Sistemul periodic al elementelorCorelarea dintre numǎrul perioadei şi configuraţia electronicǎ a elementelorSistemul periodic – ordinea completǎrii substraturilorElectroni de valenţǎ, strat de valenţǎGrupe principale, grupe secundareAflarea locului unui element în sistemul periodic

Tabelul periodic al elementelorProprietăţile elementelor sunt funcţii periodice ale numărului atomic Z

Numărul grupeiPerioadeNumărul perioadei

Variaţia proprietǎţilor elementelor în tabelul periodicProprietǎţi neperiodice

Numǎrul atomicMasa atomicǎ relativǎ

Proprietǎţi fizice periodiceRaza atomicǎ şi volumul atomicRaza ionicǎIon• Nemetale• MetaleRaza cationuluiRaza anionuluiSpecii izoelectroniceElemente în stări fundamentale stabileEnergia de ionizareAfinitatea pentru e-

Caracterul metalicProprietăţile metalelor

1

Sistemul periodic al elementelor

Poziţia unui element în sistemul periodic este datǎ de numǎrul atomic Z.

Forma sistemului periodic este datǎ de succesiunea energeticǎ a substraturilor.

Sistemul periodic al elementelor este alcǎtuit din perioade şi grupe.

Perioadele = şiruri orizontale de elemente la care se ocupǎ cu electroni substraturi aparţinând aceluiaşi nivel energetic.

Numǎrul perioadei este dat de numǎrul nivelului energetic în curs de completare.Sunt 7 perioade.

Nu uita: perioada e pe orizontalǎ!

Grupele sunt coloane verticale de elemente care au acelaşi numǎr de electroni în substraturi de acelaşi tip din învelişul exterior al atomilor.

Corelarea dintre numǎrul perioadei şi configuraţia electronicǎ a elementelor din fiecare perioadǎ:

Nr. perioadei= nr. nivelului

Substraturile în curs de completare(în ordinea nivelelor de energie)

Nr. maximde e-

Nr. deelemente

1 1s 1s2 2 22 2s 2p 2s2 2p6 8 83 3s 3p 3s2 3p6 8 84 4s 3d 4p 4s2 3d10 4p6 18 185 5s 4d 5p 5s2 4d10 5p6 18 186 6s 4f 5d 6p 6s2 4f14 5d10 6p6 32 327 7s 5f 6d 7p 7s2 5f14 6d10 7p6 32 32

Sistemul periodic – ordinea completǎrii substraturilor

1 1s1 1s2

2 2s1 2s2 2p1 2p6

3 3s1 3s2 3p1 3p6

4 4s1 4s2 3d1 3d10 4p1 4p6

5 5s1 5s2 4d1 4d10 5p1 5p6

6 6s1 6s2 5d1 * 5d10 6p1 6p6

7 7s1 7s2 6d1 ** 6d10 7p1 7p6

* 4f1 4f14

** 4f1 4f14

2

Exemplu:

Configuraţiile electronice ale elementelor din perioada a treia:

E perioada a treia => se completeazǎ al treilea nivel energeticSe mai poate scrie pornind de la gazul rar care s-a completat în perioada precedentǎ

: 1s2 2s22p6 3s1 [Ne] 3s1

:1s2 2s22p6 3s2 [Ne] 3s2

: 1s2 2s22p6 3s23p1 [Ne] 3s23p1

: 1s2 2s22p6 3s23p2 [Ne] 3s23p2

: 1s2 2s22p6 3s23p3 [Ne] 3s23p3

: 1s2 2s22p6 3s23p4 [Ne] 3s23p4

: 1s2 2s22p6 3s23p5 [Ne] 3s23p5

: 1s2 2s22p6 3s23p6 [Ne] 3s23p6

[Ne]e configuraţia electronicǎ a Ne

Grupele sunt coloane verticale de elemente care au acelaşi numǎr de electroni în substraturi de acelaşi tip din învelişul exterior al atomilor.

Exemplu:

Elementele din prima grupǎ au configuraţiile electronice:

Perioada Element Configuraţie electronicǎ Se mai poate scrie şi2 1s2 2s1 [He] 2s1

3 1s2 2s22p6 3s1 [Ne] 3s1

4 1s2 2s22p6 3s2 3p6 4s1 [Ar] 4s1

Verificare dacǎ configuraţia electronicǎ corespunde perioadei: Perioada 2 e în curs de completare nivelul 2. Perioada 3 e în curs de completare nivelul 3.

