Periodiska systemet PDF

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 och atomslag ingår. ü Hur är det periodiska systemet uppb...

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 och 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 (elektronstruktur). Grundämnen och kemiska föreningar Grundämnen: Kemiska föreningar: Definition: Definition: Består av enbart en typ av atom (det kan Består av olika typer av atomer (eller joner) dock vara många atomer av samma slag som binder till varandra. som binder till varandra). Exempel: Exempel: Grundämnet guld (Au) består enbart av Den kemiska föreningen vatten (H2O) guldatomer. består av 2 väteatomer och 1 syreatom som binder till varandra. Grundämnet järn (Fe) består enbart av järnatomer. Den kemiska föreningen natriumklorid (NaCl) består av natriumjoner och Grundämnet syre/syrgas (O2) består kloridjoner som binder till varandra. enbart av syreatomer.  Mendelejevs och det periodiska systemet ü Mendelejevs periodiska system: 1869 presenterade den ryske kemisten Dimitrij Mendelejev ett periodiskt system av grundämnena. 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 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 fler ämnen tillkommit till systemet. Ett modernt periodiskt system  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 och 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 Kemiskt 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 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. ü Grupper: Alla grundämnen/atomslag som finns i samma grupp har i regel lika många valenselektroner (undantag finns dock bland de s.k. övergångsmetallerna). Ämnen som finns i samma grupp har liknande egenskaper eftersom lika många valenselektroner innebär att de kommer reagera på ungefär samma sätt i olika kemiska reaktioner. ü Perioder: Alla grundämnen/atomslag som finns i samma period har lika många elektronskal. Antalet elektronskal har dock inte någon större påverkan på en atoms egenskaper. Gruppen avslöjar antalet valenselektroner 1 8 2 3 4 5 6 7 De flesta 1 eller 2 2 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) Det periodiska systemet är indelat i 18 grupper varav 8 huvudgrupper ü Huvudgrupper (1-2; 13-18): Ämnena i samma huvudgrupp har alltid lika många valens- H H U H H H H H H U elektroner och likartade V V U U U U U U egenskaper. U V V V V V V U D U U U U U U D D D D D D D G ü Övergångsmetaller G R G G G G G G R (3-12): Övergångs- U R R R R R R U ÖVERGÅNGSMETALLER metallerna har som regel P U U U U U U P 1-2 valenselektroner P P P P P P P P 1 P P P P P P 8 men atomerna i samma 2 3 4 5 6 7 grupp har inte alltid samma antal valens- elektroner. En och ÖVERGÅNGSMETALLER samma atom kan oftast bilda flera olika slags joner (olika laddning).  De åtta huvudgrupperna Nummer på gruppen: Namn på gruppen: Valenselektroner: 1 Alkalimetallerna 1 2 Alkaliska jordartsmetallerna 2 13 Borgruppen 3 14 Kolgruppen 4 15 Kvävegruppen 5 16 Syregruppen 6 17 Halogenerna 7 18 Ädelgaserna 8 (2 för He) Sammanfattning: Grupper och perioder ü Grundämnen/atomslag som tillhör samma huvudgrupp: Lika många valenselektroner, liknande egenskaper. ü Grundämnen/atomslag som tillhör samma period: Lika många elektronskal.  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 Ick vänster och i mitten av det periodiska em Ha et systemet. all lvm er ü Ickemetallerna - till höger: Längst upp eta Metaller lle till höger hittar vi de flesta r ickemetallerna. Väte hittar vi dock i 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) Atomernas radie kan jämföras med hjälp av det periodiska systemet ü Atomradien minskar åt höger i en period: Radien minskar om vi går åt höger Ö i en period så Om vi går åt höger Radien ökar om vi går nedåt tillkommer detKfler protoner i A atomkärnan. Fler protoner i atomkärnan R 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.  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 rörelse eller förmåga till rörelse. Energin ökar om vi går nedåt K A ü Energin ökar när vi går nedåt p.g.a. R fler skal (större atomradie): Fler skal innebär att valenselektronerna känner av och attraheras mindre av atomkärnan. Valenselektronerna får därför mer energi och kan lossna lättare. Atomernas förmåga att hålla i och attrahera elektroner (elektronegativiteten) minskar alltså när vi går nedåt i en grupp. ü Energin minskar när vi går åt höger p.g.a. fler protoner: Fler protoner innebär att valenselektronerna 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 Ö lätt ett ämne reagerar Reaktiviteten ökar om vi går uppåt ü Reaktivitet: Hur Reaktiviteten ökar om vi går nedåt med andra ämnen K (t.ex. hur lätt det avger A eller tar upp elektroner). R ü Reaktiviteten i grupp 1-2 ökar när vi går nedåt: Ämnena i grupp 1 och 2 avger relativt lätt sina valenselektroner till andra ämnen (låg elektronegativitet). Reaktiviteten (hur lätt de avger) ökar nedåt i resp. grupp eftersom valens- elektronerna sitter lösare/har mer energi ju längre bort från atomkärnan de sitter. ü Reaktiviteten i grupp 16-17 ökar när vi går uppåt: De flesta ämnena i grupp 16-17 upptar relativt lätt elektroner från andra ämnen (hög elektronegativitet). Reaktiviteten (hur lätt de upptar) ökar därför om vi går uppåt i resp. grupp eftersom valenselektronerna som ska tas upp känner av atomkärnan bättre ju mindre radie atomen har.  Periodiska systemet berättar Tvåan visar att detta är grupp 1 2 2 vilket innebär att atomerna Grundämnets/atomslagets kemiska beteckning 1 1 har 2 valenselektroner 1 H Atomnumret (antalet Väte protoner och elektroner) 1.008 Elektronkonfigurationen 3 2 1 4 2 2 (fördelningen av elektroner på Tvåan visar att detta är period 2 vilket innebär 2 Li Be olika skal) att atomerna har 2 skal Litium Beryllium 6.941 9.012 11 2 8 12 2 8 Atommassan (medelvärdet 3 Na 1 Mg 2 OBS: Olika periodiska system Natrium Magnesium visar olika mycket information. för alla isotoper av grundämnet) 22.99 24.31  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 faktiskt uppbyggt av två syreatomer och har beteckningen O2. ü Samma sak gäller följande grundämnen; 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 Bildkälla: Av User:Itub - Self-made derivative work (see below), CC BY- de sitter bundna till varandra på lite olika sätt. Andra allotropa SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1755521 former av grundämnet kol är amorft kol, fullerener och grafen.  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. Se gärna fler filmer av Niklas Dahrén: http://www.youtube.com/Kemilektioner http://www.youtube.com/Medicinlektioner