V BŘEZNU 1869 SPATŘILA SVĚTLO SVĚTA PERIODICKÁ TABULKA PRVKŮ

publikováno: 08.03.2024

Pokud nejste zrovna vědci či fanoušci chemie a fyziky, možná vám toto slovní spojení způsobí spíše nepříjemné pocity v břiše (upřímně - jako nám v redakci :-D). Museli jste se učit prvky nazpaměť, v tabulce se orientovat a vlastně postrádali smysl toho všeho. Věřte ale, že pan Mendělejev učinil opravdu velkou věc!

Periodická tabulka prvků (také periodická soustava prvků, Mendělejevova tabulka prvků) je uspořádání všech chemických prvků v podobě tabulky, ve které jsou prvky seřazeny podle rostoucích protonových čísel, elektronové konfigurace a cyklicky se opakujících podobných chemických vlastností.

V tabulce je obvykle kromě chemického symbolu prvku uvedeno i jeho atomové číslo, relativní atomová hmotnost, případně další údaje o prvcích. V současné době je v tabulce 118 známých prvků, z nichž 94 se přirozeně vyskytuje na Zemi. Zbylé byly připraveny pouze uměle a zatím nebyl objeven žádný jejich stabilní izotop.

Tabulku poprvé publikoval Dmitrij Ivanovič Mendělejev v 1869. Zařazení prvků do tabulky bylo určeno jím definovaným periodickým zákonem: Vlastnosti prvků jsou periodickou funkcí jejich atomových hmotností. To znamená, že u prvků se pravidelně opakují podobné vlastnosti. Prvky s podobnými vlastnostmi mají stejný počet valenčních elektronů. Na počest 150. výročí publikace periodického zákona prohlásila OSN rok 2019 za Mezinárodní rok periodické tabulky prvků.

Dnes je známo, že některé lehčí prvky jsou až za těžšími, neboť obsahují neutrony (například jod stojí za tellurem). Proto roku 1913 Henry Moseley opravil periodický zákon podle rostoucích protonových čísel.

Uspořádání tabulky

Periody a skupiny

Řádky periodické tabulky prvků se nazývají periody a sloupce se nazývají skupiny:

• V periodách se nacházejí prvky, které mají stejný počet elektronových slupek ve svém elektronovém obalu.
• Ve skupinách pod sebou leží prvky se stejným počtem valenčních elektronů v elektronovém obalu. Přitom platí, že prvky, nacházející se ve stejné skupině, vykazují i podobné chemické vlastnosti. Někdy bývá zvykem dělení skupin na hlavní a vedlejší. Prvky v hlavních skupinách mají valenční elektrony ve sférách s a p, prvky vedlejších skupin doplňují valenční elektrony do slupek d a f.

Tabulka je rozdělena do čtyř zhruba obdélníkových oblastí nazývaných bloky:

• červený blok jsou s-prvky
• žlutý blok jsou p-prvky
• modrý blok jsou d-prvky (přechodné kovy)
• zelený blok jsou f-prvky (vnitřně přechodné kovy)

Názvy skupin

Platí, že prvky nacházející se ve stejné skupině vykazují i podobné chemické vlastnosti. Proto mají některé skupiny své názvy:

• 1. skupina (růžová barva) – alkalické kovy a vodík
• 2. skupina (oranžová barva) – kovy alkalických zemin
• 3.–12. skupina (modrá barva) – přechodné kovy
• 17. skupina (zelená barva) – halogeny
• 18. skupina (světle modrá) – vzácné plyny
• Blok světle hnědý – lanthanoidy a aktinoidy

Například 1. skupina prvků (alkalické kovy a vodíkem) má vždy pouze jeden valenční elektron ve slupce s. Například 17. skupina prvků (halogeny) má sedm valenčních elektronů (dva ve slupce s a pět ve slupce p).

Vysvětlení tabulky

Struktura atomu

Všechny látky jsou složeny z atomů, které se skládají z protonů a neutronů, které tvoří atomové jádro, a elektronů, které atomové jádro obklopují jako elektronový obal. Každý z protonů nese kladný a každý z elektronů záporný elementární náboj. Pokud je atom elektricky neutrální je počet elektronů v elektronovém obalu rovný počtu protonů v atomovém jádře. Počet protonů nebo elektronů elektricky neutrálního atomu se nazývá jeho atomové číslo nebo protonové číslo.

Atomy se stejným protonovým číslem (stejným počtem protonů) se nazývají chemické prvky. Všechny existující chemické prvky jsou uspořádány v periodické tabulce prvků. Jsou v ní seřazeny podle rostoucího protonového čísla, zákonů vyplývajících ze struktury atomů a vlastností prvků při chemických reakcích.

Struktura elektronového obalu

Chemické chování atomu je tedy určeno protonovým číslem, které udává počet protonů a ten se zároveň rovná počtu elektronů. Elektrony se vyskytují v elektronovém obalu atomu, který se skládá z hlavních slupek, které obsahují podslupky a ty obsahují orbitaly. Vlastnosti elektronů v obalu lze charakterizovat čtyřmi kvantovými čísly: hlavní, vedlejší, magnetické a spinové číslo.