Verificare cǎ elementele sunt în aceeaşi grupǎ: au toate 1 e- pe substratul s. Nivelul nu conteazǎ.

Elementele din a treia grupǎ au configuraţiile electronice:

Perioada Element Configuraţie electronicǎ Se mai poate scrie şi2 1s2 2s2 2p1 [He] 2s2 2p1

3 1s2 2s22p6 3s2 3p1 [Ne] 3s2 3p1

4 1s2 2s22p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p1 [Ar] 4s23d10 4p1

3

Electroni de valenţǎ, strat de valenţǎ

Electronii care ocupǎ ultimul strat se numesc electroni de valenţǎ.

Stratul care conţine electronii de valenţǎ se numeşte strat de valenţǎ.

Stratul de valenţǎ este alcǎtuit din orbital s şi p.

Elementele din aceeaşi grupǎ au acelaşi numǎr de electroni de valenţǎ.

Numǎrul de electroni de valenţǎ variazǎ de la 1 la 8 la elementele din aceeaşi perioadǎ.

Unele elemente tranziţionale au numǎr variabil de electroni de valenţǎ datoritǎ saltului electronic.

Exemplu:

Poate avea configuraţiile: 1s2 2s22p6 3s2 3p6 4s2 3d9 şi valenţa 2sau1s2 2s22p6 3s2 3p6 4s1 3d10 şi valenţa 1 (dacǎ are loc saltul electronic). Saltul electronic se realizeazǎ cu consum de energie.

Grupe principale, grupe secundare

Existǎ 8 grupe principale (notate IA … VIIIA) şi 8 grupe secundare (notate IB … VIIIB).Conform normelor aprobate de IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), nu se mai face distincţie între grupe, care sunt notate cu cifre arabe de la 1 la 18.

Per. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA

1

s p

23 IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB

4

d567

*Lantinidef

**Actinide

Elementele unei grupe principale au în curs de completare orbitalii s şi orbitalii p ai ultimului strat.

Electronul distinctiv la atomii elementelor tranziţionale (din grupele secundare) se plaseazǎ în orbitalii d ai penultimului strat (datoritǎ saltului electronic).

4

Luând în considerare tipul orbitalului în care sunt electronii de valenţǎ, avem:- elemente de tip s (grupele IA şi IIA, adicǎ 1 şi 2)- elemente de tip p (grupele IIIA-VIIIA, adicǎ 13-18)- elemente de tip d (grupele IB-VIIIB, adicǎ 3-12)

Pentru elementele de tip s:• nr. perioadei = nr. ultimului nivel• nr. grupei = nr. electronilor de valenţǎ

Pentru elementele de tip p:• nr. perioadei = nr. ultimului nivel• nr. grupei (cifre arabe) = nr. electronilor din ultimul strat energetic• nr. grupei (cifre romane) = nr. electronilor din stratul de valenţǎ

Pentru elementele de tip d:• nr. perioadei = nr. ultimului nivel• nr. grupei (cifre arabe) = nr. electronilor din ultimul nivel (s+d)

Grupa 1 (IA) metale alcalineGrupa 2 (IIA) metale alcalino-pǎmântoaseGrupa 17 (VIIA) halogeniGrupa 18 (VIIIA) gazele rare

Grupele 3 (IIIB) – 12 (IIB) metalele tranziţionale-- grupa 3 (IIIB), perioada 6 lantanidele-- grupa 3 (IIIB), perioada 6 actinidele

Aflarea locului unui element în sistemul periodic

Locului unui element în sistemul periodic se aflǎ pe baza structurii ultimului nivel energetic.

