IV. TABELUL PERIODIC AL ELEMENTELOR

4.1. Structura tabelului periodic

Chimistul rus, Dimitri Mendeleev, a publicat în anul 1869 ceea ce avea să fie primul tabel periodic recunoscut la nivel mondial.

A scris pe cartonașe elementele chimice cunoscute atunci (în număr de 70), masa lor atomică și câteva proprietăți importante și le-a aranjat în ordinea creșterii masei lor atomice, punând unele sub altele pe cele cu proprietăți asemănătoare.

Iată cum arăta Tabelul lui Mendeleev:

Astfel a fost realizat Tabelul periodic al elementelor, numit și Sistemul periodic al lui Mendeleev, care cuprinde într-o formă tabelară toate elementele chimice, aranjate în funcție de numărul lor atomic și unele proprietăți.

Mendeleev a prezis unele proprietăți ale elementelor încă nedescoperite, care păreau să lipsească din tabel. Majoritatea predicțiilor s-au dovedit a fi adevărate pe măsură ce noi elemente au fost descoperite. De atunci tabelul periodic al lui Mendeleev a fost dezvoltat și corectat, întrucât noi elemente au fost sintetizate sau descoperite.

Toate elementele, de la numărul atomic 1 (hidrogen) până la 118 (oganesson) au fost descoperite în natură sau obținute artificial (sintetizate). Sinteza elementelor cu un număr atomic peste 118 este planificată în viitor.

Mendeleev descoperă legea periodicității.

Definiţie

Legea periodicității:

Proprietățile fizice și chimice ale elementelor se repetă în mod periodic, în funcție de numărul atomic Z.

important

Cele 7 șiruri orizontale din tabel se numesc perioade. Perioadele, notate cu litere arabe de la 1 la 7, sunt șiruri (orizontale) care conțin 2,8,18 sau 32 de elemente și fiecare perioadă se termină cu un gaz rar.

Coloanele (verticale) din tabelul periodic conțin elemente ale căror atomi conțin același număr de electroni pe ultimul strat și care au proprietăți asemănătoare se numesc grupe.

Grupele sunt în număr de 18 și se clasifică în:

1) Grupe principale notate cu cifre romane urmate de litera A (IA-VIII A) sau cele cu cifre arabe 1,2,13,14,15,16,17,18 și conțin mai mult de 5 elemente.

2) Grupele secundare notate cu cifre romane urmate de litera B în număr de 10 (IB-VIIIB, ultima fiind în nr. de 3 grupe) sau cu litere arabe (3-12).

Poziția unui element chimic în Sistemul periodic este dată de perioada și de grupa în care este situat.

În tabelul periodic avem trei tipuri de substanțe simple:

  • Metale alcaline (gr.IA), alcalino-pământoase (IIA), pământoase (IIIA) și metale tranziționale (cele din grupele secundare). Ele sunt situate sub o linie îngroșată, în zig-zag.

  • Nemetale separate de metale printr-o linie îngroșată, în zig-zag (scăriță) și aflate deasupra liniei.

  • Gaze rare situate în grupa VIII A: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn.


Temă

Observă Tabelul periodic și răspunde la următoarele întrebări :

1) Care dintre elementele H, Cu, Mg, C, I, Na fac parte din perioada a 3-a?

2) Care este legea după care s-a stabilit poziția elementelor în acest Tabel?

3) Denumește metalele alcaline și nemetalele din grupa a VII A .

4) Care este poziția în Sistemul periodic al următoarelor elemente: H, K, O, Al, F, Cu ?

5) Completează spațiile libere:

a) Savantul rus Mendeleev aranjează unele sub altele elemente cu ..................................................

b) Același șir orizontal cuprinde elementele chimice în ordinea crescătoare a ..................................................

c) Tabelul periodic conține un număr de ........coloane, numite................... și un număr de........șiruri, numite...............................



4.2. Relația dintre structura atomului și poziția sa în Sistemul periodic.

Ce legătură observi între numărul grupei al fiecărui element și numărul de electroni de pe ultimul strat al atomilor respectivi?

Toți cei 8 atomi reprezentați se află în perioada a 2-a. Ce legătură observi între numărul perioadei și numărul de straturi ai fiecărui atom?

important

Numărul electronilor de pe ultimul strat al atomului este egal cu cifra unităților din numărul grupei în care se află elementul.

Numărul perioadei în care se află un element este egal cu numărul stratului în curs de completare (ultimul strat) din structura electronică a atomului acelui element.



Problemă Model

1) Un element are pe stratul 3(M)-6 electroni. Stabilește structura atomului și poziția acestuia în Sistemul periodic.

  • Desenăm în mijloc nucleul.

  • Urmează învelișul electronic punând pe stratul 1(K) : 2 ē, 2 (K) : 8 ē și 3(M) : 6 ē.

