Blok (periodni sistem)

Iz Vikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu
Blokovi periodnog sistema

Blok periodnog sistema elemenata je set susednih grupa. Veruje se da je prva osoba koja je upotrebila ovaj termin Šarl Žane.[1] Odgovarajući elektroni sa najviše energije za svaki element pojedinog bloka imaju isti tip atomske orbitale. Svaki blok se imenuje prema svojoj karakterističnoj orbitali; tako postoje sledeći blokovi:

Imena blokova (s, p, d, f i g) izvedena su iz spektroskopskog imenovanja pripadajućih atomskih orbitala: sharp (oštra), principal (glavna), diffuse (difuzna) i fundamental (temeljna), a zatim g dolazi posle f po abecednom redosledu.

Redosled popunjavanja orbitala „podljuski”, prema Aufbauevom principu, daje linearni niz „blokova” (kako se atomski broj povećava) u periodnom sistemu:

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, ...

Energije blokova se na ovaj način prirodno raspoređuju u složenim atomima zahvaljujući pravilima po kojim se stvaraju atomske orbitale odnosno dobija elektronska konfiguracija.

„Periodična” priroda popunjavanja orbitala kao i nastanak s, p, d i f „blokova” postaju jasniji ako se redosled popunjavanja dadne u obliku matrice, tako da porast u glavnom kvantnom broju započinje nove redove („periode”) matrice. Tada se svaka podljuska (sastavljena iz prva dva kvantna broja) ponavlja onoliko puta koliko je potrebno za svaki par elektrona koje može da sadrži. Rezultat je zbijeni periodni sistem u kome svako polje predstavlja dva uzastopna elementa:

1s
2s                                                 2p  2p  2p
3s                                                 3p  3p  3p
4s                             3d  3d  3d  3d  3d  4p  4p  4p
5s                             4d  4d  4d  4d  4d  5p  5p  5p
6s 4f  4f  4f  4f  4f  4f  4f  5d  5d  5d  5d  5d  6p  6p  6p
7s 5f  5f  5f  5f  5f  5f  5f  6d  6d  6d  6d  6d  7p  7p  7p

Periodni sistem[uredi]

Postoji približno poklapanje između načina imenovanja blokova (na osnovu elektronske konfiguracije) i grupisanja elemenata periodnog sistema (na osnovu hemijskih svojstava). Elementi s-bloka i p-bloka zajedno se često nazivaju elementima glavne grupe, d-blok obuhvata prelazne metale, a u f-bloku su smešteni lantanoidi i aktinoidi. Međutim, ne slažu se svi sa ovakvim idealističkim razvrstavanjem setova elemenata po blokovima; tako na primer, u 12. grupi elementi cink, kadmijum i živa prema nekim naučnicima treba da se svrstaju u elemente glavne grupe a prema drugima u prelazne metale, pošto su hemijski i fizički sličniji elementima p-bloka nego ostali elementi d-bloka. Isto tako, elementi 3. grupe i f-blok ponekad se takođe smatraju elementima glavne grupe zbog svojih sličnosti sa elementima s-bloka. Grupe (kolone) f-bloka (između 2. i 3. grupe) nisu numerisane.

Helijum je obojen različito od elemenata p-bloka koji ga okružuju zato što se nalazi u s-bloku, a samo su mu spoljašnji (i jedini) elektroni u atomskoj orbitali 1s, mada su mu hemijska svojstva više nalik na ona plemenitih gasova p-bloka zbog pune ljuske. Pored blokova prikazanih u ovom sistemu, postoji i hipotetički g-blok koji ovde nije predstavljen. Elementi g-bloka mogu da se vide u proširenom periodnom sistemu. Takođe, lantan i aktinijum su raspoređeni ispod skandijuma i itrijuma da bi se istakao njihov status elemenata d-bloka (iako neki[2] tvrde da bi lutecijum i lorencijum umesto lantana i aktinijuma trebalo da se nađu ispod skandijuma i itrijuma); razlog je to što nemaju elektrona u [redom] 4f i 5f orbitali, dok lutecijum i lorencijum imaju.[3]