Pentru elementele din grupele principale:• numǎrul nivelului în curs de ocupare perioada• numǎrul de electroni de valenţǎ grupa

Pentru elementele de tip s:• nr. perioadei = nr. ultimului nivel• nr. grupei = nr. electronilor de valenţǎ

Pentru elementele de tip p:• nr. perioadei = nr. ultimului nivel• nr. grupei (cifre arabe) = nr. electronilor din ultimul strat energetic• nr. grupei (cifre romane) = nr. electronilor din stratul de valenţǎ

Pentru elementele de tip d:• nr. perioadei = nr. ultimului nivel• nr. grupei (cifre arabe) = nr. electronilor din ultimul nivel (s+d)

5

Exemple:

Analizǎm structura ultimului nivel energetic.

1s2 2s22p6 3s2

nivelul 3 perioada 32 electroni de valenţǎ grupa 2 (IIA)

1s2 2s22p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p1

nivelul 4 perioada 413 e- pe ultimul nivel grupa 133 e- de valenţǎ grupa IIIA

1s2 2s22p6 3s2 3p6 4s2 3d2

nivelul 4 perioada 44 e- pe ultimul nivel grupa 4element de tip d metal tranziţional

Exerciţiu:

Care este numǎrul atomic Z al elementului situate în grupa IIIA şi perioada 3?

Perioada 3 are în curs de completare nivelul 3 (nivelele 1 şi 2 complete)Grupa IIIA este element de tip pPerioada 3 are trei e- de valenţǎ

Deci structura electronicǎ va fi: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

Z=13

6

Tabelul periodic al elementelor

Moseley (1913):

Proprietăţile elementelor sunt funcţii periodice ale numărului atomic Z

Numărul grupei - este egal cu numărul electronilor din stratul de valenţă În cazul elementele grupelor 13 – 18, se scade 10 din numărul grupei pt a afla numǎrul electronilor de valenţǎ.

Exemplu:Fosforul (P) - se găseşte în gupa 15 a sistemului periodic

are 15-10 = 5 electroni în stratul de valenţă15P: 1s22s22p63s23p3

Perioade = şirurile orizontale ale sistemului periodic, cuprinzând elementele dintre două gazerare succesive.

Sunt 7 perioade corespunzătoare celor 7 nivele energetice notate cu cifre arabe de la 1 la 7.

Numărul perioadei -este egal cu numărul de nivele energetice (straturi)ocupate cu electroni, sau cu valoarea numărului cuantic principal „n” pentru stratulexterior al atomului unui element.

Fiecare perioadă începe cu un metal alcalin şi se termină cu un gaz rar

Repetarea periodică a proprietăţilor elementelor este determinată de repetarea după un anumit număr de elemente a configuraţiei nivelului electronic exterior.

Numărulgrupei

Configuraţia electronicăa stratului de valenţă

Elemente Numele grupei

I A= 1 ns1 Li, Na, K, Rb, Cs,Fr metalele alcalineII A = 2 ns2 Be, Mg, Ca, Ba, Sr, Ra metale alcalino- pământoaseIII A = 13 ns2np1 B, Al, Ga, In, Tl metale pământoaseIV A = 14 ns2np2 C, Si, Ge, Sn, Pb grupa carbonuluiV A = 15 ns2np3 N, P, As, Sb, Bi grupa azotuluiVI A = 16 ns2np4 O, S, Se, Te, Po grupa oxigenului - calcogeniVII A = 17 ns2np5 F, Cl, Br, I, At grupa halogenilorVIII A = 18 ns2np6 Ne, Ar, Kr, Xe, Rn gaze rare (nobile sau inerte)

7

Tabelul periodic al elementelor - complet

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

Perioada IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA

11

H2

He

23

Li4

Be5

B6

C7

N8

O9

F10

Ne

311

Na12Mg

13

Al14

Si15

P16

S17

Cl18

Ar

419

K20Ca

21

Sc22

Ti23

V24

Cr25

Mn26

Fe27

Co28

Ni29

Cu30

Zn31

Ga32

Ge33

As34

Se35

Br36

Kr

537

Rb38Sr

39

Y40

Zr41

Nb42

Mo43

Tc44

Ru45

Rh46

Pd47

Ag48

Cd49

In50

Sn51

Sb52

Te53

I54

Xe

655

Cs56Ba *

72

Hf73

Ta74

W75

Re76

Os77

Ir78

Pt79

Au80

Hg81

Tl82

Pb83

Bi84

Po85

At86

Rn

787

Fr88Ra **

104

Rf105

Db106

Sg107

Bh108

Hs109

Mt110

Ds111

Rg112

Uub113

Uut114

Uuq115

Uup116

Uuh117

Uus118

Uuo

 