  • Numărăm toți electronii = 16, deci Z = 16 = nr. ē = nr. p+ (îi punem în nucleu)

  • Acest atom având 6 ē pe ultimul strat înseamnă că se află în grupa VIA (16).

  • Acest atom având 3 straturi înseamnă că se află în perioada a 3-a.

  • Căutăm în Sistemul periodic și vedem că este vorba de elementul S cu A=32. Calculăm nr. n0 : N = A – Z = 32 – 16 = 16 n0, pe care îi punem în nucleu.

Problemă Model

2) Un element are Z = 15 și A = 31. Reprezintă structura atomului și poziția lui în Sistemul periodic.

  • Reprezentăm structura atomului.

Z = 17 = nr. ē = nr. p+

N = A – Z = 31 – 15 = 16 n0

  • Urmează învelișul electronic punând pe stratul 1(K) : 2 ē, 2 (K) : 8 ē și 3(M) : 5 ē.

  • Nr.grupei = VA(15) = nr. ē pe ultimul strat.

  • Nr. perioadei = a 3-a = nr. de straturi.




4.3. Metale. Nemetale. Proprietăți.

Metalele se diferențiază de nemetale pe baza unor proprietăți fizice și chimice generale și pe baza structurii electronice a ultimului strat.

Experiment

1. Analiza proprietăților fizice ale metalelor

Materiale necesare: clește metalic, pahar Berzelius cu apă, spirtieră, circuit electric cu baterie, fire și bec, obiecte metalice(Cu, Fe, Al, Zn, Pb, Au, Ag, Hg, Mg), lumânare.

warning

Atenție! Mercurul este extrem de toxic ! Nu inhala vaporii săi! Nu îl atinge și nu il gusta!

Descrierea experimentului:

  • Observă pentru fiecare metal o serie de proprietăți fizice: culoare, stare de agregare, aspect, plasticitate (ușurința cu care se deformează, duritate (rezistența la rupere).

  • Notează în tabel densitățile metalelor (vezi anexă manual).

  • Notează în tabel temperaturile lor de topire ( vezi anexă manual).

  • Verifică conductibilitatea lor electrică cu ajutorul circuitului în care se intercalezi diferitele metale.

  • Verifică conductibilitatea lor termică, încălzind corpul metalic pe care ai picurat bobițe de ceară, la un capăt în flacăra unei spirtiere.


Atenție

Acest experiment se efectuează numai în prezența unui adult!

Când lucrezi cu surse de foc ai grijă să ai părul strâns și să nu porți haine cu mâneci largi!


  • Completează tabelul următor
important

Proprietățile generale ale metalelor:

  • Sunt solide (cu excepția mercurului)

  • Au luciu metalic

  • Gri-argintii (cu excepția Cu - arămiu și Au - auriu)

  • Conductoare termice (permit trecerea căldurii prin ele de la capătul încălzit spre cel neîncălzit, fără deplasare de substanță)

  • Conductoare electrice (permit trecerea curentului electric prin ele)

  • Marea majoritate au temperaturi de topire ridicate

  • Marea majoritate au densități ridicate

  • Sunt maleabile (pot fi trase în foi) și ductile (pot fi trase în fire)

  • Insolubile în apă

  • Solubile unele în altele în topitură, formând aliaje.

Observaţie

Aliajele sunt amestecuri omogene de metale sau metale cu nemetale, fiind obținute prin amestecarea lor în stare topită.

Cele mai cunoscute aliaje sunt:

  • fonta (Fe + 1,7-5% C);

  • oțelul(Fe + 0,3-2% C);

  • alama (Cu-Zn);

  • bronzul (Cu-Sn);

  • aliaj de lipit metale (Pb-Sn);

  • duraluminiul (Al-Cu-Mg-Mn) etc.



Experiment

2. Analiza proprietăților fizice ale nemetalelor

Materiale necesare: pahar Berzelius cu apă, circuit electric cu baterie, fire și bec, nemetale: oxigen, azot, sulf, carbon (grafit, diamant), clor, iod, brom.

warning

Atenție! Clorul, bromul şi iodul sunt substanţe toxice şi iritante pentru plămâni ! Nu inhala vaporii lor! Nu le atinge și nu le gusta!

Descrierea experimentului:

  • Observă pentru fiecare nemetal o serie de proprietăți fizice :culoare, stare de agregare, aspect, plasticitate (ușurința cu care se deformează, duritate(rezistența la rupere).

  • Notează în tabel temperaturile lor de topire și densitățile lor.

  • Verifică conductibilitatea lor electrică cu ajutorul circuitului în care se intercalează diferitele nemetale solide.

