Tabel periodik elemen: sejarah, struktur, elemen

Tabel periodik elemen adalah alat yang memungkinkan untuk berkonsultasi dengan sifat kimia dari 118 elemen yang dikenal sampai sekarang. Sangat penting ketika melakukan perhitungan stoikiometrik, untuk memprediksi sifat fisik suatu elemen, untuk mengklasifikasikannya, dan untuk menemukan sifat periodik di antara semuanya.

Atom menjadi lebih berat ketika nukleusnya menambah proton dan neutron, yang juga harus disertai dengan elektron baru; jika tidak, electroneutrality tidak akan mungkin terjadi. Jadi, beberapa atom sangat ringan, seperti hidrogen, dan lainnya, superheavy, seperti oganeson.

Siapa yang memiliki hati dalam bidang kimia? Kepada ilmuwan Dmitri Mendeléyev, yang pada tahun 1869 (hampir 150 tahun yang lalu) menerbitkan, setelah satu dekade penelitian dan eksperimen teoretis, tabel periodik pertama dalam upaya untuk mengatur 62 elemen yang diketahui pada waktu itu.

Untuk ini, Mendeléyev didasarkan pada sifat-sifat kimia, sedangkan secara paralel Lothar Meyer menerbitkan tabel periodik lain yang disusun berdasarkan sifat fisik unsur-unsur tersebut.

Awalnya, tabel berisi "ruang kosong", yang unsur-unsurnya belum dikenal selama tahun-tahun itu. Namun, Mendeléyev mampu memprediksi dengan akurasi yang cukup besar dari beberapa propertinya. Beberapa elemen ini adalah: germanium (yang ia sebut eka-silikon) dan galium (eka-aluminium).

Tabel periodik pertama memerintahkan unsur-unsur sesuai dengan massa atomnya. Pengaturan ini memungkinkan untuk melihat beberapa periodisitas (pengulangan dan kesamaan) dalam sifat kimia unsur; Namun demikian, unsur-unsur transisi tidak setuju dengan tatanan ini, atau gas mulia.

Untuk alasan ini, perlu untuk memerintahkan unsur-unsur mempertimbangkan nomor atom (jumlah proton), bukan massa atom. Dari sini, bersama dengan kerja keras dan kontribusi banyak penulis, tabel periodik Mendeléyev disempurnakan dan diselesaikan.

Sejarah tabel periodik

Elemen

Penggunaan elemen sebagai dasar untuk menggambarkan lingkungan (lebih tepatnya, ke alam) telah digunakan sejak Zaman Kuno. Namun, pada saat itu mereka disebut sebagai fase dan keadaan materi, dan bukan cara referensi dibuat dari Abad Pertengahan.

Orang-orang Yunani kuno memiliki kepercayaan bahwa planet yang kita tinggali terdiri dari empat unsur mendasar: fier, ti erra, sebuah gua dan aire.

Di sisi lain, di Tiongkok kuno jumlah unsurnya lima dan, tidak seperti orang Yunani, mereka mengeluarkan udara dan termasuk logam dan kayu.

Penemuan ilmiah pertama dibuat pada 1669 oleh German Henning Brand, yang menemukan fosfor; sejak tanggal itu, semua elemen berikutnya dicatat.

Perlu disebutkan bahwa beberapa unsur seperti emas dan tembaga sudah diketahui sebelum fosfor; perbedaannya adalah bahwa mereka tidak pernah terdaftar.

Simbologi

Alkemis (pendahulu ahli kimia saat ini) memberi nama pada unsur-unsur sehubungan dengan rasi bintang, kepada penemu mereka dan ke tempat-tempat di mana mereka ditemukan.

Pada tahun 1808 Dalton mengusulkan serangkaian gambar (simbol) untuk mewakili elemen. Kemudian, sistem notasi ini digantikan oleh sistem Jhon Berzelius (digunakan hingga saat ini), karena model Dalton menjadi lebih rumit ketika elemen-elemen baru muncul.

Evolusi skema

Upaya pertama untuk membuat peta yang mengatur informasi unsur-unsur kimia terjadi pada abad kesembilan belas dengan Triad Döbereiner (1817).

Selama bertahun-tahun, elemen baru ditemukan, sehingga memunculkan model organisasi baru hingga mencapai yang saat ini digunakan.

