Introduktion till det periodiska systemet PDF

kemilektioner.se youtube.com/kemilektioner KEMINS GRUNDER: INTRODUKTION TILL DET PERIODISKA SYSTEMET NIKLAS DAHRÉN  Det periodiska systemet ü Vad är det periodiska systemet?: Det periodiska systemet är en tab...

kemilektioner.se youtube.com/kemilektioner KEMINS GRUNDER: INTRODUKTION TILL DET PERIODISKA SYSTEMET NIKLAS DAHRÉN  Det periodiska systemet ü Vad är det periodiska systemet?: Det periodiska systemet är en tabell där alla kända grundämnen/atomslag ingår. ü Hur är det periodiska systemet uppbyggt?: Alla grundämnen/atomslag är indelade efter stigande atomnummer (antal protoner i kärnan). Indelningen är även utifrån antalet elektronskal, antalet valenselektroner och ämnenas kemiska och fysikaliska egenskaper. Var i det periodiska systemet ett grundämne/atomslag befinner sig ger därför information om ämnets egenskaper och dess elektronkonfiguration (elektronfördelning). Det periodiska systemet  Mendelejevs och det periodiska systemet ü Mendelejevs periodiska system: 1869 presenterade den ryske kemisten Dimitrij Mendelejev sin första version av ett periodiskt system av grundämnena. 1871 publicerade han en uppdaterad version. Han sorterade grundämnena efter stigande atommassa (då var inte protonerna upptäckta än) och upptäckte att ämnen med likartade egenskaper återkommer periodiskt, alltså med regelbundna avstånd. Mendelejev valde att placera grundämnen med liknande egenskaper under varandra i grupper. Mendelejevs periodiska system (1871) ü Mendelejevs periodiska system innehöll många luckor som senare kunde fyllas i: Mendelejevs periodiska system hade luckor för ytterligare 31 ämnen där inga av de då kända ämnena passade in. Hans idéer fick därför stor uppmärksamhet när det 1875 upptäckta ämnet gallium passade in i en av dessa luckor. När även andra ämnen, som senare upptäcktes, passade in i olika luckor fick systemet stor acceptans bland övriga vetenskapsmän. ü Systemet uppdaterades: Under 1920-talet förbättrades och tydliggjordes det periodiska systemet och efter det har även många Ett modernt periodiskt system fler ämnen tillkommit till systemet.  Atomernas kemiska beteckning i det periodiska systemet ü Ett grundämne/atomslag i varje ruta: Varje ruta i det periodiska systemet är tillägnat ett specifikt grundämne/atomslag. Exempel: Beteckningen ”Li” i det periodiska systemet står dels för ”grundämnet litium” (som är uppbyggt av enbart litiumatomer) och dels för ”en litiumatom”. Samma sak med övriga beteckningar. ü Kemisk beteckning: Varje grundämne och atomslag i det periodiska systemet har ett eget namn och en egen kemisk beteckning. Dessutom har de ett eget nummer (samma som deras atomnummer). Den kemiska beteckningen består av en eller två bokstäver. Om beteckningen består av två bokstäver, då är den första versal (stor bokstav) medan den andra är gemen (liten bokstav). Namnen och de kemiska beteckningarna är internationella och beslutas och publiceras av en internationell organisation, IUPAC.  Det periodiska systemet skiljer inte på olika isotoper ü En nackdel med periodiska systemet är att man inte kan se vilka isotoper som finns av olika grundämnen/ atomslag. ü Vill man veta vilka isotoper som finns så får man istället använda en s.k. nuklidkarta eller isotoptabell.  