečnik sfere raste sa
porastom vrednosti n
p-orbitale
• Vrednost l = 1
• Imaju dva režnja i čvor izmeĎu njih
d-orbitale
• Vrednost l = 2
dyz
dxz
d x2-y2
dxy
d z2
• Četiri od pet
orbitala imaju po
četiri režnja, a peta
podseća na p
orbitalu sa
Ďevrekom oko
centra
Magnetni kvantni broj (m)
Magnetni kvantni broj m vrednosti od –l do +l,
uključujući i nulu, definiše nagib ravni oblaka elektrona,
npr. za n = 2 i l = 2 dobija se ml = -1, 0, +1,
s-orbitala
p-orbitale
d-orbitale
Orbitale, ljuske i podljuske
• Orbitale sa istom vrednošću n pripadaju istom energetskom
nivou (ljusci)
• Orbitale sa istom vrednošću l pripadaju istom podnivou
(podljusci)
Spinski kvantni broj (ms)
Dirak i Pauli kasnije uvode i četvrti kvantni broj – spinski
kvantni broj
Spinski kvantni broj ms, vrednosti -1/2 do +1/2 definiše
smer obrtanja elektrona oko sopstvene ose (- u levo i + u
desno).
+
Elektronske konfiguracije
• Opis energetskih stanja elektrona pomoću kvantnih brojeva
naziva se elektronska konfiguracija atoma, a njen šematski
prikaz naziva se orbitalni dijagram.
• Paulijev princip isključivosti (Wolfgang Pauli) glasi da
dva elementa ne mogu da imati ista četiri kvantna
broja. Ako dva elektrona pripadaju istoj orbitali (n, l, ml su
isti), oni se meĎusobno moraju razlikovati po smeru spina
(ms= +1/2 i ms = - ½)
• Hundovo pravilo – elektroni se razmeštaju unutar
istovrsnih degenerisanih orbitala tako da broj
nesparenih elektrona sa paralelnim spinovima bude
maximalan. Drugim rečima, elektroni degenerisanih orbitala
zauzimaju što je moguće veći prostor u atomu, tako da su
meĎusobno na što većem rastojanju. Na taj način odbijanje
izmeĎu elektrona je manje, a energija atoma niža.
Redosled popunjavanja
orbitala
• Popunjavanje se vrši sukcesivno.
• Prvo se popunjavaju one najniže energije
(Princip izgraĎivanja)
• Izuzetak: 4s orbitala se popunjava pre 3d orbitale
jer ima niži sadržaj energije (“efekat prodiranja”).
Za 4s orbitalu n+l=4+0, a za 3d orbitalu n+l=3+2.
Pisanje izraza za konfiguraciju elektrona
1
Vrednost n
•
•
•
•
1
s
Broj elektrona
u podnivou
Podnivo (l)
Orbitalni dijagrami
Svaki kvadrat predstavlja jednu orbitalu
Strelice predstavljaju elektrone
Smer strelice predstavlja spin elektrona
2s
1s
NE
DA
Li
1s
H
2p
Pisanje elektronskih konfiguracija
Atomska struktura azota
2
1s
Grupni prikaz e
Prikaz e po ljuskama
2
2s
3
2p
Prikaz e po ljuskama i
podljuskama
Elektronska konfiguracija azota
Pisanje elektronskih konfiguracija
Atomska struktura natrijuma UNUTRAŠNJI
ELEKTRONI
Na je 11-i elemenat u
PS i taj poslednji
elektron se smešta u
M-ljusku
2
1s
2
2s
6
2p
VALENTNI
ELEKTRONI
1
3s
K ljuska (n=1)
L ljuska
(n=2)
M ljuska
(n=3)
Primer - Magnezijum
UNUTRAŠNJI
ELEKTRONI
VALENTNI
ELEKTRONI Mg
Z=12
Broj elektrona=12
Mg
2
1s
2
2s
6
2p
2
3s
Ispunjena 1s orbitala
Preostao broj elektrona = 10
Ispunjena 2s orbitala
Preostao broj elektrona = 8
Ispunjena 2p orbitala
Preostao broj elektrona = 2
Ispunjena 3s orbitala
Preostao broj elektrona = 0
Cl Z=17
Primer - Hlor
Broj elektrona=17
Ispunjena 1s orbitala
Preostao broj elektrona = 15
Ispunjena 2s orbitala
Preostao broj elektrona = 13
Ispunjena 2p orbitala
Preostao broj elektrona = 7
Ispunjena 3s orbitala
Preostao broj elektrona = 5
VALENTNI
Počelo popunjavanje 3p orbitala ELEKTRONI
Preostao broj elektrona = 0
Cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
PSE I ELEKTRONSKA
KONFIGURACIJA ATOMA
Orbitalni dijagrami osnovnih stanja atoma od Z=1 do Z=10
Atom
Vodonik
Helijum
Litijum
Berilijum
Bor
Ugljenik
Azot
Kiseonik
Fluor
Neon
Z
Konfiguracija
Inertni gas –
elektronska
konfiguracija je
stabilna
Stabilne elektronske konfiguracije
(plemeniti gasovi)
STRUKTURA PERIODNOG SISTEMA
Grupa
s, p, d i f blokovi u PSE
Svi elementi jedne grupe u PSE imaju istu elektronsku
konfiguraciju
Metalni karakter
Metalni karakter raste
Metalni karakter opada
Promene Ej u PSE
Energija potrebna da se iz izolovanog atoma u
gasovitom stanju izdvoji elektron naziva se energija
jonizacije (kJ/mol ili eV).
