Referáty, seminárky a další…

Zpět na: Referáty

Periodická soustava prvků

Fyzika dneška je založena na atomismu látek.
Už ve starověku měl atomismus své příznivce. Démokritos z Abdér (460-370 př.n.l.) hlásal, že látky jsou složeny z nedělitelných částic - atomů (atomos = nedělitelný), které se liší velikostí, tvarem a pohybují se v prázdném prostoru. Atomy se mohou spojovat a zase rozpojovat, a tento neustálý pohyb má za důsledek všechny změny v přírodě. Jeho učení se držel i např. Epikúros z Athén.

Protože atomy jsou hrozně malé (jak objevná myšlenka:), byla jejich existence dlouho jen domněnkou. K znovuobnovení představ antických atomistů docházelo až od 17. století. S přibývajícími poznatku v oboru chemie se vědci snažili o systematické roztřídění chemických prvků.

S pojmem novodobá chemie je často spojováno jméno John Dalton (1766-1844). Tento britský vědec má na svědomí atomovou teorii.
Prvky jsou látky složené z atomů. Atomy téhož prvku jsou stejné a atomy různých prvků se liší hmotností, velikostí a dalšími vlastnostmi.
Největším přínosem jeho teorie bylo zavedení "atomové váhy". Jako základ pro porovnávání této veličiny zvolil hodnotu 1,0 a přiřadil ji nejlehčímu prvku - vodíku. Od tohoto základu sestavil první tabulku atomových vah prvků. Zavedl také první značky pro prvky.

V roce 1789 rozdělil Francouz Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794) prvky na kovy a nekovy. Švédský badatel Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) významně zdokonalil chemické názvosloví. Daltonovy symboly pro prvky nahradil písemnými znaky, které používáme i dnes. Objevil i několik nových prvků (např. Se, Ce), a podle kyslíkového základu s hodnotou 100 přesněji určoval atomové váhy prvků.

Angličan John Alexander Reina Newlands (1837-1898) zavedl do svého systému z roku 1864 pořadová čísla prvků podle stoupající atomové váhy. Když takto očíslované prvky seřadil do řady, zjistil, že každý osmý prvek má podobné vlastnosti:

Li - Be - B - C - N - O - F - Na - Mg - Al - Si - P - S - Cl - K - Ca

V tom samém roce německý chemik Julius Lothar Mayer (1830-1895) zveřejnil své třídění prvků. Nebyly zde však všechny prvky, a proto ji o pět let později upravil.

Všechny tyto snahy o uspořádání prvků vyvrcholili objevením periodického zákona D.I.Mendělejevem.

Mendělejevův zákon:

Fyzikální a chemické vlastnosti prvků a jejich sloučenin jsou periodickou funkcí jejich atomových vah.

Dmitrij Ivanovič Mendělejev (8.2. 1834 - 2.2. 1907)

Mendělejev pocházel z početné rodiny ředitele gymnázia. Narodil se v Tobolsku na Sibiři, kde studoval gymnázium. Potom odešel do Petrohradu studovat medicínu. Když ale omdlel při pitvě, přešel raději ke studiu chemie. Učil děti na krymském gymnáziu a v Oděse, až se nakonec stal profesorem na petrohradské univerzitě.

Když chtěl Mendělejev vysvětlit vlastnosti chemických prvků, napsal si každý prvek a jeho vlastnosti na jednotlivé lístečky a tak dlouho si s nimi hrál, seřazoval je a třídil, až sestavil periodickou tabulku prvků. V této tabulce byly prvky stejných vlastností řazeny pod sebe.

Protože spousta prvků ještě nebyla objevena, nechal Mendělejev pro tyto prvky volná místa a podle zákonitostí vyplývajících z této soustavy dokonce předpověděl i jejich vlastnosti. Svou první tabulku prvků publikoval v roce 1869 v časopise Ruské chemické společnosti. O rok později vydal přesnější a o některé prvky doplněnou tabulku. Měla název "Přirozená soustava prvků a její použití k udání vlastností prvků dosud neobjevených".

K nejslavnějším předpověděným prvkům patří gallium (Ga), skandium (Sc) a germanium (Ge). Když v roce 1875 objevil francouzský chemik Lécoq de Boisbaudran (1838-1912) gallium, určil jeho hustotu na 4700 kg/m3. Podle Mendělejevových výpočtů však hustota gallia byla 5900 kg/m3. Nakonec se ukázalo, že Mendělejev měl pravdu, přestože gallium v životě neviděl. Tím získala jeho tabulka mezinárodního uznání. Jen v původním znění zákona byl nahrazen výraz "atomová váha" výrazem "atomové (dnes protonové) číslo".

Mendělejev napsal i fyzikální práce např. práci o původu ropy a jejím průmyslovém zpracování, kde využil zkušenosti získané při cestě po amerických ropných polích. Účastnil se i protestu studentů v roce 1890 dožadujících se univerzitní autonomie. Odešel i kvůli tomu z univerzity. Pracoval potom jako řiditel Hlavního úřadu pro míry a váhy v Petrohradě. Američané po něm v roce 1955 pojmenovali prvek s protonovým číslem 101 - mendelevium (Md).

Periodická soustava prvků

Periodická tabulka prvků je grafickým znázorněním Periodické soustavy prvků. Poskytuje tak stručný přehled o vztazích mezi prvky.