Vissa grundämnen är uppbyggda i form av tvåatomiga molekyler ü Syre förekommer som tvåatomig molekyl: Bokstaven O är den kemiska beteckningen för en syreatom men grundämnet syre är vanligtvis uppbyggt av två syreatomer och har beteckningen O2 (obs. syre förekommer även i form av ozon, O3). ü Följande grundämnen är också uppbyggda av tvåatomiga molekyler: Väte (H2), kväve (N2) klor (Cl2), fluor (F2), brom (Br2) och jod (I2).  Vissa grundämnen finns i olika former ü Vissa grundämnen förekommer i flera olika former (allotroper): Grundämnen är uppbyggda av enbart en typ av atom (ett atomslag). Grundämnets atomer kan dock binda till varandra på lite olika sätt och bygga upp lite olika strukturer, vilket kan ge upphov till flera olika former av samma grundämne. Olika former av samma grundämne kallas för allotroper/allotropa former (obs. förväxla ej med isotoper). ü Allotroper av grundämnet syre: Grundämnet syre förekommer dels i form av vanligt syre/syrgas (O2) men även i form av ozon (O3). ü Allotroper av grundämnet kol: Grundämnet kol finns i flera olika allotropa former. Bilden till höger visar två av dessa; diamant och grafit. Båda dessa är uppbyggda av enbart kolatomer, men de sitter bundna till varandra på lite olika sätt. Andra allotropa former av grundämnet kol är amorft kol, fullerener och grafen. Bildkälla: Av User:Itub - Self-made derivative work (see below), CC BY- SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1755521  Det periodiska systemets indelning Grupper: Gruppnummer: Alkalimetaller 1 (1A) Alkaliska 2 (2A) jordartsmetaller ALKALIMETALLER ALKALISKA JORDARTSMETALLER BORGRUPPEN KVÄVEGRUPPEN KOLGRUPPEN SYREGRUPPEN HALOGENER ÄDELGASER Övergångsmetaller 3-12 Borgruppen 13 (3A) Kolgruppen 14 (4A) Kvävegruppen 15 (5A) Syregruppen 16 (6A) ÖVERGÅNGSMETALLER (GRUPP 3-12) Halogenerna 17 (7A) Ädelgaserna 18 (8A) LANTANIDER Övriga ämnen: AKTINIDER Lantanider Huvudgrupper: Grupp 1-2 och 13-18 är det periodiska systemets huvudgrupper. Aktinider Dessa betecknas ibland med 1A, 2A, 3A, 4A, 5A, 6A, 7A samt 8A. Byt ut  Det periodiska systemet är indelat i grupper och perioder ü Indelat i grupper och perioder: De olika grundämnena/atomslagen i det periodiska systemet är ordnade i olika kolumner (vertikala) och rader (horisontella). Kolumnerna kallas för grupper medan raderna kallas för perioder. Grupp: ü Grupper: Grundämnen/atomslag som tillhör samma huvudgrupp (grupp 1-2 samt 13-18) har lika många valenselektroner. Bland övergångsmetallerna (grupp 3-12) kan antalet valenselektroner skilja sig åt inom samma grupp. Den enda eller sista siffran i grupp- numret avslöjar antalet valenselektroner (förutom hos övergångsmetallerna). Exempel: Grupp 1 har 1 valenselektron medan grupp 13 har 3 st. Ämnen som finns i samma grupp (förutom hos övergångsmetallerna) har liknande egenskaper eftersom lika Period: många valenselektroner innebär att de kommer reagera kemisk på ungefär samma sätt. ü Perioder: Alla grundämnen/atomslag i samma period har lika många elektronskal. Antalet elektronskal är detsamma som numret på perioden. Period 4 har alltså 4 skal medan period 5 har 5 skal etc. Antalet elektronskal har dock inte alls lika stor betydelse som antalet valenselektroner när det gäller en atoms egenskaper. Ämnen som finns i samma period kan därför ha mycket stora skillnader i egenskaper (övergångsmetallerna har dock ofta likartade egenskaper inom samma period). Period 4  Gruppen avslöjar antalet valenselektroner OBS: Helium tillhör grupp 18 8 men har enbart 1 2 3 4 5 6 7 (2) två valens- elektroner De flesta 1 eller 2 (p.g.a. endast ett skal). 