Ο Περιοδικός Πίνακας Φυσικές και Χημικές Ιδιότητες των Στοιχείων. Εισαγωγική Χημεία

Transcript

1 Ο Περιοδικός Πίνακας Φυσικές και Χημικές Ιδιότητες των Στοιχείων Εισαγωγική Χημεία

2 Δομή του Π.Π. Γραμμές (περίοδοι) σύμφωνα με την σειρά συμπλήρωσης των τροχιακών (1 σειρά ανά κύριο κβαντικό αριθμό) Στήλες (ομάδες) έτσι ώστε τα στοιχεία με τον ίδιο αριθμό e - στην εξώτατη στιβάδα είναι το ένα πάνω από το άλλο Γενική και Ανόργανη Χημεία

3 Οικογένειες και ΠΠ Οι στήλες ομαδοποιούνται σε οικογένειες. Οι οικογένειες αποτελούνται από μια στήλη ή από αριθμό στηλών μαζί. Οι οικογένειες έχουν ονόματα μάλλον παρά αριθμούς (όπως κάθε οικογένεια)

4

5 Τα στοιχεία των κύριων ομάδων (A ) είναι τα στοιχεία των ομάδων 1A - 7A και της ομάδας 0 (ή 8A ή 18) (η ομάδα άκρη δεξιά). Τα στοιχεία των ομάδων A ονομάζονται στοιχεία των κυρίων ομάδων (ή αντιπροσωπευτικά στοιχεία) επειδή παρουσιάζουν διαφοροποιημένες φυσικές και χημικές ιδιότητες. Τα στοιχεία των κυρίων ομάδων διακρίνονται σε 3 μεγάλες κατηγορίες. Η πρώτη είναι τα μέταλλα, που χαρακτηρίζονται από υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, και στιλπνότητα όταν είναι καθαρά. Είναι όλκιμα (μπορούν να μορφοποιηθούν με τράβηγμα σε σύρματα) και ελατά (σχηματισμός φύλλων με κατεργασία). Με εξαίρεση το υδρογόνο τα στοιχεία στο αριστερό μέρος του ΠΠ είναι μέταλλα

6 Τα στοιχεία της ομάδας 1A ονομάζονται μέταλλα των αλκαλίων, ενώ της 2A ονομάζονται μέταλλα των αλκαλικών γαιών. Τα περισσότερα από τα υπόλοιπα στοιχεία που δεν είναι στοιχεία των κύριων ομάδων A είναι επίσης μέταλλα. Μεταξύ αυτών περιλαμβάνονται τα μέταλλα μετάπτωσης και τα εσωτερικά μέταλλα μετάπτωσης, τα οποία αποτελούν και τα στοιχεία των ομάδων B. χαλκός, χρυσός, και άργυρος είναι γνωστά μέταλλα μεταπτώσεως. Τα εσωτερικά μέταλλα μεταπτώσεως, τα οποία εμφανίζονται κάτω από το κυρίως σώμα του ΠΠ, καλούνται επίσης και στοιχεία των σπανίων γαιών. Το 80% περίπου του συνόλου των στοιχείων είναι μέταλλα.

7 Μέταλλα

8 Εσωτερικά μέταλλα μεταπτώσεως

9 Τα αμέταλλα καταλαμβάνουν το πάνω δεξιά μέρος του ΠΠ. Τα αμέταλλα είναι στοιχεία που κατά κανόνα στερούνται λάμψης και είναι κακοί αγωγοί του ηλεκτρικού ρεύματος. Δύο από τις ομάδες των αμετάλλων έχουν ξεχωριστά ονόματα. Τα αμέτάλλα της ομάδας 7A ονομάζονται αλογόνα, στα οποία και συμπεριλαμβάνονται τα χλώριο και βρώμιο. Τα αμέταλλα της ομάδας 0 (ή18 ή 8A) είναι γνωστά ως ευγενή αέρια, τα οποία επίσης ονομάζονται και αδρανή αέρια λόγω του περιορισμένου αριθμού των χημικών αντιδράσεων που δίνουν.

