periodni sustav elemenata

periodni sustav elemenata, sustavni tablični poredak kemijskih elemenata koji odražava njihovu atomsku građu i sličnost njihovih fizikalnih i kemijskih svojstava. Sustav je nastao kao rezultat nastojanja mnogih kemičara da nađu što prikladniji način da se elementi poredaju tako da sličnosti među njima budu što uočljivije. Preteče otkrivanja periodnoga sustava elemenata bili su A. L. Lavoisier (potkraj XVIII. st.), W. Prout (1815), J. W. Döbereiner (1829), Max Joseph von Pettenkofer (1850), W. Odling (1857), S. Cannizzaro (1858), Alexandre de Chancourtois (1862) i J. A. R. Newlands (1864). Pravi su otkrivači periodnoga sustava D. I. Mendeljejev i L. Meyer. Oni su, neovisno jedan o drugom, sastavili tablicu periodnoga sustava, iako ju je Mendeljejev objavio godinu dana prije (1869) i prvi je uvidio puni smisao tog otkrića, ostavljajući u tablici prazna mjesta za elemente koji će se tek otkriti. Redajući elemente prema rastućim relativnim atomskim masama (tada atomskim težinama), dobili su poredak u kojem su se u periodičnim razmacima nalazili elementi sličnih kem. svojstava. Taj je poredak bio gotovo istovjetan s današnjim poretkom dobivenim redanjem elemenata po rastućem atomskom broju. Iznimka su bili parovi 18Ar-19K, 27Co-28Ni, 52Te-53J, 90Th-91Pa i 92U-93Np, u kojima prvi element ima manji atomski broj, ali veću relativnu atomsku masu. Razlog je te nepravilnosti taj što se elementi sastoje od → izotopa, pa je u izotopnoj smjesi nekih elemenata (npr. kalija) najobilniji lakši izotop, a kod drugih (npr. argona) najobilniji je teži izotop. Zbog toga je srednja vrijednost relativne atomske mase kalija (39,098) manja od argona (39,948), iako je njegov atomski broj veći. Kada je Mendeljejev postavio svoj periodni zakon, bila su poznata samo 63 elementa, tako da su mnoga mjesta u tablici ostala prazna. Smatrajući da su svojstva svakog elementa određena njegovim položajem u periodnom sustavu, Mendeljejev je predvidio postojanje i svojstva tada još nepoznatih elemenata. Potonja otkrića germanija, skandija i galija potvrdila su ispravnost njegovih pretpostavki.

Iako je među mnogim pokušajima grafičkoga prikaza periodnoga sustava bilo i onih u obliku trokuta, spirale, pužnice, stošca, piramide i cilindra, danas periodni sustav elemenata ima oblik pravokutne tablice u kojoj vodoravni redci tvore periode, i to cijele ili polovične (dugi i kratki oblik periodnoga sustava), a okomiti stupci tvore skupine elemenata. Periodičkomu ponavljanju kemijskih i fizikalnih svojstava elemenata uzrok je periodička sličnost elektronske konfiguracije atoma elemenata poredanih po rastućem atomskom broju. Nova perioda u periodnom sustavu započinje kada se u → elektronskoj konfiguraciji atoma počne popunjavati nova elektronska ljuska. Stoga atomi elemenata u jednoj periodi imaju jednak broj ljusaka, ali različit broj elektrona u vanj. ljusci (valentni elektroni). Suprotno, atomi elemenata unutar jedne skupine (stupac) imaju različit broj ljusaka, ali im je broj valentnih elektrona jednak. Kako broj valentnih elektrona određuje kem. svojstva elementa, elementi jedne skupine imaju slična kem. svojstva.

Suvremena tablica periodnoga sustava, prema preporuci Međunarodne unije za čistu i primijenjenu kemiju (IUPAC, 1988), sadrži 7 perioda i 18 skupina elemenata. Svi su elementi u periodnome sustavu naznačeni svojim kem. simbolima, kojima se dodaju oznake: atomski (redni) broj kao lijevi supskript, a maseni broj kao lijevi superskript. Glavne skupine periodnoga sustava jesu: 1., 2., 13., 14., 15., 16., 17. i 18. skupina. Elementi 1. skupine (osim vodika) nazivaju se alkalijski metali, jer tvore jake lužine (alkalije). Elementi 2. skupine su zemnoalkalijski metali, jer također tvore jake lužine, a uz to su sastojci Zemljine kore. Elementi od 3. do 11. skupine zovu se prijelazni metali, jer tvore prijelaz između lijeve i desne strane tablice. Elementi 12. skupine, cink, kadmij i živa, nemaju posebno ime. Elementi 13., 14. i 15. skupine nazivaju se prema prvom elementu u skupini: borova (13), ugljikova (14) i dušikova (15) skupina. Elementi 16. skupine su halkogeni elementi, jer ulaze u sastav ruda. Elementi 17. skupine zovu se halogeni elementi, jer s metalima tvore soli, a elementi 18. skupine nazivaju se plemeniti plinovi, jer u uobičajenim uvjetima ne reagiraju ni s jednim elementom. Unutar šeste periode nalazi se niz kemijski vrlo sličnih elemenata, atomskoga broja 57–71, koji se prema prvom članu niza, lantanu, nazivaju lantanoidi. Unutar sedme periode nalazi se niz također kemijski vrlo sličnih elemenata, atomskoga broja 89–103, a prema prvom članu niza, aktiniju, zovu se aktinoidi. Lantanoidi i aktinoidi nazivaju se i unutrašnji prijelazni elementi i zbog preglednosti najčešće se prikazuju posebno, na dnu tablice. Skandij, itrij i lantanoidi zajedno se nazivaju i rijetke zemlje.