Periodická tabulka může mít několik úprav:

  1. krátká tabulka
  2. dlouhá tabulka
  3. velmi dlouhá tabulka

V současnosti se používá hlavně dlouhá tabulka, ve které jsou (narozdíl od velmi dlouhé tabulky) lanthanoidy a aktinoidy vyčleněny zvlášť pod tabulkou.

Dlouhá periodická tabulka

Prvky jsou uspořádány do sedmi vodorovných řad - period a šestnácti svislých sloupců - skupin. Skupiny se označují římskými číslicemi, a dále se také odlišují písmeny A nebo B.
I.A - VIII.A
I.B - VIII.B

Skupiny označené A se někdy (podle krátké tabulky) označují jako hlavní a B-skupiny jako vedlejší.
Prvky řazené ve skupině B jsou přechodné (d- prvky). Prvky ve skupinách A se nazývají nepřechodné nebo také základní (s- a p- prvky). Aktinoidy a lanthanoidy jsou prvky vnitřně přechodné (f- prvky).

Názvy skupin

U některých skupin prvků, nebo pro jejich části, se již vžily určité názvy:

  • I.A - alkalické kovy (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr)
    název je od arabského označení rostlinného popela, který byl zdrojem sodíku a draslíku
  • II.A - kovy alkalických zemin (Ca, Sr, Ba, Ra)
    oxidům CaO, BaO a SrO se říkalo žíravé zeminy
  • VI.A - chalkogeny (O, S, Se, Te)
    chalkogeny se vyskytují v rudách kovů, název je odvozen od řeckého označení pro kovy – chalkos
  • VII.A - halogeny (F, Cl, Br, I)
    jsou to prvky solitvorné a název vznikl od řeckého hals=sůl a gennao=tvořím
  • VIII.A - vzácné plyny (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn)
    vzácné plyny se nazývají vzácné, protože se vyskytují vzácně :-); dříve se nazývali také inertní plyny, kvůli jejich malé reaktivnosti

Skupiny prvků se někdy také nazývají podle prvního prvku. Např. II.B skupina = prvky skupiny zinku. Trojice prvků ve VIII.B skupině se nazývají skupina železa (Fe, Co, Ni), skupina lehkých platinových kovů (Ru, Rh, Pd) a skupina těžkých platinových kovů (Os, Ir, Pt).

Periodický zákon vyplývá z výstavby elektronového obalu. Podobné vlastnosti prvků z jedné skupiny jsou důsledkem podobné konfigurace vnější elektronové vrstvy jejich atomů. Prvky jedné periody mají stejný počet částečné nebo úplně obsazených elektronových vrstev, který se rovná hlavnímu kvantovému číslu nejvyšší alespoň zčásti obsazené vrstvy.

Konfigurace prvků:

1.perioda: 1s1 - 1s2
2.perioda: 2s1 2p0 - 2s2 2p6
3.perioda: 3s1 3p0 - 3s2 3p6
4.perioda: 4s1 3d0 4p0 - 4s2 3d10 4p6
5.perioda: 5s1 4d0 5p0 - 5s2 4d10 5p6
6.perioda: 6s1 4f0 5d0 6p0 - 6s2 4f14 5d10 6p6

S umístěním prvků v periodické tabulce souvisí důležité vlastnosti atomů prvků.

Velikost atomu:

Měřítkem pro velikost atomů je atomový poloměr. Atomový poloměr je polovina vzdálenosti středů dvou sousedních atomů. Hodnota poloměru atomu se vyjadřuje jako průměr změřených poloměrů. Podle toho jak jsou atomy k sobě vázány, se rozlišují atomové poloměry na kovalentní, iontové a kovové.

Velikosti atomů v hlavních skupinách se zvětšují s rostoucím protonovým číslem.
Př. Atom vodíku je menší než atom draslíku.

Velikost atomů v periodách naopak s rostoucím protonovým číslem klesá (s výjimkou vzácných plynů).
Př. Atom draslíku je větší než atom železa.

Ionizační energie

Je to energie potřebná k odtržení elektronu od atomu. Aby došlo k tomuto odtržení, musí se překonat přitažlivá síla mezi jádrem a elektronem. Velikost přitažlivé síly klesá, když je elektron od jádra dál, a proto velikost ionizační energie souvisí s velikostí atomu.
Ve skupině ionizační energie klesá s rostoucím protonovým číslem, protože se atomový poloměr zvyšuje.V periodách se s rostoucím protonovým číslem ionizační energie zvyšuje.
Hodnota ionizační energie určuje reaktivitu daného prvku. Čím je její velikost menší, tím je prvek reaktivnější.

Elektronová afinita

Je energie, která se uvolní při vzniku aniontu. Stejně jako ionizační energie se periodicky mění. Prvky s velkou elektronovou afinitou (např. F, Cl, Br a I) snadno tvoří anionty.

Závěr

Vytvoření systému chemických prvků je spojeno se jmény několika významných vědců. Avšak jediný Mendělejev dokázal plně uvědomit význam periodického zákona a možnost jeho využití. Z neúplných informací sestavil systém, který je dodnes nepostradatelnou pomůckou v chemii, fyzice…

Literatura:

  • Chemie I v kostce; Kotlík, Růžičková
  • Obecná chemie; Straka
  • Přehled středoškolské chemie, SPN
  • Objevitelé přírodních zákonů; Štoll, Ptáček