Grupa → 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
↓ Perioda
1 1
H

2
He
2 3
Li
4
Be

5
B
6
C
7
N
8
O
9
F
10
Ne
3 11
Na
12
Mg

13
Al
14
Si
15
P
16
S
17
Cl
18
Ar
4 19
K
20
Ca
21
Sc
22
Ti
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
31
Ga
32
Ge
33
As
34
Se
35
Br
36
Kr
5 37
Rb
38
Sr
39
Y
40
Zr
41
Nb
42
Mo
43
Tc
44
Ru
45
Rh
46
Pd
47
Ag
48
Cd
49
In
50
Sn
51
Sb
52
Te
53
I
54
Xe
6 55
Cs
56
Ba
57
La
* ×1 72
Hf
73
Ta
74
W
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
Hg
81
Tl
82
Pb
83
Bi
84
Po
85
At
86
Rn
7 87
Fr
88
Ra
89
Ac
* ×1 104
Rf
105
Db
106
Sg
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
Ds
111
Rg
112
Cn
113
Nh
114
Fl
115
Mc
116
Lv
117
Ts
118
Og

* ×1 58
Ce
59
Pr
60
Nd
61
Pm
62
Sm
63
Eu
64
Gd
65
Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
69
Tm
70
Yb
71
Lu
* ×1 90
Th
91
Pa
92
U
93
Np
94
Pu
95
Am
96
Cm
97
Bk
98
Cf
99
Es
100
Fm
101
Md
102
No
103
Lr

s-blok[uredi]

s-blok se nalazi na levoj strani periodnog sistema koja uključuje elemente prvih dveju kolona, alkalne metale (1. grupa) i zemnoalkalne metale (2. grupa), plus helijum. Helijum je kontroverzan element za naučnike jer može da se postavi ili u s-blok ili u p-blok, ali većina naučnika se slaže da helijum treba da bude na vrhu 18. grupe odnosno iznad neona (atomski broj 10) zato što ima mnogo svojstava kao i elementi 18. grupe.

Većina elemenata s-bloka su visoko reaktivni metali zbog lakoće kojom njihove spoljašnje s-orbitale stvaraju veze jedinjenja. Elementi prve periode u ovom bloku su, međutim, nemetali. Vodonik je visoko reaktivan u pogledu svoje hemije, kao što je slučaj i sa ostalim elementima s-bloka; kako god, helijum je gotovo nereaktivan plemeniti gas.

Elemente s-bloka spaja činjenica da su njihovi valentni elektroni (oni spoljašnji) svi u s-orbitalama. s-orbitala je jedan sferičan oblak koji može da sadrži samo jedan par elektrona; tako se s-blok sastoji samo od dve kolone u periodnom sistemu. Elementi u 1. koloni, sa jednim valentnim elektronom s-orbitale, najreaktivniji su u svom bloku. Elementi u 2. koloni imaju dva s-orbitalna valentna elektrona i (izuzev helijuma) svi su samo malo manje reaktivni u odnosu na one iz prve kolone.

p-blok[uredi]

p-blok se nalazi na desnoj strani periodnog sistema i uključuje elemente od šest kolona, počev od 13. pa do 18. grupe. Helijum, iako je smešten na vrhu 18. grupe, nije deo p-bloka.

p-blok je dom najvećem broju različitih elemenata i jedini je blok koji sadrži sve tri tipa elemenata: metale, nemetale i metaloide. Generalno govoreći, elementi p-bloka najbolje se mogu opisati uzimajući u obzir njihov tip ili grupu.