Sekrup telluric Chancurtois (1862)

Alexandré-Émile Béguyer de Chancourtois mendesain helix kertas di mana ia menunjukkan grafik spiral (sekrup telluric).

Dalam sistem ini unsur-unsur diurutkan dengan cara yang semakin meningkat sehubungan dengan bobot atomnya. Elemen serupa disejajarkan secara vertikal.

Octaves of Newlands (1865)

Melanjutkan pekerjaan Döbereiner, John Alexander Queen Newlands dari Inggris memerintahkan unsur-unsur kimia dalam urutan yang semakin meningkat sehubungan dengan bobot atom, mencatat bahwa setiap tujuh unsur memiliki kesamaan dalam sifat-sifatnya (hidrogen tidak termasuk).

Tabel Mendeléyv (1869)

Mendeléyv memerintahkan unsur-unsur kimia dalam urutan yang meningkat sehubungan dengan berat atom, menempatkan dalam kolom yang sama dengan yang sifatnya serupa. Tentu cekungan dalam model tabel periodiknya meramalkan penampilan elemen-elemen baru di masa depan (selain memprediksi sifat-sifat yang seharusnya dimiliki).

Gas mulia tidak tercantum dalam tabel Mendeléyv, karena belum ditemukan. Selain itu, Mendeléiv tidak mempertimbangkan hidrogen.

Tabel periodik Moseley (tabel periodik saat ini) - 1913

Henry Gwyn Jeffreys Moseley mengusulkan memesan unsur-unsur kimia dari tabel periodik sesuai dengan nomor atomnya; yaitu, menurut jumlah protonnya.

Moseley mengumandangkan "Hukum Berkala" pada tahun 1913: "Ketika unsur-unsur itu disusun sesuai dengan nomor atomnya, sifat fisik dan kimianya menunjukkan kecenderungan periodik."

Dengan demikian, setiap baris atau periode horisontal menunjukkan jenis hubungan, dan setiap kolom atau grup menunjukkan yang lain.

Bagaimana cara mengaturnya? (Struktur dan organisasi)

Dapat diamati bahwa kue tabel periodik memiliki beberapa warna. Setiap warna mengasosiasikan elemen dengan sifat kimia yang serupa. Ada kolom oranye, kuning, biru, ungu; kotak hijau, dan apel hijau diagonal.

Perhatikan bahwa kotak di kolom tengah berwarna keabu-abuan, sehingga semua elemen ini harus memiliki kesamaan, yaitu bahwa mereka adalah logam transisi dengan orbital setengah penuh.

Dengan cara yang sama, unsur-unsur kotak ungu, meskipun mereka pergi dari zat gas, dari cairan kemerahan dan bahkan hitam pekat (yodium) dan perak keabu-abuan (astatin), adalah sifat kimianya yang membuat mereka lebih cocok. Properti ini diatur oleh struktur elektronik atomnya.

Organisasi dan struktur tabel periodik tidak sewenang-wenang, tetapi mematuhi serangkaian sifat periodik dan pola nilai yang ditentukan untuk elemen-elemen tersebut. Misalnya, jika karakter logam menurun dari kiri ke kanan tabel, elemen logam tidak dapat diharapkan di sudut kanan atas.

Periode

Unsur-unsur diatur dalam baris atau periode tergantung pada tingkat energi orbital mereka. Sebelum periode 4, ketika unsur-unsur berhasil meningkatkan urutan massa atom, ditemukan bahwa untuk setiap delapan dari mereka sifat kimia diulang (hukum oktaf, John Newlands).

Logam transisi tertanam dengan elemen non-logam lainnya, seperti belerang dan fosfor. Untuk alasan ini, pintu masuk fisika kuantum dan konfigurasi elektronik untuk memahami tabel periodik modern sangat penting.

Orbital dari lapisan energik diisi dengan elektron (dan inti proton dan neutron), saat bergerak sepanjang suatu periode. Lapisan energik ini berjalan seiring dengan ukuran atau jari-jari atom; oleh karena itu, elemen-elemen periode yang lebih tinggi lebih kecil daripada yang di bawah.