10 Αμέταλλα

11 Στον ΠΠ θα παρατηρήσετε μια έντονη κλιμακωτή γραμμή. Η γραμμή αυτή αποτελεί το όριο διαχωρισμού μεταξύ μετάλλων και αμετάλλων. Τα περισσότερα στοιχεία τα οποία γειτνιάζουν με αυτή τη γραμμή λέγονται μεταλλοειδή, και είναι στοιχεία με ιδιότητες ενδιάμεσες μεταξύ μετάλλων και αμετάλλων. Πυρίτιο και γερμάνιο είναι δύο σημαντικά μεταλλοειδή που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή ψηφίδων ΗΥ (computer chips) και ηλιακών στοιχείων

12 Mεταλλοειδή

13 Μέταλλα, Αμέταλλα και Μεταλλοειδή Μέταλλα Αμέταλλα Μεταλλοειδή

14 Ταξινόμηση των στοιχείων Ο ΠΠ είναι το ισχυρότερο εργαλείο στη Χημεία. Μεταξύ άλλων χρησιμεύει στην κατανόηση και για την πρόβλεψη των ιδιοτήτων των στοιχείων. Για παράδειγμα, αν είναι γνωστές οι φυσικές και οι χημικές ιδιότητες ενός στοιχείου σε μια ομάδα ή μια οικογένεια, είναι δυνατόν να προβλεφθούν οι φυσικές και οι χημικές ιδιότητες άλλων στοιχείων της ίδιας ομάδας και πιθανόν ακόμα και οι ιδιότητες στοιχείων που βρίσκονται σε γειτονικές ομάδες.

15 Ταξινόμηση των στοιχείων αναλόγως της ηλεκτρονιακής τους διαμόρφωσης Απ όλα τα υπο-ατομικά σωματίδια, τα ηλεκτρόνια, διαδραματίζουν τον σημαντικότερο ρόλο στις φυσικές και χημικές ιδιότητες των στοιχείων. Η διάταξη των στοιχείων στον ΠΠ εξαρτάται από τις ιδιότητες αυτές. Θα πρεπει λοιπόν να υπάρχει κάποια σχέση μεταξύ της ηλεκτρονιακής διαμόρφωσης των στοιχείων και της θέσης τους στον ΠΠ.

16 Τα στοιχεία, ανάλογα με την ηλεκτρονιακή τους διαμόρφωση κατατάσσονται σε τέσσερις κατηγορίες. 1.Τα ευγενή αέρια. Στοιχεία των οποίων τα εξωτερικά s και p τροχιακά είναι συμπληρωμένα. Τα ευγενή αέρια ανήκουν στην ομάδα 0. Τα στοιχεία της ομάδας αυτής είναι γνωστά και ως αδρανή επειδή δεν συμμετέχουν σε χημικές αντιδράσεις. Η ηλεκτρονιακή διαμόρφωση των 4 πρώτων στοιχείων των ευγενών αερίων δίνεται παρακάτω. Παρατηρείστε ότι τα στοιχεία αυτά έχουν συμπληρωμένα s και p τροχιακά. Ήλιο 1s 2 Νέον 1s 2 2s 2 2p 6 Αργόν 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Κρυπτόν 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 Όλα τα στοιχεία έχουν συμπληρωμένα τα εξωτερικά s και p τροχιακά

17 2. Τα στοιχεία των κυρίων ομάδων. Στα στοιχεία αυτά τα τροχιακά s και p είναι μερικώς κατειλημμένα. Τα στοιχεία αυτά ονομάζονται και στοιχεία των κυρίων ομάδων A. Για τα στοιχεία των κυρίων ομάδων, ο αριθμός της ομάδας είναι ίσος με τον αριθμό ηλεκτρονίων της στιβάδας σθένους. Τα στοιχεία της ομάδας 1A (Λίθιο, Νάτριο, κ.τ.λ.) έχουν ένα ηλεκτρόνιο στην εξωτερική τους στάθμη Li 1s 2 2s 1 Να 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Κ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1

18 Άνθρακας, πυρίτιο, Γερμάνιο της ομάδας 4A, διαθέτουν 4 ηλεκτρόνια στην εξωτερική στάθμη. C 1s 2 2s 2 2p 2 Si 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 Ge 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 2 4 ηλεκτρόνια στην εξωτερική στάθμη ενέργειας 3. Μέταλλα μετάπτωσης. Μεταλλικά στοιχεία τα οποία διαθέτουν ηλεκτρόνια σε τροχιακά s στην εξώτατη στιβάδα και στην γειτονική d υποστάθμη Τα στοιχεία μετάπτωσης, ονομαζόμενα και στοιχεία των ομάδων B χαρακτηρίζονται από την παρουσία ηλεκτρονίων σε d τροχιακά. Sc 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1 Y 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 1 Εξωτερικά s και d ηλεκτρόνια.