Elemente p-bloka spaja činjenica da su njihovi valentni elektroni (oni spoljašnji) svi u p-orbitalama. p-orbitala se sastoji od šest eliptičnih oblika koji su međusobno postavljeni pod jednakim uglovima i imaju istu centralnu tačku. p-orbitala može da ima maksimalno šest elektrona, pa je tako i šest kolona u p-bloku. Elementi u 13. koloni, prvoj koloni p-bloka, imaju jedan p-orbitalni elektron. Elementi u 14. koloni, drugoj koloni p-bloka, imaju dva p-orbitalna elektrona. Trend se nastavlja na ovaj način sve do 18. kolone, koja ima šest p-orbitalnih elektrona.

Metali[uredi]

Metali p-bloka imaju klasične karakteristike metala: sjajni su, dobri su provodnici toplote i elektriciteta, te gube svoje elektrone veoma lako. Generalno, ovi metali imaju visoke tačke topljenja i dobro reaguju sa nemetalima u stvaranju jonskih jedinjenja. Jonska jedinjenja nastaju kada se pozitivni jon (katjon) metala veže sa negativnim jonom (anjon) nemetala.

Od velikog broja metala p-bloka, neki imaju fascinantna svojstva. Galijum, smešten u trećem redu 13. kolone, metal je koji može da se otopi u dlanu ruke. Kalaj, smešten u četvrtom redu 14. kolone, zastupljen je, fleksibilan i veoma koristan metal; važan je deo mnogih metalnih legura kao što je bronza, lem ili pjuter.

Odmah ispod kalaja svoje mesto je našlo olovo, otrovni metal. Drevni narodi su koristili olovo za mnoge potrebe: pravljenje zaslađivača za hranu, izrada glazura za keramiku, livanje pribora za jelo i sl. Sumnjalo se da je trovanje olovom povezano sa padom rimske civilizacije,[4] ali daljim istraživanjem pokazano je da je to skoro pa nemoguće.[5][6] Olovo se koristilo veoma dug vremenski period za proizvodnju boja. Tek je poslednjeg veka uvedena zabrana korišćenja olovnih boja zbog njegove toksične prirode.

Metaloidi[uredi]

Metaloidi imaju svojstva i metala i nemetala, ali pojam metaloid nema striktnu definiciju. Svi elementi koji se najčešće svrstavaju u metaloide su u p-bloku: bor, silicijum, germanijum, arsen, antimon i telur. Metaloidi teže posedovanju manje električne provodnosti nego metali, ali veće nego nemetali. Takođe teže formiranju hemijskih veza slično kao i nemetali, ali postoji mogućnost rastvaranja u metalnim legurama bez kovalentnih ili jonskih veza. Dodaci metaloida mogu poboljšati svojstva metalnih legura, ponekad paradoksalno svojim prividnim svojstvima. Neki mogu imati dobru električnu provodnost, veliku otpornost na koroziju, veliku duktilnost ili fluidnost u rastopljenom stanju itd., te tako legure učiniti boljim.

  • Bor ima mnogo svojstava nalik ugljeniku, ali je veoma redak. Mnogo se koristi, u razne svrhe; na primer, kao dopirajuća primesa za poluprovodnike tipa P.
  • Silicijum je možda najpoznatiji metaloid. Drugi je najzastupljeniji element u Zemljinoj kori i jedan od glavnih sastojaka u procesu izrade stakla. Koristi se za izradu poluprovodničkih krugova, zatim velikih prekidača i dioda sa jakim strujama, kao i mikročipova za računare i druge elektronske uređaje. Takođe se koristi u određenim metalnim legurama, na primer da poboljša svojstva livenja alumijiuma. Silicijum je toliko bitan za tehnologiju i tehnološku industriju da je Silicijumska dolina u Kaliforniji nazvana baš po njemu.
  • Germanijum ima svojstva veoma slična silicijumu, ali ovaj element je mnogo teže naći. Nekada se često koristio zbog svojih poluprovodničkih svojstava, slično kao što se silicijum koristi danas; ima neka izuzetna svojstva u odnosu na druge elemente, ali danas je u industriji postao retko korišćen materijal.
  • Arsen je otrovni metaloid koji se tokom istorije koristio kao dodatak metalnim legurama, bojama, pa čak i šminci.
  • Antimon se koristi kao sastavni deo legura koje se prave livenjem, kao što je metal za štamparije.