H dan Dia berada pada tingkat energi (periode) pertama; baris pertama kotak abu-abu, pada periode keempat; dan deretan kotak oranye, di periode keenam. Perhatikan bahwa meskipun yang terakhir tampaknya berada pada periode kesembilan yang seharusnya, itu sebenarnya milik keenam, tepat setelah kuadrat kuning Ba.

Grup

Melewati periode kita menemukan bahwa massa, jumlah proton dan elektron meningkat. Dalam kolom atau grup yang sama, meskipun massa dan protonnya bervariasi, jumlah elektron dalam kulit valensi adalah sama.

Misalnya, pada kolom atau grup pertama, H memiliki satu elektron dalam orbital 1s1, seperti halnya Li (2s1), sodium (3s1), potassium (4s1) dan seterusnya hingga francium (7s1). Angka 1 itu menunjukkan bahwa unsur-unsur ini nyaris tidak memiliki elektron valensi, dan oleh karena itu, milik kelompok 1 (IA). Setiap elemen dalam periode yang berbeda.

Tidak termasuk hidrogen, kotak hijau, elemen di bawahnya adalah kotak oranye dan disebut logam alkali. Satu kotak lagi di sebelah kanan dalam periode apa pun, adalah grup atau kolom 2; yaitu, unsur-unsurnya memiliki dua elektron valensi.

Tetapi bergerak satu langkah lebih jauh ke kanan, tanpa sepengetahuan orbital d, Anda sampai ke grup boron (B) atau grup 13 (IIIA); bukannya grup 3 (IIIB) atau skandium (Sc). Dengan mempertimbangkan pengisian orbital d, periode kuadrat abu-abu mulai dilintasi: logam transisi.

Jumlah proton vs elektron valensi

Ketika mempelajari tabel periodik, kebingungan dapat muncul antara nomor atom Z atau jumlah proton total dalam nukleus, dan jumlah elektron valensi. Sebagai contoh, karbon memiliki Z = 6, yaitu, ia memiliki enam proton dan karenanya enam elektron (jika tidak, ia tidak dapat berupa atom dengan muatan netral).

Namun, dari keenam elektron itu, empat adalah valensi . Karena itu konfigurasi elektroniknya adalah [He] 2s22p2. [Dia] menunjukkan dua elektron 1s2 dari lapisan tertutup, dan secara teoritis mereka tidak berpartisipasi dalam pembentukan ikatan kimia.

Juga, karena karbon memiliki empat elektron valensi, "mudahnya" terletak di grup 14 (IVA) dari tabel periodik.

Unsur-unsur di bawah karbon (Si, Ge, Sn, Pb dan Fl) memiliki nomor atom yang lebih tinggi (dan massa atom); tetapi semua memiliki kesamaan empat elektron valensi. Ini adalah kunci untuk memahami mengapa satu elemen milik satu kelompok dan bukan yang lain.

Elemen tabel periodik

Blok s

Seperti yang baru saja dijelaskan, kelompok 1 dan 2 ditandai dengan memiliki satu atau dua elektron dalam orbital s. Orbital-orbital ini adalah geometri bola, dan ketika Anda turun melalui salah satu dari kelompok-kelompok ini, unsur-unsur memperoleh lapisan yang meningkatkan ukuran atom mereka.

Dengan menghadirkan kecenderungan kuat dalam sifat kimianya dan cara bereaksi, elemen-elemen ini disusun sebagai blok. Oleh karena itu, logam alkali dan logam alkali tanah termasuk dalam blok ini. Konfigurasi elektronik dari elemen-elemen blok ini adalah ns (1s, 2s, dll.).

Meskipun elemen helium ada di sudut kanan atas tabel, konfigurasi elektroniknya adalah 1s2 dan karenanya termasuk dalam blok ini.

Blok h

Tidak seperti blok s, elemen-elemen blok ini sepenuhnya mengisi orbital, sementara orbital p-nya terus terisi dengan elektron. Konfigurasi elektronik dari elemen-elemen yang dimiliki blok ini adalah tipe ns2np1-6 (orbital p dapat memiliki satu atau hingga enam elektron untuk diisi).

Jadi, di bagian mana dari tabel periodik blok ini? Di sebelah kanan: kotak hijau, ungu dan biru; yaitu, unsur non-logam dan logam berat, seperti bismut (Bi) dan timbal (Pb).

