Jak klasyfikowane są pierwiastki w układzie okresowym

Układ okresowy pierwiastków, który zawiera wszystkie naturalnie występujące i zwariowane pierwiastki chemiczne, jest centralnym filarem każdej klasy chemii. Ta metoda klasyfikacji pochodzi z podręcznika z 1869 roku, napisanego przez Dymitra Iwanowicza Mendelejewa. Rosyjski naukowiec zauważył, że pisząc znane pierwiastki w kolejności rosnącej masy atomowej, mógł z łatwością posortować je w rzędy na podstawie podobnych cech. Co zaskakujące, podobieństwa były tak wyraźne, że Mendelejew był w stanie zostawić miejsce na kilka nieodkrytych elementów w swojej okresowej klasyfikacji.

W układzie okresowym pierwiastek jest określony przez jego grupę pionową i okres poziomy. Każdy okres, ponumerowany od 1 do 7, zawiera elementy zwiększające się liczbę atomową. W przeciwieństwie do oryginalnej listy Mendelejewa, współczesny układ okresowy pierwiastków opiera się na liczbie atomowej lub liczbie protonów w jądrze atomowym pierwiastka. Liczba protonów jest logicznym wyborem do porządkowania pierwiastków, ponieważ protony określają chemiczną tożsamość atomu, podczas gdy masa atomowa zmienia się w zależności od różnych izotopów atomowych. Osiemnaście kolumn znajduje się w układzie okresowym, zwykle określanym jako grupy. Każda grupa zawiera kilka pierwiastków, które mają podobne właściwości fizyczne ze względu na ich podstawową strukturę atomową.

Atom jest najmniejszym fragmentem materii, który zachowuje swoją tożsamość jako pierwiastek chemiczny; ma centralne jądro otoczone chmurą elektronów. Jądro ma ładunek dodatni dzięki protonom, które przyciągają małe, ujemnie naładowane elektrony. Elektrony i protony są równe ilości dla obojętnego atomu. Elektrony są zorganizowane w orbitale lub powłoki ze względu na zasady mechaniki kwantowej, które ograniczają liczbę elektronów w każdej powłoce. Oddziaływania chemiczne między atomami zwykle wpływają tylko na zewnętrzne elektrony w ostatniej powłoce, zwane elektronami walencyjnymi. Pierwiastki w każdej grupie mają taką samą liczbę elektronów walencyjnych, dzięki czemu reagują podobnie, gdy zyskują lub tracą elektrony na rzecz innych atomów. Powłoki elektronowe powiększają się, powodując wzrost wielkości okresu w układzie okresowym.

Skrajna lewa strona układu okresowego zawiera dwie grupy metali o wysokiej reaktywności. Z wyjątkiem wodoru, pierwsza kolumna składa się z miękkich, błyszczących metali alkalicznych. Metale te mają tylko jeden elektron w swojej powłoce walencyjnej, który jest łatwo oddawany innemu atomowi w reakcjach chemicznych. Ze względu na ich wybuchową reaktywność zarówno w powietrzu, jak iw wodzie, metale alkaliczne rzadko występują w przyrodzie w postaci pierwiastkowej. W drugiej grupie metale ziem alkalicznych mają dwa elektrony walencyjne, co czyni je nieco twardszymi i mniej reaktywnymi. Jednak metale te nadal rzadko można znaleźć w swojej postaci pierwiastkowej.

Większość pierwiastków w układzie okresowym zaliczana jest do metali. Metale przejściowe leżą pośrodku stołu, obejmując grupy od trzech do 12. Pierwiastki te są stałe w temperaturze pokojowej, z wyjątkiem rtęci, i mają metaliczny kolor i plastyczność oczekiwaną od metali. Ponieważ muszle walencyjne rosną tak duże, niektóre z metali przejściowych są wyodrębniane z układu okresowego i dołączane na dole wykresu; te znane jako lantanowce i aktynowce. Wiele metali przejściowych w dolnej części układu okresowego jest rzadkich i niestabilnych.

Po prawej stronie układu okresowego, szorstka ukośna linia oddziela metale po lewej stronie od niemetali po prawej. Wśród tej linii znajdują się metaloidy, takie jak german i arsen, które mają pewne właściwości metaliczne. Chemicy klasyfikują wszystkie pierwiastki na prawo od tej linii podziału jako niemetale, z wyjątkiem grupy 18 po prawej stronie. Wiele niemetali jest gazowych i wszystkie wyróżniają się tendencją do zdobywania elektronów i wypełniania powłok walencyjnych.

Grupa 18 po prawej stronie układu okresowego składa się wyłącznie z gazów. Pierwiastki te mają pełne powłoki walencyjne i nie mają tendencji do ani zysku, ani utraty elektronów. W rezultacie gazy te istnieją prawie wyłącznie w formie pierwiastkowej. Chemicy klasyfikują je jako gazy szlachetne lub obojętne. Wszystkie gazy szlachetne są bezbarwne, bezwonne i niereaktywne.