2 ü Den enda eller sista siffran i gruppnumret avslöjar antalet valenselektroner (förutom hos övergångsmetallerna där det kan skilja sig inom samma grupp). Exempel: Grupp 1 har 1 valenselektron medan grupp 13 har 3 st. Övergångsmetaller: - Har i regel 1-2 valenselektroner - Antalet valenselektroner kan dock skilja sig  Perioden avslöjar antalet elektronskal Period 1 (1 skal) Period 2 (2 skal) Period 3 (3 skal) Period 4 (4 skal) Period 5 (5 skal) Period 6 (6 skal) Period 7 (7 skal) Period 6 (6 skal) Period 7 (7 skal) ü Perioder: De vågräta raderna kallas för perioder. Grundämnen/atomslag som tillhör samma period har samma antal skal. Ämnen som tillhör samma period har dock inte så mycket gemensamt eftersom antalet skal inte har så stor betydelse för de kemiska egenskaperna. Sammanfattning: Grupper och perioder q Grupp: Grundämnen/atomslag som tillhör samma huvudgrupp (grupp 1-2 samt 13-18) har lika många valenselektroner. Bland övergångsmetallerna (grupp 3-12) kan antalet valenselektroner skilja sig åt inom samma grupp. Grundämnen/atomslag inom samma huvudgrupp har ofta liknande egenskaper. q Period: Grundämnen/atomslag som tillhör samma period har lika många elektronskal. Antalet elektronskal är detsamma som numret på perioden. Period 4 har alltså 4 skal medan period 5 har 5 skal etc. Egenskaperna inom samma period skiljer sig ofta åt (förutom hos övergångsmetallerna som ofta har likartade egenskaper inom samma period).  Det periodiska systemets olika grupper Gruppnamn: Grupp- Valens- Egenskaper/kännetecken: nummer: elektroner: Alkalimetaller 1 (1A) 1 Reagerar mycket lätt med t.ex. vatten, syre & halogener. Enbart i jonform i naturen. Bildar basiska (alkaliska) lösningar med vatten. Mjuka metaller. Karaktäristiska lågfärger. Alkaliska 2 (2A) 2 Reagerar lätt med t.ex. vatten, syre & halogener. Bildar basiska (alkaliska) lösningar med vatten. jordartsmetaller Mjuka metaller. Silvrig metallglans. Vissa har karaktäristiska lågfärger. Övergångs- 3-12 De flesta Inte lika reaktiva som alkalimetallerna och de alkaliska jordartsmetallerna. Samma grundämne kan metaller 1-2 ofta bilda flera olika slags joner. Hårda metaller. Liknande egenskaper inom samma period. Borgruppen 13 (3A) 3 Generellt icke-reaktiva. Lite olika egenskaper inom gruppen. Bildar olika typer av föreningar, såsom oxider och halider. Kolgruppen 14 (4A) 4 Lite olika egenskaper inom gruppen. Kan bilda fyra kovalenta bindningar i föreningar. Bildar stabila föreningar med syre, t.ex. koldioxid (CO₂) och kiseldioxid (SiO₂). Kvävegruppen 15 (5A) 5 Lite olika egenskaper inom gruppen. Kan bilda tre kovalenta bindningar. Bildar många olika typer av föreningar inklusive hydrider, oxider och halider. Bildar både molekyl- och jonföreningar. Syregruppen 16 (6A) 6 Lite olika egenskaper inom gruppen. Bildar många olika typer av föreningar, inklusive oxider, sulfider och halider. Bildar både molekyl- och jonföreningar. Halogener 17 (7A) 7 Mycket reaktiva. När de reagerar med metaller bildas olika salter (halogen = saltbildare). Ädelgaser 18 (8A) 8 (2 för He) Extremt låg reaktivitet p.g.a. ädelgasstruktur. De påträffas därför i ren (ädel) form i naturen. Luktlösa gaser med mycket låga smältpunkter. Lantanider (inget nr) 2 Sträcker sig från atomnummer 57 till 71. Förekommer naturligt & är relativt vanliga i jordskorpan. Aktinider (inget nr) 2 Sträcker sig från atomnummer 89 till 103. Alla aktinider är radioaktiva. Många är syntetiska.  