Dimulai dengan boron, dengan konfigurasi elektronik ns2np1, karbon di sebelah kanannya menambah elektron lain: 2s22p2. Selanjutnya, konfigurasi elektronik elemen-elemen lain dari periode 2 dari blok p adalah: 2s22p3 (nitrogen), 2s22p4 (oksigen), 2s22p5 (fluorin) dan 2s22p6 (neon).

Jika Anda turun ke periode yang lebih rendah, Anda akan memiliki tingkat energi 3: 3s23p1-6, dan seterusnya hingga akhir blok p.

Perhatikan bahwa hal terpenting tentang blok ini adalah, sejak periode 4, elemen-elemennya telah sepenuhnya mengisi orbital (kotak biru di sebelah kanan). Singkatnya: blok s di sebelah kiri tabel periodik, dan blok p, di sebelah kanan.

Elemen perwakilan

Apa elemen representatifnya? Mereka adalah yang di satu sisi mudah kehilangan elektron, atau di sisi lain, mereka memperolehnya untuk menyelesaikan oktet valensi. Dengan kata lain: mereka adalah elemen dari blok s dan p.

Kelompok mereka dibedakan dari yang lain dengan huruf A di bagian akhir. Dengan demikian, ada delapan kelompok: dari IA ke VIIIA. Tetapi saat ini, sistem penomoran yang digunakan dalam tabel periodik modern adalah bahasa Arab, dari 1 hingga 18, termasuk logam transisi.

Untuk alasan itu, kelompok boron dapat berupa IIIA, atau 13 (3 + 10); kelompok karbon, PPN atau 14; dan gas mulia, yang terakhir di sebelah kanan meja, VIIIA atau 18.

Logam transisi

Logam transisi adalah semua elemen dari kotak abu-abu. Sepanjang periode mereka, mereka mengisi orbital mereka d, yaitu lima dan karenanya dapat memiliki sepuluh elektron. Karena mereka harus memiliki sepuluh elektron untuk mengisi orbital tersebut, maka harus ada sepuluh kelompok atau kolom.

Masing-masing kelompok dalam sistem penomoran yang lama ditunjuk dengan angka Romawi dan huruf B di bagian akhir. Kelompok pertama, yaitu skandium, adalah IIIB (3), besi, kobalt dan nikel VIIIB karena memiliki reaktivitas yang sangat mirip (8, 9 dan 10), dan seng IIB (12).

Seperti dapat dilihat, jauh lebih mudah untuk mengenali kelompok dengan angka Arab daripada menggunakan angka Romawi.

Logam transisi internal

Dari periode 6 tabel periodik, orbital f mulai tersedia secara energetik. Ini harus diisi terlebih dahulu dari pada orbital d; dan karena itu, elemen-elemennya biasanya diletakkan terpisah agar tidak terlalu panjang meja.

Dua periode terakhir, oranye dan abu-abu, adalah logam transisi internal, juga disebut lantanida (tanah jarang) dan aktinida. Ada tujuh orbital, yang membutuhkan empat belas elektron untuk diisi, dan karenanya, harus ada empat belas kelompok.

Jika grup ini ditambahkan ke tabel periodik, akan ada total 32 (18 + 14) dan akan ada versi "memanjang":

Baris merah muda terang sesuai dengan lantanoid, sedangkan baris merah muda gelap sesuai dengan actinoid. Lantanum, La dengan Z = 57, actinium, Ac dengan Z = 89, dan semua blok f milik kelompok skandium yang sama. Mengapa Karena skandium memiliki orbital nd1, yang terdapat pada sisa lantanoid dan actinoid.

La dan Ac memiliki konfigurasi valensi 5d16s2 dan 6d17s2. Saat bergerak ke kanan melalui kedua baris, orbital 4f dan 5f mulai terisi. Setelah penuh, Anda mencapai elemen Lutecio, Lu, dan laurencio, Lr.

Logam dan non-logam

Meninggalkan kue dari tabel periodik, lebih mudah untuk menggunakan gambar atas, bahkan dalam bentuk memanjang. Saat ini sebagian besar unsur yang disebutkan adalah logam.

Pada suhu kamar, semua logam adalah zat padat (kecuali merkuri, yang cair) perak keabu-abuan (kecuali tembaga dan emas). Juga, mereka biasanya keras dan cerah; meskipun yang ada di blok lunak dan rapuh. Unsur-unsur ini ditandai dengan kemampuannya untuk kehilangan elektron dan membentuk kation M +.