  • Completează tabelul următor

important

Proprietățile generale ale nemetalelor:

  • Sunt solide (iod, carbon, sulf, fosfor, siliciu), lichide (bromul) și gazoase (hidrogen, oxigen, azot, fluor, clor).

  • Nu au luciu (cu excepția diamantului, grafitului și iodului).

  • Incolore sau divers colorate.

  • Izolatoare termice (cu excepția diamantului) și electrice (cu excepția grafitului).

  • Nu sunt maleabile și ductile.

  • Marea majoritate au temperaturi de topire foarte mici (cu excepția diamantului).

  • Marea majoritate au densități mici.

  • Insolubile în apă (cu excepția oxigenului, azotului și clorului).

  • Nemetalele solide sunt casante (se sparg).



4.4. Sinteză recapitulativă - Tabelul periodic al elementelor

important

Legea periodicității:

Proprietățile fizice și chimice ale elementelor se repetă în mod periodic, în funcție de numărul atomic Z.

Cele 7 șiruri (orizontale) din tabel se numesc perioade. Perioadele, notate cu litere arabe de la 1 la 7, sunt șiruri orizontale care conțin 2,8,18 sau 32 de elemente și fiecare perioadă se termină cu un gaz rar.

Coloanele (verticale) din tabelul periodic conțin elemente ale căror atomi conțin același număr de electroni pe ultimul strat și care au proprietăți asemănătoare se numesc grupe.

Grupele sunt în număr de 18 și se clasifică în:

1) Grupe principale notate cu cifre romane urmate de litera A (IA-VIII A) sau cele cu cifre arabe 1,2,13,14,15,16,17,18 și conțin mai mult de 5 elemente.

2) Grupele secundare notate cu cifre romane urmate de litera B în număr de 10 (IB-VIIIB, ultima fiind în nr. de 3 grupe) sau cu litere arabe (3-12).


Poziția unui element chimic în Sistemul periodic este dată de perioada și grupa în care este situat.

În tabelul periodic avem trei tipuri de substanțe simple:

  • Metale alcaline (gr.IA), alcalino-pământoase (IIA), pământoase (IIIA) și metale tranziționale (cele din grupele secundare). Ele se află sub linia în zig-zag.

  • Nemetale separate de metale printr-o linie îngroșată, în zig-zag (scăriță) și aflate deasupra liniei.

  • Gaze rare situate în grupa VIII A: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn.

Numărul electronilor de pe ultimul strat al atomului este egal cu cifra unităților din numărul grupei în care se află elementul.

Numărul perioadei în care se află un element este egal cu numărul stratului în curs de completare (ultimul strat) din structura electronică a atomului acelui element.


Proprietățile generale ale metalelor:

  • Sunt solide (cu excepția mercurului).

  • Au luciu metalic.

  • Gri-argintii (cu excepția Cu - arămiu și Au - auriu).

  • Conductoare termice și electrice.

  • Marea majoritate au temperaturi de topire ridicate.

  • Marea majoritate au densități ridicate.

  • Sunt maleabile (pot fi trase în foi) și ductile (pot fi trase în fire).

  • Insolubile în apă.

  • Solubile unele în altele în topitură, formând aliaje.

Aliajele sunt amestecuri omogene de metale sau metale cu nemetale, fiind obținute prin amestecarea lor în stare topită.

Cele mai cunoscute aliaje sunt:

  • fonta (Fe + 1,7-5% C);

  • oțelul(Fe + 0,3-2% C);

  • alama (Cu-Zn);

  • bronzul (Cu-Sn);

  • aliaj de lipit metale (Pb-Sn);

  • duraluminiul (Al-Cu-Mg-Mn) etc.


Proprietățile generale ale nemetalelor:

  • Sunt solide (iod, carbon, sulf, fosfor, siliciu), lichide (bromul) și gazoase (hidrogen, oxigen, azot, fluor, clor)

  • Nu au luciu (cu excepția diamantului, grafitului și iodului).

  • Incolore sau divers colorate.

  • Izolatoare termice (cu excepția diamantului) și electrice (cu excepția grafitului).

  • Nu sunt maleabile și ductile.

  • Marea majoritate au temperaturi de topire foarte mici (cu excepția diamantului).

  • Marea majoritate au densități mici.

  • Insolubile în apă (cu excepția oxigenului, azotului și clorului).

  • Nemetalele solide sunt casante (se sparg).



