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 Antoine Laurent de Lavoisier (potkraj XVIII. st.), William Prout (1815), Johann Wolfgang Döbereiner (1829), Max Joseph von Pettenkofer (1850), William Odling (1857), Stanislao Cannizzaro (1858), Alexandre de Chancourtois (1862) i John Alexander Reina Newlands (1864). Pravi su otkrivači periodnoga sustava Dmitrij Ivanovič Mendeljejev i Lothar 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 kemijskih 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, živa i kopernicij, 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 elementi rijetkih zemalja.

  • Z – atomski broj
  • X – kemijski element
  • Ar – relativna atomska masa
  • Metali
  • Nemetali
  • Alkalijski metali
  • Zemnoalkalijski metali
  • Prijelazni metali
  • Lantanoidi
  • Aktinoidi
  • Polumetali
  • Halogeni elementi
  • Plemeniti plinovi
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
57-71La-Lu

lantanoidi

 

89-103Ac-Lr

aktinoidi

 

108Hs(269)

hasij

 

 
 
 
 
 
 

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 dovršena i ima 32 elementa. Ta 32 elementa popunjavaju 7. ljusku i nedovršene 5. i 6. ljusku, tj. redom 7s, 5f, 6d i 7p 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 kemijskim svojstvima.

Atomski broj Kemijski element Kemijski simbol Relativna atomska masa
1 vodik H 1,0079
2 helij He 4,0026
3 litij Li 6,941
4 berilij Be 9,012
5 bor B 10,811
6 ugljik C 12,011
7 dušik N 14,0067
8 kisik O 15,9994
9 fluor F 18,9984
10 neon Ne 20,179
11 natrij Na 22,9898
12 magnezij Mg 24,305
13 aluminij Al 26,98
14 silicij Si 28,086
15 fosfor P 30,9738
16 sumpor S 32,06
17 klor Cl 35,453
18 argon Ar 39,948
19 kalij K 39,098
20 kalcij Ca 40,08
21 skandij Sc 44,9559
22 titanij Ti 47,90
23 vanadij V 50,9415
24 krom Cr 51,996
25 mangan Mn 54,9380
26 željezo Fe 55,847
27 kobalt Co 58,933
28 nikal Ni 58,693
29 bakar Cu 63,546
30 cink Zn 65,39
31 galij Ga 69,72
32 germanij Ge 72,59
33 arsen As 74,92
34 selenij Se 78,96
35 brom Br 79,904
36 kripton Kr 83,798
37 rubidij Rb 85,4678
38 stroncij Sr 87,62
39 itrij Y 88,9059
40 cirkonij Zr 91,22
41 niobij Nb 92,9064
42 molibden Mo 95,94
43 tehnecij Tc (98)
44 rutenij Ru 101,07
45 rodij Rh 102,9055
46 paladij Pd 106,42
47 srebro Ag 107,868
48 kadmij Cd 112,40
49 indij In 114,82
50 kositar Sn 118,69
51 antimon Sb 121,76
52 telurij Te 127,60
53 jod I 126,9045
54 ksenon Xe 131,30
55 cezij Cs 132,905
56 barij Ba 137,33
57 lantan La 138,9055
58 cerij Ce 140,12
59 praseodimij Pr 140,9077
60 neodimij Nd 144,24
61 prometij Pm (145)
62 samarij Sm 150,36
63 europij Eu 151,96
64 gadolinij Gd 157,25
65 terbij Tb 158,9254
66 disprozij Dy 162,50
67 holmij Ho 164,930
68 erbij Er 167,26
69 tulij Tm 168,934
70 iterbij Yb 173,04
71 lutecij Lu 174,97
72 hafnij Hf 178,49
73 tantal Ta 180,9479
74 volfram W 183,84
75 renij Re 186,207
76 osmij Os 190,2
77 iridij Ir 192,22
78 platina Pt 195,084
79 zlato Au 196,9665
80 živa Hg 200,59
81 talij Tl 204,38
82 olovo Pb 207,2
83 bizmut Bi 208,9804
84 polonij Po (210)
85 astat At (210)
86 radon Rn (222)
87 francij Fr (223)
88 radij Ra 226,025
89 aktinij Ac 227,0278
90 torij Th 232,0381
91 protaktinij Pa 231,036
92 uranij U 238,029
93 neptunij Np 237,0482
94 plutonij Pu (244)
95 americij Am (243)
96 kurij Cm (247)
97 berkelij Bk (247)
98 kalifornij Cf (251)
99 einsteinij Es (252)
100 fermij Fm (257)
101 mendelevij Md (258)
102 nobelij No (259)
103 lawrencij Lr (262)
104 rutherfordij Rf (267)
105 dubnij Db (268)
106 seaborgij Sg (271)
107 bohrij Bh (267)
108 hasij Hs (269)
109 meitnerij Mt (276)
110 darmštatij Ds (281)
111 roentgenij Rg (282)
112 kopernicij Cn 285
113 nihonij Nh (284)
114 flerovij Fl (289)
115 moskovij Mc (288)
116 livermorij Lv (293)
117 tenes Ts 294
118 oganeson Og (294)  
Citiranje:
periodni sustav elemenata. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2021. Pristupljeno 27. 6. 2022. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=47629>.