Period 2.jpg

Kako struktura periodnoga sustava ovisi o elektronskoj konfiguraciji atoma elemenata, periode sadrže različit broj elemenata. Prva elektronska ljuska može primiti samo dva elektrona, pa 1. perioda ima samo dva elementa, vodik i helij, koji svojim elektronima popunjavaju 1. ljusku, tj. 1s podljusku. Druga perioda može primiti 8 elektrona, pa ima 8 elemenata koji popunjavaju 2. ljusku, tj. 2s i 2p podljuske. Treća perioda također može primiti 8 elektrona, pa ima također 8 elemenata koji popunjavaju 3. ljusku, tj. 3s i 3p podljuske. Četvrta perioda ima 18 elemenata, koji popunjavaju 4. ljusku i nedovršenu 3. ljusku, tj. redom 4s, 3d i 4p podljuske. Peta je perioda također s 18 elemenata, koji popunjavaju 5. ljusku i nedovršenu 4. ljusku, tj. redom 5s, 4d i 5p podljuske. Šesta perioda ima 32 elementa koji popunjavaju 6. ljusku i nedovršene 4. i 5. ljusku, tj. redom 6s, 4f, 5d i 6p podljuske. Sedma je perioda nedovršena i ima 26 elemenata, jer preostalih 6 (do 32) nisu otkriveni. Tih 26 elemenata popunjavaju 7. ljusku i nedovršene 5. i 6. ljusku, tj. redom 7s, 6d i 5f podljuske.

Elementi se prema fizikalnim i kemijskim svojstvima dijele na metale, metaloide i nemetale. Najveći broj elemenata, od 1. do 13. skupine, pripada metalima. Na desnom su kraju periodnoga sustava nemetali, a granicu među njima čine metaloidi: bor, silicij, germanij, arsen, antimon, selenij, telurij i astat. Nemetali dušik, kisik, fluor, klor, vodik i svi elementi 18. skupine su plinovi. Osim prve periode, koja započinje vodikom, sve ostale periode započinju alkalijskim elementom, metalom, a završavaju nemetalom, plemenitim plinom. Općenito, metalni značaj elemenata u periodi slabi slijeva nadesno, a u skupini jača odozgo prema dolje; nemetalni značaj mijenja se u protivnim smjerovima.

Svojstva elemenata neke periode mijenjaju se postupno od elementa do elementa, te tako postoje velike razlike u svojstvima između prvog i posljednjeg elementa iste periode. Nagle promjene svojstava nastaju između posljednjeg elementa neke periode (plemeniti plin) i prvog elementa iduće periode (alkalijski metal). Prva je pojava uvjetovana popunjavanjem već postojećih elektronskih ljusaka, a druga stvaranjem nove ljuske. Tako npr., prva energija ionizacije (energija potrebna da se izbaci prvi elektron iz atoma u plinovitu stanju) u 2. periodi postupno raste od 520,2 kJ/mol za litij do 2 080,6 kJ/mol za neon, pa zatim naglo pada pri prijelazu u 3. periodu na 495,6 kJ/mol za natrij. Naime, s porastom atomskoga broja kroz periodu raste naboj atomske jezgre, a time i privlačne sile između jezgre i elektrona, pa se elektroni sve teže odvajaju od atoma i energija ionizacije raste. Međutim, s porastom atomskoga broja u skupini raste broj ljusaka, valentni elektroni sve su udaljeniji od jezgre, pa se smanjuju privlačne sile između elektrona i jezgre, a valentni elektroni sve se lakše odvajaju od atoma i smanjuje se energija ionizacije. Dakle, iz položaja elementa u periodnome sustavu može se zaključivati o njegovim fizikalnim i kem. svojstvima.

periodni sustav elemenata. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 12.12.2018. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=47629>.