*Lantinide57

La58

Ce59

Pr60

Nd61

Pm62

Sm63

Eu64

Gd65

Tb66

Dy67

Ho68

Er69

Tm70

Yb71

Lu

**Actinide89

Ac90

Th91

Pa92

U93

Np94

Pu95

Am96

Cm97

Bk98

Cf99

Es100

Fm101

Md102

No103

Lr

_ Metal alcalin _Metal alcalin pamantos _ Lantinide _ Actinide _ Metal de tranzitie

_ Semi-metal _ Metaloid _ Nemetal _ Halogen _ Gaz nobil

8

Variaţia proprietǎţilor elementelor în tabelul periodic

• neperiodice, care sunt determinate de nucleul atomic:- numărul atomic Z, cu valori de la 1 la 109- masa atomică, cu valori cuprinse între 1,008 (H) şi 262 (108Hs = hassiu)- spectre de raze X

• periodice, care sunt determinate de învelişul electronic:•• proprietăţi fizice:

- rază atomică- rază ionică- energie de ionizare- afinitate pentru electroni

•• proprietăţi chimice:- caracter electropozitiv (metalic)- caracter electronegativ (nemetalic)- valenţă, număr de oxidare N.O.

Proprietǎţi neperiodice

Numǎrul atomic = numǎrul de ordine = locul ocupat în tabel de cǎtre un element (numǎrul cǎsuţei)

Masa atomicǎ relativǎ- se exprimǎ în u.a.m.- este de cele mai multe ori un numǎr zecimal- se calculeazǎ în funcţie de numǎrul de masǎ al izotopilor şi de abundenţa lor în amestecul

natural.

Proprietǎţi fizice periodice

Raza atomicǎ şi volumul atomic

• structură cristalină = structură ordonată• structură amorfă = structură dezordonată

Raza atomică = jumătatea distanţei între nucleele a doi atomi vecini aflaţi într-o reţea cristalină- cresc în grupǎ de sus în jos- cresc în perioadǎ spre extremitǎţi

9

Raza ionicǎ

Ion = specia chimică rezultată prin acceptarea sau cedarea de e- de căţre un atom

Elementele tind să reacţioneze pt a realiza o configuraţie electronică stabilă (de dublet – cele cu 1 singur strat, de octet – restul)

• Nemetale: - realizează configuraţia stabilă prin acceptarea de e-

- pot accepta maxim 3 e-

• Metale: - realizează configuraţia stabilă prin cedarea de e-

- pot ceda maxim 3 e-

Exemplu:

Nemetale

Na Z=1111 p+ în nucleu11 e- în învelişStructura electronică: K = 2 e- 1s2

L = 8 e- 2 s2 2p6

M = 1 e- 3s1

Mg Z=1212 p+ în nucleu12 e- în învelişStructura electronică: K = 2 e- 1s2

L = 8 e- 2 s2 2p6

M = 2 e- 3s2

Metale

P Z=1515 p+ în nucleu15 e- în învelişStructura electronică: K = 2 e- 1s2

L = 8 e- 2 s2 2p6

M = 5 e- 3s2 2p3

10

Raza cationului (ion pozitiv) - este totdeauna mai mică decât raza atomului din care provine(pierzând electroni, un atom se transformă într-un cation cu aceeaşi sarcină nucleară ca a atomului, care atrage un număr mai mic de electroni, ceea ce are ca rezultat scăderea razei)

Raza anionului (ion negativ) - este întotdeauna mai mare decât raza atomului din care provine (acceptând electroni, un atom se transformă într-un anion cu aceeaşi sarcină nuclear ca a atomului, care atrage un număr mai mare de electroni, între care se manifestă şi respingerile electrostatice, fapt ce determină extinderea norului electronic şi deci creşterea razei)

raza ionului (+) < raza atomicǎ < raza ionului (-) .

În grupe razele ionice cresc de sus în jos (la fel ca şi razele atomilor).

În perioade razele ionice cresc de la dreapta la stânga.