Elementi koji se nisu uvek smatrali metaloidima:

  • Ugljenik, koji je u istoj koloni u kojoj se nalazi i silicijum i germanijum, ima solidnu električnu provodnost za razliku od većine ostalih nemetala; neretko se nađe kao poželjan ili nepoželjan konstituent u tragovima kod određenih metalnih legura, kao što je čelik.
  • Fosfor ima između ostalog metaluršku upotrebu, na primer kao sastavni deo nekih legura bakra.
  • Selen, nekad korišćen najviše kao poluprovodnički materijal, takođe se koristi za povećavanje kvaliteta metalnih legura.
  • Aluminijum se dejure smatra metalom; međutim, ovaj element inače ima nekih metaloidnih i nemetalnih svojstava, kao što su negativna stanja oksidacije.

Plemeniti gasovi[uredi]

Nekada pod imenom inertni gasovi, plemeniti gasovi su svoje novo ime dobili zato što postoji još nekoliko gasova koji su inertni ali nisu plemeniti (npr. azot). Smešteni su u najdešnjoj koloni periodnog sistema, takođe poznatoj i kao nulta grupa ili 18. grupa. Plemeniti gasovi se takođe zovu aerogeni, ali IUPAC ovaj naziv grupe ne prihvata kao zvaničan.

Svi plemeniti gasovi imaju popunjene spoljašnje ljuske sa osam elektrona. Međutim, na vrhu plemenitih gasova nalazi se helijum, sa ljuskom koja je popunjena sa samo dva elektrona. To što su njihove spoljašnje ljuske pune znači da retko reaguju sa drugim elementima, što je i dovelo do nadevanja prvobitnog epiteta inertan (nepokretan, trom).

Zbog svojih hemijskih svojstava, ovi gasovi se takođe koriste u laboratorijama za stabilizaciju reakcija koje bi se inače odvile prebrzo. Kako se atomski brojevi povećavaju, elementi postaju ređe zastupljeni, i to ne samo u prirodi već takođe i kao korisni elementi.

  • Helijum je napoznatiji po svojoj maloj gustini; koristi se za bezbednu izradu plovnih delova koji silom potiska u vazduhu drže cepeline i balone.
  • Neon je poznat kao crveno-žuti sjajni medijum u starim signalnim lampama i znakovima male snage.
  • Argon je korišćen kao zaštitni gas pri MIG i TIG zavarivanju.
  • Ksenon je korišćen kao plazma medijum u lučnim lampama velike gustine sa volframovim elektrodama; automobilska ksenonska svetla, međutim, u većini slučajeva predstavljaju sijalice sa živinim isparenjima i ksenonom niskog pritiska, čime se pomaže stvaranje luka i dobijanje svetlosti.
  • Kripton je dosta korišćen kao medijum lučnih lampi; njime su se punile energetski nekada najefikasnije inkadescentne sijalice, ali je zamenjen halogenskom tehnologijom.
  • Radon je radioaktivan i jedan od najgušćih elemenata koji ostaju u gasovitom stanju na sobnoj temperaturi.

Halogeni[uredi]

Druga kolona s desne strane periodnog sistema, 17. grupa — ovo je halogenska porodica elemenata. Ovim elementima nedostaje samo jedan elektron da bi imali pune ljuske. Pošto su veoma blizu maksimalnog popunjavanja ljuski, imaju osobinu da se vežu sa velikim brojem različitih elemenata i veoma su reaktivni. Često se nalaze u vezi sa metalima i elementima prve grupe, zato što ovi elementi imaju samo jedan slobodan elektron koji halogene dovodi do stabilnosti (osam elektrona u spoljašnjoj ljusci).

