Kā elementi tiek klasificēti periodiskajā tabulā

Periodiskā tabula, kurā ir visi dabiski sastopamie un trakie ķīmiskie elementi, ir jebkuras ķīmijas klases centrālais balsts. Šī klasifikācijas metode ir datēta ar 1869. gada mācību grāmatu, kuru sarakstījis Dmitrijs Ivanovičs Mendeļejevs. Krievu zinātnieks pamanīja, ka, rakstot zināmos elementus atomu svara palielināšanas secībā, viņš tos varēja viegli kārtot rindās, pamatojoties uz līdzīgām īpašībām. Apbrīnojami, ka līdzības bija tik izteiktas, ka Mendeļejevs savā periodiskajā klasifikācijā varēja atstāt vietas vairākiem neatklātiem elementiem.

Periodiskajā tabulā elementu nosaka tā vertikālā grupa un horizontālais periods. Katrā periodā, kas numurēts no viena līdz septiņiem, ir elementi ar pieaugošu atomu skaitu. Atšķirībā no Mendeļejeva sākotnējā saraksta, mūsdienu periodiskās tabulas pamatā ir atomu skaitlis jeb protonu skaits elementa atoma kodolā. Protonu skaitlis ir loģiska izvēle elementu organizēšanai, jo protoni nosaka atoma ķīmisko identitāti, bet atoma svars mainās atkarībā no dažādiem atomu izotopiem. Astoņpadsmit kolonnas atrodas periodiskajā tabulā, parasti tās sauc par grupām. Katrā grupā ir vairāki elementi, kuriem ir līdzīgas fizikālās īpašības to pamatā esošās atomu struktūras dēļ.

Atoms ir mazākais matērijas dalījums, kas saglabā savu identitāti kā ķīmisko elementu; tas ir no centrālā kodola, ko ieskauj elektronu mākonis. Kodolam ir pozitīvs lādiņš, pateicoties protoniem, kas piesaista mazos, negatīvi lādētos elektronus. Neitrālajam atomam elektroni un protoni ir vienādi. Elektroni tiek sakārtoti orbitālēs vai čaulās, pateicoties kvantu mehānikas principiem, kas ierobežo elektronu skaitu katrā apvalkā. Ķīmiskā mijiedarbība starp atomiem parasti ietekmē tikai ārējos elektronus pēdējā apvalkā, ko sauc par valences elektroniem. Katras grupas elementiem ir vienāds valences elektronu skaits, liekot tiem līdzīgi reaģēt, kad tie iegūst vai zaudē elektronus citiem atomiem. Elektronu čaulas palielinās, izraisot periodiskās tabulas perioda lieluma palielināšanos.

Periodiskās tabulas kreisajā pusē ir divas ļoti reaģējošu metālu grupas. Izņemot ūdeņradi, pirmo kolonnu veido mīksti, spīdīgi sārmu metāli. Šo metālu valences apvalkā ir tikai viens elektrons, kuru ķīmiskās reakcijās viegli ziedo citam atomam. Sakarā ar to sprādzienbīstamo reaktivitāti gan gaisā, gan ūdenī sārmu metāli dabā reti sastopami elementārajā formā. Otrajā grupā sārmu zemes metāliem ir divi valences elektroni, padarot tos nedaudz cietākus un mazāk reaktīvus. Tomēr šie metāli to elementārajā formā joprojām ir reti sastopami.

Lielākā daļa periodiskās tabulas elementu ir klasificēti kā metāli. Pārejas metāli atrodas galda centrā, aptverot trīs līdz 12. grupas. Šie elementi istabas temperatūrā, izņemot dzīvsudrabu, ir cieti, un tiem ir metāla krāsa un kaļamība, kā paredzēts no metāliem. Tā kā valences čaumalas aug tik lielas, daži pārejas metāli tiek izvilkti no periodiskās tabulas un pievienoti diagrammas apakšai; tos sauc par lantanīdiem un aktinīdiem. Daudzi pārejas metāli, kas atrodas periodiskās tabulas apakšdaļā, ir reti un nestabili.

Periodiskās tabulas labajā pusē aptuvena diagonāla līnija sadala metālus kreisajā pusē no nemetāliem labajā pusē. Pār šo līniju atrodas metaloīdi, piemēram, germānijs un arsēns, kuriem ir dažas metāla īpašības. Ķīmiķi visus elementus, kas atrodas pa labi no šīs dalīšanas līnijas, kategorizē kā nemetālus, izņemot 18. grupu galēji labajā pusē. Daudzi no nemetāliem ir gāzveida, un visi ir ievērojami ar savu tendenci iegūt elektronus un aizpildīt valences čaumalas.

18. grupa, kas atrodas periodiskās tabulas labajā malā, pilnībā sastāv no gāzēm. Šiem elementiem ir pilnas valences čaumalas, un tie mēdz ne iegūt, ne zaudēt elektronus. Rezultātā šīs gāzes pastāv gandrīz tikai to elementārajā formā. Ķīmiķi tās klasificē kā cēlās vai inertās gāzes. Visas cēlās gāzes ir bezkrāsainas, bez smaržas un nereaģējošas.