Periodiska systemet berättar Atomnumret (antalet protoner) 1 Tvåan visar att detta är grupp 2. Grundämnen inom samma huvudgrupp Grundämnets kemiska beteckning har lika många valenselektroner. Den enda eller sista siffran i gruppnumret visar 2 4 2hur många valenselektroner ämnena har. 1 2 Trean visar att detta är period 3 vilket Grupp 2 = 2 valenselektroner. innebär att atomerna har 3 skal Elektronkonfigurationen (fördelningen av elektroner på olika skal) Atommassan (medelvärdet OBS: Olika periodiska system för alla isotoper av grundämnet) visar olika mycket information.  Metaller, halvmetaller och ickemetaller ü Metallerna - till vänster och i mitten: Vi kan hitta metaller nästan överallt i det periodiska systemet. Störst mängd finns dock i grupp 1-13, alltså till vänster och i mitten av det Ic k periodiska systemet. em Ha et lv m a ll ü Ickemetallerna - till höger: Längst er upp till höger hittar vi de flesta Metaller et a ll ickemetallerna. Väte hittar vi dock i er grupp 1 (väte har 1 valenselektron precis som metallerna i grupp 1). ü Halvmetallerna - mellan metallerna och ickemetallerna: Mellan metallerna och ickemetallerna går det en ”diagonal linje” som innehåller halvmetallerna.  Metaller, halvmetaller och ickemetaller Metaller: Halvmetaller: Ickemetaller: Egenskaper: Egenskaper: Egenskaper: Avger valenselektroner relativt Halvmetallerna uppfyller vissa Tar upp valenselektroner relativt lätt (låg elektronegativitet). av metallernas egenskaper lätt (hög elektronegativitet). Metallglans (ljuset ”studsar” mot men inte alla. Halvmetallerna Har ej metallglans. metallen). är t.ex. ofta sämre än Leder ej elektricitet. Är bra på att leda elektricitet. metallerna på att leda Är relativt dåliga på att leda Är bra på att leda värme. elektricitet och värme. värme. Formbara (kan smidas och gjutas). Ej formbara. Exempel: Exempel: Exempel: Järn (Fe) Germanium (Ge) Syre (O) Koppar (Cu) Arsenik (As) Kol (C) Natrium (Na) Tellur (Te) Kväve (N) Aluminium (Al) Antimon (Sb) Fluor (F) Magnesium (Mg) Astat (At) Svavel (S) Guld (Au) Kisel (Si) Fosfor (P)  Syntetiska grundämnen ü Syntetiska grundämnen skapas av människor vanligtvis i partikelacceleratorer, i kärnreaktorer eller vid detoneringen av atombomber. ü 24 grundämnen är helt syntetiska (de gråa) och förekommer inte alls naturligt på jorden. De 24 helt syntetiska grundämnena har atomnummer 95-118. ü Ytterligare några grundämnen brukar ibland räknas till de syntetiska (olika antal beroende på hur strikt man definierar). Flera av dessa framställdes först syntetiskt men har senare hittats naturligt. De finns dock naturligt i extremt små mängder. ü Syntetiska grundämnen är mycket instabila och har så pass korta halveringstider att de snabbt sönderfaller till andra grundämnen. Syntetiska grundämnen  kemilektioner.se youtube.com/kemilektioner KEMINS GRUNDER: DET PERIODISKA SYSTEMET – JÄMFÖR ATOMRADIE OCH REAKTIVITET NIKLAS DAHRÉN Atomernas radie kan jämföras med hjälp av det periodiska systemet Radien minskar om vi går åt höger ü Atomradien minskar Ö åt höger i en period: Om vi går åt höger K i en period så Radien ökar om vi går nedåt tillkommer detAfler protoner i atomkärnan. Fler protoner iRatomkärnan innebär att atomkärnan blir bättre på att attrahera och dra åt sig elektronerna. Detta leder till att valenselektronerna och det yttre skalet kommer närmare atomkärnan vilket ger en mindre atomradie. ü Atomradien ökar nedåt i en grupp: Atomradien ökar nedåt i en grupp p.g.a. att fler elektronskal tillkommer. Avståndet från atomkärnan till valenselektronerna och det yttre skalet blir längre ju fler elektroner och skal atomen har.  