4.5. Exerciții recapitulative - Tabelul periodic al elementelor

Exerciții recapitulative - Tabelul periodic al elementelor

1. Completează următoarele afirmații:

a) Cele 7 șiruri orizontale din tabel se numesc ........................

b) Perioadele sunt notate cu litere ..........................................

c) Fiecare perioadă se termină cu un .......................................

d) Coloanele verticale din tabelul periodic, care conțin elemente ale căror atomi conțin același număr de electroni pe .................................................. și care au proprietăți asemănătoare se numesc ..............................

e) Grupele sunt în număr de 18 și se clasifică în grupe .....................notate cu litere romane , urmate de litera .......și grupe........................notate cu litere romane, urmate de litera ........

f) Metalele sunt situate în Sistemul periodic ...............linia în zig-zag, iar nemetalele sunt .............față de linia în zig-zag.

g) Gazele rare, numite și gaze.................se află în grupa a ........A.

h) Legea periodicității spune că proprietățile fizice și chimice ale elementelor se repetă în mod periodic, în funcție de ..................................................


2. Un element are pe stratul 3(M)-3 electroni. Stabilește structura atomului și poziția acestuia în Sistemul periodic.


3. Un atom are structura din diagrama următoare. Care este poziția acestui element în Sistemul periodic?



4. Completează tabelul următor:



5. Despre următoarele elemente chimice cunoaștem anumite informații. Recunoaște ce caracter chimic au aceste elemente chimice (metal/nemetal):

a) Zincul este solid, alb-albăstrui, cu luciu, maleabil, ductil, conductor electric și termic, insolubil în apă, formează cu cuprul aliajul numit alamă.

b) Azotul este un gaz incolor, inodor, insipid, nu întreține arderea, izolator electric și termic, puțin solubil în apă și se găsește în aerul atmosferic.


6) Asociază numărul de ordine al elementelor din coloana A cu litera corespunzătoare configurației electronice potrivite din coloana B și scrie-le în coloana C.



7) Precizează care dintre afirmațiile următoare sunt adevărate (A), respectiv false (F):

a) Elementele din aceeași perioadă au proprietăți chimice asemănătoare.

b) Elementele chimice ai căror atomi au același număr de straturi în curs de copletare se găsesc în aceeași perioadă.

c) Elementele din grupa 1-a au toate caracter metalic.

d) Numărul de masă indică numărul nucleonilor din nucleul atomului respectiv.

e)



f) Grupa este coloana care conține elemente chimice cu proprietăți chimice asemănătoare.

g) În grupa a 17-a (VII A) elementele chimice se găsesc în toate cele trei stări de agregare.

h) Metalele din grupa a 2-a se numesc metale alcaline.

i) Oxigenul este metal.

j)



k)




8)



a) Numărul atomic este .................

b) Numărul de masă este...............

c) Numărul de protoni este..............

d) Numărul de neutroni este.............

e) Numărul de electroni este...........

f) Configurația lui electronică este..............................

g) Face parte din perioada a.........

h) Face parte din grupa principală a.........

i) Are caracter chimic.............................

j) Numărul de atomi de clor din 270 g de aluminiu este..............................

k) Numărul de moli de atomi din 20 kg de aluminiu este............................

l) Numărul de moli în care se găsesc 24,88 ∙ 1023 atomi de aluminiu este..........



4.6. Test de autoevaluare - Tabelul periodic al elementelor

Test de autoevaluare - Tabelul periodic al elementelor

1. Completează spațiile libere astfel încât afirmațiile să fie adevărate: -1,5p

a) În Sistemul periodic...........................................................ale elementelor se repetă în mod periodic în funcție.............................

b) Perioadele sunt...............................și se termină fiecare cu un ......................................

c) Grupele sunt ............................................care conțin elemente chimice cu ................................asemănătoare.

2. Completează următorul tabel: -5p



3. Despre următoarele elemente chimice cunoaștem anumite informații. Recunoaște ce caracter chimic au aceste elemente chimice (metal/nemetal): -1,5p

a) Magneziul este solid, argintiu, cu luciu, maleabil, ductil, conductor electric și termic, insolubil în apă, formează cu aluminiul și cuprul aliajul numit duraluminiu folosit la construcția avioanelor și rachetelor. Compuși ai magneziului, în principal oxidul de magneziu, sunt utilizați ca material refractar pentru cuptoarele din industria siderurgică - la producerea fontei și oțelului, industria metalelor neferoase, a sticlei și a cimentului. Oxidul de magneziu și alți compuși sunt de asemenea utilizați în agricultură (ca fertilizatori), chimie și industria construcțiilor.

b) Sulful este solid, de culoare galbenă, insolubil în apă, dar solubil în sulfura de carbon, benzen, toluen sau petrol, are densitate mai mare decât a apei, este izolator termic și electric, este casant (de duritate mică) și la încălzire, sulful se topește ușor la 112-119°C. Sulful este indispensabil în fabricarea a numeroase substanțe și materiale: cauciuc și ebonită, prin vulcanizare, acid sulfuric, praf de pușcă, artificii, medicamente, conservanți, chibrituri etc.

Oficiu -2p