19 4. Τα εσωτερικά μέταλλα μεταπτώσεως. Μεταλλικά στοιχεία στα οποία υπάρχουν ηλεκτρόνια στο εξώτατο τροχιακό s καθώς και στην γειτονική υποστάθμη f. Τα εσωτερικά μέταλλα μεταπτώσεως χαρακτηρίζονται από την παρουσία ηλεκτρονίων σε τροχιακά f. Ce [Xe]6s 2 5d 1 4f 1 Th [Rn]7s 2 6d 1 5f 1 παρατηρείστε τα εξωτερικά s και f ηλεκτρόνια. Λαμβάνοντας υπόψη τόσο την ηλεκτρονιακή διαμόρφωση όσο και την θέση των στοιχείων στον ΠΠ, αναδύεται ένα άλλο σχήμα. Ο ΠΠ μπορεί να διαιρεθεί σε τομείς, ή blocks, οι οποίοι αντιστοιχούν στις υποστάθμες οι οποίες συμπληρώνονται με ηλεκτρόνια.

20

21 Το s block είναι το μέρος του ΠΠ το οποίο περιέχει στοιχεία με εξωτερική διαμόρφωση (διαμόρφωση στιβάδας σθένους) s 1 και s 2. Απαρτίζεται από τα στοιχεία των ομάδων 1A και 2A και από το ευγενές αέριο Ήλιο. Το p block απαρτίζεται από τα στοιχεία των ομάδων 3A, 4A, 5A, 6A, 7A, και 0 με εξαίρεση το Ήλιο. Τα μέταλλα μεταπτώσεως ανήκουν στο d block, ενώ τα εσωτερικά μέταλλα μεταπτώσεως στο f block.

22

23

24

25 Λίθιο (Li), Νάτριο (Na), Κάλιο (K), Ρουβίδιο (Rb), Καίσιο (Cs), Φράγκιο (Fr). Ομάδα I Μέταλλα των αλκαλίων ΕΞΑΙΡΕΤΙΚΑ ΔΡΑΣΤΙΚΑ!!! Ασημί χρώμα (μεταλλικό) Μαλακά NaCl Επιτραπέζιο αλάτι Li χρήση στις μπαταρίες K στα πυροτεχνήματα Rb & Cs στα φωτοκύτταρα Fr δεν έχει χρήσεις (ασταθές και ραδιενεργό).

26 Παρασκευή Μετάλλων Αλκαλίων Εισαγωγική Χημεία

27 Αντιδράσεις Αλκαλίων Εισαγωγική Χημεία

28 Αντιδράσεις με το Οξυγόνο Το ΚΟ 2 χρησιμοποιείται σε συσκευές αναπνοής σε διαστημόπλοια Αντιδράσεις με το νερό Εισαγωγική Χημεία

29 Αντιδράσεις με αμμωνία Εισαγωγική Χημεία

30 Βηρύλλιο (Be), Maγνήσιο (Mg), Ομάδα II Ασβέστιο (Ca), Στρόντιο (Sr), Βάριο (Ba), και Ράδιο (Ra). Μέταλλα αλκαλικών γαιών Πολύ δραστικά Μεταλλικό χρώμα Μαλακά Κράματα Be -διαστημόπλοια Mg -φωτοβολίδες CaCO3 ασβεστόλιθος Sr- κόκκινα πυροτεχνήματα Ba βαφές, ποντικοφάρμακο Ra Φωσφορίζοντα στο σκοτάδι χρώματα

31 CaCO3 Lechuguilla Cave New Mexico, USA

32 Ιδιότητες των μετάλλων των αλκαλικών γαιών Ν. Μαγνησίας: Μεγάλα αποθέματα τάλκη: Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 Παρασκευή μετάλλων αλκαλικών γαιών Εισαγωγική Χημεία