Explicaţie:

Na+ şi Mg2+

Na+ are 11 p+ şi 10e-

Mg2+ are 12p+ şi 10e-

Cei 12 p+ din Mg2+ atrag cei 10 e- mai puternic decât cei 11 p+ din Na+ raza ionului Mg2+ e mai micǎ decât raza ionului Na+

Specii izoelectronice = elementele cu acelaşi număr de electroni pe ultimul strat

Elemente în stări fundamentale stabile: gaze rare – elementele grupei a VIII-a

Energia de ionizare= energia consumatǎ în procesul de formare a ionilor pozitivi din atomi liberi

-e-

Na Na+ I I = energia de ionizare

În cazul în care atomul cedează mai mulţi e-, acest lucru se realizează în trepte. Pentru fiecare treaptă energia de ionizare devine din ce în ce mai mare.

Pentru atomii cu mai mulţi electroni de valenţǎ:

-e-

Mg Mg+ II II = energia de ionizare primarǎ

-e-

Mg+ Mg2+11

III III = energia de ionizare secundarǎ

III>II

IMg > INa

Într-o perioadǎ, energia de ionizare creşte de la stânga la dreapta.Cea mai micǎ I o au metalele alcaline şi cea mai mare I o au gazele rare.

În grupǎ, cu cât atomii au mai puţine straturi electronice, electronii lor de valenţǎ sunt atraşi mai puternic de nucleu se consumǎ o energie mai mare pentru expulzare.

În grupele principale energia de ionizare creşte de jos în sus.În cazul grupelor secundare energia de ionizare creşte de sus în jos.

Afinitatea pentru e-

= cantitatea de energie degajată de către un atom aflat în stare gazoasă la acceptarea unui e-

În grupă, afinitatea pt e- creşte de la ultimul element la primul, o dată cu scăderea numărului de straturi.În perioadă, afinitatea pt e- creşte de la grupa I la a VII-a, o dată cu creşterea Z.

12

Metale = elemente care, în tendinţa lor de a ajunge la configuraţie electronică stabilă, cedează e-, transformându-se în ioni pozitivi.

Au caracter electrochimic electropozitiv.

Caracterul metaliccreşte de la primul la ultimul element o dată cu creşterea razei atomice (cu creşterea numărului de straturi).

Proprietăţile metalelor

- se găsesc în stare solidă, cu excepţia Hg- sunt bune conducătoare de căldură şi electricitate- sunt maleabile şi ductile- se găsesc în sistemul periodic în toate grupele secundare şi principale sub linia îngroşată- Na şi K sunt păstraţi sub petrol în sticle , deoarece reacţionează foarte uşor cu O2 din aer- Na şi K sunt moi, în tăietură evidenţiindu-se luciu metalic

Na

Na reacţionează violent cu H2O, cu degajare de H2 şi degajarea unei cantităţi de căldură (reacţie exotermă).

Na Z=1111 p+ în nucleu11 e- în învelişStructura electronică: K = 2 e- 1s2

L = 8 e- 2 s2 2p6

M = 2 e- 3s1

13

K

K Z=1919 p+ în nucleu19 e- în învelişStructura electronică: K = 2 e- 1s2

L = 8 e- 2 s2 2p6

M = 8 e- 3 s2 3p6

N = 1 e- 4 s1

peroxid de potasiu

Potasiul în prezenţa aerului se autoaprinde.

K în reacţie cu apa, datorită căldurii degajate, intră în reacţie cu oxigenul din aer, aprinzându-se.

Mg

oxid de magneziu

Mg nu reacţionează cu apa rece, dar reacţionează cu apa caldă.

Al

Al nu reacţionează cu apa nici la rece, nici la cald.

I II IIINa Mg Al

În perioadă scade caracterul metalic de la gr I la gr a VIII-a o dată cu creşterea nr atomic Z.

14

Nemetalele

- se găsesc în sistemul periodic în grupele principale 4, 5, 6, 7, 8, deasupra liniei frânte îngroşate

VII3 Cl4 Br5 I

reactivitate

Cl e mai reactiv decât Br → îl substituie în substanţe compuseCl e mai reactiv decât IBr e mai reactiv decât I

În grupă, caracterul nemetalic scade de la primul la ultimul element o dată cu creşterea

15