1. tétel

A peiódusos rendszer felépítése az atom elektronszerkezete alapján

A periódusos rendszer ismerete és használata nagy segítséget nyújt mind az atom felépítésének, mind az atomból felépülő elemek kémiai tulajdonságainak tanulmányozásához.
A mai, atomszerkezeti ismeretek birtokában is helytálló rendszert készített Mengyelejev (1869). Azt állapította meg, hogy a hasonló tulajdonságok szakaszosan, periódikusan jellennek meg (ismétlődnek). Ő az elemeket atomtömegük szerint állította sorrendbe. Egyes esetekben önkényes cserét hajott végre az atomtömeg szerinti sorrendben, mivel így egymás alá hasonlóbb elemek kerültek (ma már tudjuk, hogy ennek oka az a jelenség, hogy egyes estekben a kisebb rendszámú elemek atomjai relatíve több neutront tartalmaznak.)
E rendszer alapján egyes, még fel nem fedezett elemek várható tulajdonságait is „megjósolta” (atomtömegük közelítő értékével együtt). (Ekkor még csak 61 elemet ismertek.)

A periódusos rendszer:
Megadja az alhéjak energiaszint szerinti sorrendjét _ ismert elem alapállapotú elektonkonfigurációját. Az elemek rendszámuk szerinti növekvő sorrenben töltik be, sorokba, oszlopokba rendezve. A sort periódusnak hívják és egy-egy nemesgáz zárja le: He, Ne,Ar, Kr, Xe, Rn. Az oszlopokban lévő elemek hasonló kémiai tulajdonságokkal bírnak, mivel (külső héjon) vegyértékelektronszámuk azonos.

Alapállapotú elem elektronkonfigurációja: 1s  2s2p  3s3p  4s3d4p  5s4d5p  6s4f5d6p  7s5f6d7p

A táblázatban az elemek növekvő p+ szám szerint vannak sorba helyezve. A táblázat tartalmaz 8db A -val jelzett oszlopot, amelyet főcsoportnak nevezzünk illetve 8db B (betűvel) jelzett oszlopot, melyet mellékcsoportnak nevezzünk. A vízszintes sorok melyeknek száma 7, a periódusok.

 

I.A

II.A

III.A

IV.A

V.A

VI.A

VII.A

VIII.A

Li (Lítium)

Be

(Belium)

B

(Bár)

C (Szén)

N (Nitrogén)

O (Oxigén)

F (Fluor)

He (Hélium)

Na (Nátrium)

Mg (Magnézium)

Al (Alumínium)

Si (Szilícium)

P (Foszfor)

S

(Kén)

Cl (Klór)

Ne (Neon)

K (Kálium)

Ca (Kalcium)

 

Ge (Germánium)

 

 

Br (Bróm)

Ar (Argon)

 

 

 

 

 

 

I

(Jód)

Kr (Kripton)

1e-

2e-

3e-

4e-

5e-

6e-

7e-

8e-

I.

II.

III.

IV.

III. ; V.

II. ; VI.

I.

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

Alkáli fémek

Alkáli földfémek

Földfémek

Szén-csoport

Nitrogén-csoport

Oxigén-csoport

Halogén

Nemes-gázok

 

Fémes elemek

 

Félfémek

 

Nem fémes elemek

 

Nemes gázok

A főcsoportokban mindig igaz, hoyg a vegyértékelektronok száma megegyezik a csaoport sorszámáva.
A táblázat oszlopaiban lévő elemek tulajdonságai hasonlóak, mert a külső e- héjakon azonos számú e- van, amely megegyezik az oszlop számmal. A külső e- héjon lévő e- -okat vegyérték e- -nak nevezzük, mert a kémiai kötés kialakításában csak ezek vesznek részt. A vegyérték héjon lévő 8e- az atom szerkezetét zárttá, stabillá teszi (nemes gáz szerkezet) így kémiai reakcióban nem vesznek részt.

Nemesgáz szerkezet:
A 8 elektront tartalmazó vegyértékhéj (elektron oktett, vagy nemesgáz szerkezet) rendkívül stabil állapotot eredményez, az ilyen atomok (a nemesgázok) nagyon nehezen lépnek reakcióba. A többi atom is ilyen szerkezet elérésére törekszik, és kovalens kötés esetén közös elektronpárok által, míg ionos kötés esetén a fölös elektronok leadásával, illetve a hiányzók felvételével kialakuló ionok formájában érik azt el.

Mezők:
Azok a csoportok tartoznak egy mezőbe, amelyekben ugyanaz az alhéj telítődik. Így megkülönböztetünk s-, p-, d- és f-mezőt. Egy-egy mezőben annyi csoport van, ahány elektronnal telítődhet az adott alhéj.

Elemek csoportosítása:
 1. fő – s-mező (alkálifémek, alkáliföldfémek), p-mező (bórcsoport, C-csop., N, O, halogének, nemesgázok); mellék – d-mező (átmeneti fémek), f-mező (lantanoidák, aktinoidák); 2. fémek: jó elektromos vezetőképesség, fémes szín, szilárd halmazállapot (kiv: Hg, Ga); félvezetők: fizikai tulajdonságaik fémre, kémiai szigetelőkre hasonlítanak (B, Si, Ge, As, Se, Sb, Te); nemfémek: elektromos áramot nem vezetik, többnyire gáz halmazállapot (kiv:C, P, S, I, Br).

Periódikusan változó tulajdonságok:
 méret: magtöltés+ elektronkonfiguráció függvénye. Perióduson belül Z növekedésével csökken, oszlopon belül Z növekedésével nő (külső orbitálok azonos típusúak, egyre több elektronhéj).

Ionizációs energia:
gázállapotú atomból egy e- eltávolítása kation keletkezése közben, értékét mólnyi anyagmennyiségre vonatkoztatjuk (kJ/mol), első, második e- eltávolítása – 1-2. ionizációs energia (második sokkal nagyobb), nemesgázoké a legnagyobb, periódus mentén haladva ált. nő, egyenetlen görbe – oka a félig, vagy teljesen betöltött alhéjak eltérő energiaigénye; befolyásolja még: árnyékoló törzselektron, magtöltés, méret, elektronok közti taszítás.

Elektronaffinitás:
(Eaff) az az energiaváltozás, mely a gáz halmazállapotú atom 1 móljának negatív gázionná való átalakítását kíséri. Általában energiafelszabadulással jár (negatív érték). Halogéneké a legnagyobb (nemesgáz-szerkezet elérése miatt), periódikus tulajdonság, befolyásolja még: az elektronhéjak szerkezete, felépülésük törvényszerűségei.

Elektronegativitás:
meghatározza milyen erővel vonzza az atom az elektronokat. Abszolút értéke nincs, értéke a szabad atom ionizációs energiájától, kötési energiájától és az elektronaffinitástól függ. Legnagyobb a fluoré (4.0), legkisebb az alkálifémeké. Oszlopon belül ált. csökken.

Eltérések:
- A K-héj két elektronnal telítetté válik, ezért a hélium nemesgázszerkezete 1s2
- Az ns és az (n-1) d alhéjak energiaszintje közel van egymáshoz, hogy egyes esetekben (pl: az I.B csoportnál) energetikailag az kedvezőbb, ha a d-alhéj telített és az ns alhéj telítetlen (ns1 (n-1)d10)