Uppgift 1: Rangordna Na, K och Ca utifrån stigande atomradie Radien minskar om vi går åt höger Ö Lösning: K Radien ökar om vi går nedåt A 1. Na R 2. Ca 3. K Ämne: Elektron- Protoner: Rang- skal: ordning: Na 3 11 1 (minst) K 4 19 3 (störst) Ca 4 20 2  Uppgift 2: Rangordna Cs, Rb, Sr, Ba och Po utifrån stigande atomradie Lösning: Radien minskar om vi går åt höger Ö K 1. Sr Radien ökar om vi går nedåt A 2. Rb R 3. Po 4. Ba 5. Cs Ämne: Elektron- Protoner: Rang- skal: ordning: Cs 6 55 5 (störst) Rb 5 37 2 Sr 5 38 1 (minst) Ba 6 56 4 Po 6 84 3  Valenselektronernas energi kan jämföras med hjälp av det periodiska systemet ü Energi: Med energi menas i detta fall Energin minskar om vi går åt höger Ö valenselektronernas rörelse eller förmåga till rörelse. K Energin ökar om vi går nedåt A ü Valenselektronernas R energi ökar när vi går nedåt p.g.a. fler skal (större atomradie): Fler elektronskal innebär att valenselektronerna känner av och attraheras mindre av atomkärnan. Valenselektronerna har därför mer energi och kan lossna lättare. Atomernas förmåga att hålla i och attrahera sina elektroner (elektronegativiteten) minskar alltså när vi går nedåt i en grupp. ü Valenselektronernas energi minskar när vi går åt höger p.g.a. fler protoner: Fler protoner innebär att valens- elektronerna känner av och attraheras mer av atomkärnan och då får de mindre energi och lossnar inte lika lätt. Atomernas förmåga att hålla i och attrahera elektroner (elektronegativiteten) ökar alltså då vi går åt höger i en period. Reaktiviteten i en grupp kan jämföras med hjälp av det periodiska systemet ü Reaktivitet: Hur lätt ett ämne reagerar med andra ämnen Ö (t.ex. hur lätt det avger K eller tar upp elektroner). Reaktiviteten ökar uppåt Reaktiviteten ökar nedåt A ü Reaktiviteten iRgrupp 1-2 ökar när vi går nedåt: Ämnena i grupp 1 och 2 avger ofta valenselektroner till ickemetaller i kemiska reaktioner. (p.g.a. låg elektronegativitet). Reaktiviteten (hur lätt de avger) ökar nedåt i resp. grupp eftersom valenselektronerna sitter lösare (har mer energi) ju längre bort från atomkärnan de sitter. ü Reaktiviteten i grupp 16-17 ökar när vi går uppåt: Många ämnen i grupp 16 och 17 upptar valenselektroner av metaller i kemiska reaktioner (p.g.a. hög elektronegativitet). Reaktiviteten (hur lätt de upptar) ökar om vi går uppåt i resp. grupp eftersom valenselektronerna som ska tas upp känner av atomkärnan bättre ju mindre radie atomen har.  Uppgift 3: Vilken av följande reaktioner är snabbast? a) Natrium reagerar med klor och bildar natriumklorid b) Natrium Ö reagerar med fluor och bildar natriumfluorid c) Litium K A reagerar med fluor och bildar litiumfluorid R Lösning: Reaktion b) är snabbast. Natrium avger sin valenselektron lättare än litium och fluor upptar valenselektronen lättare än klor. Därför blir reaktionen mellan natrium och fluor den snabbaste.  Repetera ü Redogör för hur det periodiska systemet är uppbyggt. ü Redogör för det periodiska systemets olika grupper. ü Förklara hur man kan använda det periodiska systemet för att jämföra olika grundämnens atomradie och reaktivitet. ü Förklara hur man kan använda det periodiska systemet för att jämföra olika grundämnens reaktivitet. ü Förklara följande begrepp för varandra: § Grupper § Huvudgrupper § Perioder § Tvåatomiga molekyler § Allotropa former § Metaller, halvmetaller samt ickemetaller § Syntetiska grundämnen § Reaktivitet Se gärna fler filmer på: kemilektioner.se youtube.com/kemilektioner