Πώς ταξινομούνται τα στοιχεία στον περιοδικό πίνακα

Ο περιοδικός πίνακας, ο οποίος περιέχει όλα τα φυσικά χημικά στοιχεία και τα τρελά, είναι ο κεντρικός πυλώνας κάθε τάξης χημείας. Αυτή η μέθοδος ταξινόμησης χρονολογείται από ένα βιβλίο από το 1869, που γράφτηκε από τον Ντμίτρι Ιβάνοβιτς Μεντελέγιεφ. Ο Ρώσος επιστήμονας παρατήρησε ότι όταν έγραψε τα γνωστά στοιχεία με σκοπό την αύξηση του ατομικού βάρους, μπορούσε εύκολα να τα ταξινομήσει σε σειρές με βάση παρόμοια χαρακτηριστικά. Εκπληκτικά, οι ομοιότητες ήταν τόσο διακριτικές που ο Μεντελέγιεφ μπόρεσε να αφήσει χώρους για αρκετά ανεξερεύνητα στοιχεία στην περιοδική κατάταξή του.

Στον περιοδικό πίνακα, ένα στοιχείο ορίζεται από την κάθετη ομάδα και την οριζόντια περίοδο. Κάθε περίοδος, αριθμημένη μία έως επτά, περιέχει στοιχεία αυξανόμενου ατομικού αριθμού. Σε αντίθεση με την αρχική λίστα του Mendeleev, ο σύγχρονος περιοδικός πίνακας βασίζεται στον ατομικό αριθμό ή στον αριθμό των πρωτονίων στον ατομικό πυρήνα ενός στοιχείου. Ο αριθμός πρωτονίων είναι μια λογική επιλογή για την οργάνωση των στοιχείων, καθώς τα πρωτόνια καθορίζουν τη χημική ταυτότητα ενός ατόμου, ενώ το ατομικό βάρος ποικίλλει με διαφορετικά ατομικά ισότοπα. Δεκαοκτώ στήλες βρίσκονται στον περιοδικό πίνακα, συνήθως αναφέρονται ως ομάδες. Κάθε ομάδα περιέχει πολλά στοιχεία που έχουν παρόμοιες φυσικές ιδιότητες λόγω της υποκείμενης ατομικής τους δομής.

Το άτομο είναι το μικρότερο τμήμα της ύλης που διατηρεί την ταυτότητά του ως χημικό στοιχείο. Είναι κεντρικός πυρήνας που περιβάλλεται από ένα νέφος ηλεκτρονίων. Ο πυρήνας έχει θετικό φορτίο λόγω των πρωτονίων, τα οποία προσελκύουν τα μικρά, αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια είναι ίσοι σε αριθμό για ένα ουδέτερο άτομο. Τα ηλεκτρόνια οργανώνονται σε τροχιακά ή κελύφη λόγω των αρχών της κβαντικής μηχανικής, που περιορίζουν τον αριθμό των ηλεκτρονίων σε κάθε κέλυφος. Οι χημικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ ατόμων επηρεάζουν συνήθως μόνο τα εξωτερικά ηλεκτρόνια στο τελευταίο κέλυφος, που ονομάζονται ηλεκτρόνια σθένους. Τα στοιχεία σε κάθε ομάδα έχουν τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων σθένους, κάνοντάς τα να αντιδρούν παρόμοια όταν κερδίζουν ή χάνουν ηλεκτρόνια από άλλα άτομα. Τα κελύφη ηλεκτρονίων αυξάνονται σε μέγεθος, προκαλώντας το αυξανόμενο μέγεθος περιόδου του περιοδικού πίνακα.

Η άκρα αριστερή πλευρά του περιοδικού πίνακα περιλαμβάνει δύο ομάδες πολύ αντιδραστικών μετάλλων. Με εξαίρεση το υδρογόνο, η πρώτη στήλη αποτελείται από τα μαλακά, γυαλιστερά αλκαλικά μέταλλα. Αυτά τα μέταλλα έχουν μόνο ένα ηλεκτρόνιο στο κέλυφος σθένους τους, το οποίο δωρίζεται εύκολα σε άλλο άτομο σε χημικές αντιδράσεις. Λόγω της εκρηκτικής τους δραστικότητας τόσο στον αέρα όσο και στο νερό, τα αλκαλικά μέταλλα σπάνια βρίσκονται στη στοιχειώδη μορφή τους στη φύση. Στη δεύτερη ομάδα, τα μέταλλα αλκαλικής γαίας έχουν δύο ηλεκτρόνια σθένους, καθιστώντας τα ελαφρώς πιο σκληρά και λιγότερο αντιδραστικά. Ωστόσο, αυτά τα μέταλλα βρίσκονται ακόμη σπάνια στη στοιχειακή τους μορφή.

Η πλειονότητα των στοιχείων στον περιοδικό πίνακα ταξινομούνται ως μέταλλα. Τα μέταλλα μετάβασης βρίσκονται στο κέντρο του τραπεζιού, καλύπτοντας τις ομάδες από τρία έως 12. Αυτά τα στοιχεία είναι στερεά σε θερμοκρασία δωματίου, εκτός από τον υδράργυρο, και έχουν το μεταλλικό χρώμα και την ελαστικότητα που αναμένεται από τα μέταλλα. Επειδή τα κελύφη σθένους μεγαλώνουν τόσο μεγάλα, μερικά από τα μέταλλα μετάβασης αποσπώνται από τον περιοδικό πίνακα και προσαρτώνται στο κάτω μέρος του χάρτη. Αυτά είναι γνωστά ως Lanthanides και Actinides. Πολλά από τα μέταλλα μετάβασης κοντά στο κάτω μέρος του περιοδικού πίνακα είναι σπάνια και ασταθή.

Στη δεξιά πλευρά του περιοδικού πίνακα, μια τραχιά διαγώνια γραμμή διαιρεί τα μέταλλα στα αριστερά από τα μη μέταλλα στα δεξιά. Περιπλέκονται αυτή η γραμμή είναι τα μεταλλοειδή, όπως το γερμάνιο και το αρσενικό, τα οποία έχουν ορισμένες μεταλλικές ιδιότητες. Οι χημικοί κατηγοριοποιούν όλα τα στοιχεία στα δεξιά αυτής της διαχωριστικής γραμμής ως μη μέταλλα, με εξαίρεση την ομάδα 18 στην άκρα δεξιά. Πολλά από τα μη μέταλλα είναι αέρια και όλα είναι αξιοσημείωτα για την τάση τους να αποκτούν ηλεκτρόνια και να γεμίζουν τα κελύφη τους.

Η ομάδα 18, στην άκρη δεξιά πλευρά του περιοδικού πίνακα, αποτελείται αποκλειστικά από αέρια. Αυτά τα στοιχεία έχουν πλήρη κελύφη σθένους και τείνουν να μην κερδίζουν ούτε να χάνουν ηλεκτρόνια. Ως αποτέλεσμα, αυτά τα αέρια υπάρχουν σχεδόν αποκλειστικά στη στοιχειώδη μορφή τους. Οι χημικοί τα ταξινομούν ως ευγενή ή αδρανή αέρια. Όλα τα ευγενή αέρια είναι άχρωμα, άοσμα και μη αντιδραστικά.