• Hlavní kvantové číslo (značka n = 1, 2, 3, ....) označuje hlavní slupky. Obecně platí, že slupka s hlavním kvantovým číslem n může mít maximum 2·n² elektronů. Průměr hlavních slupek se zvyšuje s rostoucím hlavním kvantovým číslem. Na hlavním kvantovém čísle je závislá energie elektronu.
• Vedlejší kvantové číslo (značka l, nabývá hodnot s, p, d, f ) označuje podslupky, na které jsou rozděleny jednotlivé slupky. Daná podslupka je identifikována hlavním kvantovým číslem a svým písmenem (například 2p znamená n-slupku a p-podslupku). Na vedlejším kvantovém čísle l je závislá velikost momentu hybnosti elektronu.
• Magnetické kvantové číslo (značka m) označuje orbitaly, na které jsou rozděleny jednotlivé podslupky. Každá s-podslupka obsahuje jeden orbital, každá p-podslupka obsahuje tři orbitaly, každá d-podslupka obsahuje pět orbitalů a každá f-podslupka obsahuje sedm orbitalů. Na magnetickém kvantovém čísle m je závislý směr momentu hybnosti elektronu.
• Spinové kvantové číslo (značka s) popisuje dvě možné orientace spinu elektronu v orbitalu. Spinové kvantové číslo elektronu určuje směr jeho otáčivosti kolem své osy a může nabývat pouze dvou hodnot +1/2 nebo −1/2.

Pauliho vylučovací princip říká, že žádné dva elektrony v atomu se nemohou shodovat ve všech čtyřech kvantových číslech. Dva elektrony ve stejném orbitalu se již shodují ve třech kvantových číslech (jmenovitě těch, která popisují tento orbital). Oba elektrony se proto musí lišit ve čtvrtém kvantovém čísle, jejich orientaci spinu. Možnosti variace kvantových čísel v tomto orbitalu jsou tedy vyčerpány, každý jednotlivý orbital tedy může být obsazen maximálně dvěma elektrony. Výsledkem je následující maximální počet elektronů pro různé slupky:

• K-slupka (n = 1) má pouze jednu podslupku (1s) a ta má pouze jeden orbital. Vzhledem k tomu, že ten může být obsazen maximálně dvěma elektrony, může tak mít maximálně 2 elektrony.

• L-slupka (n = 2) má dvě podslupky (2s a 2p), které se skládají z jednoho nebo tří orbitalů. Může tedy ve svých čtyřech orbitalech mít maximálně 8 elektronů.

• M-slupka (n = 3) má tři podslupky (3s, 3p a 3d), takže ve svých devíti orbitalech může mít maximálně 18 elektronů.

• N-slupka (n = 4) má čtyři podslupky (4s, 4p, 4d a 4f), takže ve svých šestnácti orbitalech může mít maximálně 32 elektronů.

A co pan Mendělejev?

Dmitrij Ivanovič Mendělejev, rusky Дмитрий Иванович Менделеев (27. ledna^jul./ 8. února 1834^greg. Tobolsk – 20. ledna^jul./ 2. února 1907^greg. Petrohrad) byl ruský vědec mimořádně širokého záběru. Působil především jako chemik, fyzik, geolog, metrolog, meteorolog, ekonom a technolog chemických, těžebních i zemědělských procesů. Mimo jiné byl objevitelem kritické teploty, kterou nazval absolutním bodem varu a poprvé formuloval stavovou rovnici pro ideální plyny s konstantou, u níž prokázal univerzálnost pro všechny plyny. Následně stanovil velmi přesnou hodnotu této konstanty. Jako první definoval abiogenní teorii vzniku ropy, která získala ve světě další zastánce koncem 20. století. Navrhl dopravu ropy potrubím a vyvinul postup pro podzemní zplyňování uhlí, který se stal nadějnou technologií 21. století. Meteorologii posunul z oblasti pověr mezi vědecké disciplíny a spiritismus z vědeckého zázemí do sféry pověr. Na zakázku vlády vyvinul technologii výroby bezdýmného střelného prachu a navrhl konstrukci prvního ledoborce na světě. V závěru svého života se věnoval otázkám národního průmyslu a ekonomiky, vytvořil celní sazebník a jako zastánce protekcionismu a ekonomické samostatnosti Ruska byl hlavním poradcem ministerského předsedy Sergeje Witteho. Ve funkci ředitele Hlavní komory pro míry a váhy připravil Rusko na přijetí metrického systému a gregoriánského kalendáře.

 

 

Zdroj:

https://cs.wikipedia.org/wiki/Periodick%C3%A1_tabulka

https://cs.wikipedia.org/wiki/Dmitrij_Ivanovi%C4%8D_Mend%C4%9Blejev