Svi halogeni reaguju različitim intenzitetom. Fluor je najreaktivniji i veže se sa većinom elemenata okruženja u periodnom sistemu. Kao što je to slučaj i sa drugim kolonama, reaktivnost se smanjuje kako se atomski broj povećava.

Kada se halogen spoji sa drugim elementom, rezultujuće jedinjenje se zove halid. Jedan od najboljih primera halida je natrijum hlorid (NaCl).

d-blok[uredi]

d-blok se nalazi u sredini periodnog sistema i uključuje elemente od 3. do 12. kolone. Ovi elementi su takođe poznati i kao prelazni metali zato što odražavaju prelaznost odnosno pokazuju periodičnost u svojim svojstvima.

Svi elementi d-bloka su metali koji imaju dva ili više načina formiranja hemijske veze. Kako je razlika u energijama različitih d-orbitalnih elektrona relativno mala, broj elektrona koji učestvuje u hemijskom vezivanju može da varira. Ovo rezultuje osobinom da jedan element ima dva ili više stanja oksidacije, što određuje tip i broj njegovih najbližih suseda u hemijskim jedinjenjima.

Elemente d-bloka spaja činjenica da su njihovi valentni elektroni (oni spoljašnji) svi u d-orbitalama; nemaju nijedan elektron p-orbitale. d-orbitale sadrže do pet parova elektrona; tako blok obuhvata deset kolona u periodnom sistemu.

f-blok[uredi]

f-blok se nalazi u centralnom levom delu periodnog sistema formata 32 kolone, odnosno predstavlja fusnotni dodatak sistema sa 18 kolona. Elementi ovog bloka obično se ne smatraju delom ijedne grupe. Većinom se nazivaju unutrašnjim prelaznim metalima jer omogućavaju smenu između s-bloka i d-bloka u 6. i 7. redu (periodi), na isti način kao što prelazni metali pružaju most za smenu između s-bloka i p-bloka u 4. i 5. redu.

Poznati elementi f-bloka dolaze u dva reda, lantanoidi 6. periode i radioaktivni aktinoidi 7. periode. Svi su metali. Pošto su f-orbitalni elektroni manje bitan faktor koji utiče na karakterističnu hemiju ovih elemenata, njihova hemijska svojstva većinom određuju spoljašnji s-orbitalni elektroni. Sledstveno tome, mnogo je manje hemijske raznolikosti unutar f-bloka nego unutar s, p ili d bloka.

Elemente f-bloka spaja činjenica da su njihovi valentni elektroni (oni spoljašnji) svi u f-orbitalama; nemaju nijedan elektron d ili p orbitale. f-orbitale sadrže do sedam parova elektrona; tako blok obuhvata četrnaest kolona u periodnom sistemu.

g-blok[uredi]

g-blok je hipotetički blok elemenata u proširenom periodnom sistemu za čije se spoljašnje elektrone veruje da će da budu svi u g-orbitalama, bez elektrona f, d ili p orbitale.

Reference[uredi]

  1. ^ Janet, Charles (1928). La classification hélicoïdale des éléments chimiques. Beauvais.
  2. ^ Scerri, Eric. „Mendeleev's table finally completed and what to do about group 3”. 
  3. ^ Lavelle, Laurence. „Lanthanum (La) and Actinium (Ac) Should Remain in the d-Block (PDF). lavelle.chem.ucla.edu. Pristupljeno 9. 11. 2014. 
  4. ^ Wilford, John Noble (17. 3. 1983). „Roman Empire's Fall Is Linked With Gout And Lead Poisoning”. The New York Times. Pristupljeno 19. 1. 2016. 
  5. ^ Killgrove, Kristina (20. 1. 2012). „Lead Poisoning in Rome – The Skeletal Evidence”. Powered by Osteons. Pristupljeno 19. 1. 2016. 
  6. ^ Sumner, Thomas (21. 4. 2014). „Did Lead Poisoning Bring Down Ancient Rome”. Science Magazine. Pristupljeno 19. 1. 2016.