Ej opada u grupi
Ej raste duž periode
Li(g)
Li+(g)
Li2+(g)
Li+(g) + e- Ej1= 5,4 eV
Li2+(g) + e- Ej2= 75,6 eV
Li3+(g) + e- Ej3= 121,8 eV
Promene Ej u PSE
Plemeniti gasovi
Ej (kJ/mol)
Alkalni metali
Atomski broj
Promene afiniteta prema elektronu
Energija koja se oslobaĎa kada neutralni atom u
gasovitom stanju prima jedan elektron naziva se
afinitet prema elektronu (kJ/mol).
Afinitet prema elektronu
(kJ/mol)
To je egzoterman proces.
Grupa
Veličina atoma – radijus atoma
Svaki atom se može smatrati kao sfera sa odreĎenim radijusom.
Radijus atomske sfere nije konstantan, već zavisi u izvesnom
stepenu od njegove okoline.
Veličina atoma je značajna pri proučavanju difuzije atoma u
metalnim legurama.
Radijus (pm)
Promena veličine atoma
Atomski broj
Elektronegativnost
Elektronegativnost se definiše kao stepen kojim atom
privlači elektron ka sebi.
Kreće se u granicama od 0.7 do 4.0.
Veće vrednosti: tendencija ka preuzimanju elektrona.
Manja elektronegativnost
Veća elektronegativnost
Afinitet prema elektronu
Radijus atoma
Afinitet prema elektronu
Energija jonizacije
Radijus atoma
Energija jonizacije
1. Maksimalan broj elektrona po podnivoima je:
a) s2 p6 d10 f7
b) s1 p6 d10 f14
d) s2 p6 d5 f14
e) s1 p3 d5 f7
c) s2 p6 d10 f14
2. Ako element X ima Z=27 i A=60 onda ima:
a) 33 protona i 27 neutrona
b) 27 protona i 27 neutrona
c) 27 protona i 33 elektrona
d) 27 protona i 33 neutrona
e) 33 protona i 27 elektrona
Z = ATOMSKI BROJ (BROJ PROTONA)
A = MASENI BROJ (BROJ PROTONA + BROJ NEUTRONA)
3. Element sa atomskim brojem 38 i masenim brojem 90 sadrži:
a) 52 protona, 52 elektrona i 38 neutrona
b) 38 protona, 38 elektrona i 52 neutrona
c) 52 protona, 38 elektrona i 52 neutrona
d) 38 protona, 52 elektrona i 38 neutrona
e) 52 protona, 38 elektrona i 38 neutrona
4. Element sa rednim brojem 17 ima elektronsku konfiguraciju
1s2 2s2 2p6 3s2 3p5. Nalazi se u:
a) 3 periodi i V grupi periodnog sistema
b) 2 periodi i III grupi periodnog sistema
c) 3 periodi i II grupi periodnog sistema
d) 7 periodi i III grupi periodnog sistema
e) 3 periodi i VII grupi periodnog sistema
5. Atomi nekog hemijskog elementa imaju sledeću elektronsku
konfiguraciju 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p3. U periodnom
sistemu, ovaj element se nalazi u:
a) 4 periodi i II grupi periodnog sistema
b) 3 periodi i III grupi periodnog sistema
c) 3 periodi i IV grupi periodnog sistema
d) 4 periodi i V grupi periodnog sistema
e) 5 periodi i IV grupi periodnog sistema
6. Koji od atoma elemenata sa datom elektronskom
konfiguracijom ima najjače izražena svojstva nemetala?
a) 1s22s22p63s23p5
b) 1s22s22p3
c) 1s22s22p63s1
d) 1s22s22p63s2
e) 1s22s22p4
7. Koji od atoma elemenata sa datom elektronskom
konfiguracijom ima najjače izražena svojstva metala?
a) 1s22s22p63s23p5
b) 1s22s22p3
c) 1s22s22p63s1
d) 1s22s22p63s2
e) 1s22s22p4
8. Energija jonizacije i koeficijent elektronegativnosti opadaju
u nizu:
a) Pb, Sn, Ge, Si, C
b) C, Si, Ge, Sn, Pb
c) Si, C, Ge, Sn, Pb
d) C, Pb, Sn, Ge, Si
e) Pb, Si, Ge, Sn, C
Download

Periodni sistem elemenata