Dalam kasus lantanoid, mereka kehilangan tiga elektron 5d16s2 menjadi kation M3 + trivalen (seperti La3 +). Cerium, di sisi lain, mampu kehilangan empat elektron (Ce4 +).

Di sisi lain, elemen non-logam membentuk bagian terkecil dari tabel periodik. Mereka adalah gas atau padatan dengan atom yang terikat secara kovalen (seperti sulfur dan fosfor). Semua berada di blok p; lebih tepatnya, di bagian atas yang terakhir, kemudian turun ke periode yang lebih rendah meningkatkan karakter logam (Bi, Pb, Po).

Selain itu, non-logam bukannya kehilangan elektron, memenangkan mereka. Dengan demikian, mereka membentuk anion X dengan muatan negatif yang berbeda: -1 untuk halogen (kelompok 17), dan -2 untuk kalkogen (kelompok 16, oksigen).

Keluarga logam

Dalam logam ada klasifikasi internal untuk membedakannya:

-Logam logam golongan 1 bersifat basa

-Group 2, logam alkali tanah (Mr. Becambara)

-Kelompok 3 (IIIB) keluarga Skandium. Keluarga ini sesuai dengan skandium, kepala kelompok, dari itrium Y, dari lantanum, actinium, dan semua lantanoid dan actinoid.

-Grup 4 (IVB), keluarga titanium: Ti, Zr (zirkonium), Hf (hafnium) dan Rf (rutherfordio). Berapa banyak elektron valensi yang mereka miliki? Jawabannya ada di grup Anda.

-Grup 5 (VB), keluarga vanadium. Kelompok 6 (VIB), keluarga kromium. Demikian seterusnya sampai keluarga seng, kelompok 12 (IIB).

Metalloids

Karakter logam meningkat dari kanan ke kiri, dan dari atas ke bawah. Tapi apa batas antara kedua jenis unsur kimia ini? Perbatasan ini terdiri dari unsur-unsur yang dikenal sebagai metaloid, yang memiliki karakteristik logam dan non-logam.

Metaloid dapat dilihat pada tabel periodik di "tangga" yang dimulai dengan boron, dan berakhir di astatin unsur radioaktif. Elemen-elemen ini adalah:

-B: boron

-Silicio: Ya

-Ge: germanium

-Sebagai: arsenik

-Sb: antimon

-Te: Tellurium

-Pada: astatin

Masing-masing dari tujuh elemen ini menunjukkan sifat-sifat antara, yang bervariasi sesuai dengan lingkungan atau suhu kimia. Salah satu sifat ini adalah semikonduksi, yaitu metaloid adalah semikonduktor.

Gas

Dalam kondisi terestrial, unsur-unsur gasnya adalah logam non-ringan, seperti nitrogen, oksigen, dan fluor. Juga, klorin, hidrogen, dan gas mulia termasuk dalam klasifikasi ini. Dari semua itu, yang paling simbolis adalah gas mulia, karena kecenderungannya yang rendah untuk bereaksi dan berperilaku seperti atom bebas.

Yang terakhir adalah dalam kelompok 18 dari tabel periodik dan adalah:

-Helio, Dia

-Neon, Ne

-Argon, Ar

-kripton, Kr

-Xenon, Xe

-Radón, Rn

-Dan yang terbaru, oganneson gas mulia sintetik, Og.

Semua gas mulia memiliki kesamaan konfigurasi valensi ns2np6; yaitu, mereka telah menyelesaikan oktet valensi.

Status agregasi elemen pada suhu lain

Unsur-unsur dalam keadaan padat, cair atau gas tergantung pada suhu dan kekuatan interaksi mereka. Jika suhu Bumi mendingin hingga mencapai nol absolut (0K), maka semua elemen akan membeku; dengan pengecualian helium, yang akan mengembun.

Pada suhu ekstrem ini, sisa gas akan berbentuk es.

Pada ekstrem yang lain, jika suhunya sekitar 6000K, "semua" elemen akan berada dalam keadaan gas. Dalam kondisi ini, awan emas, perak, timah dan logam lainnya dapat diamati.

Penggunaan dan aplikasi

Tabel periodik saja selalu dan akan menjadi, alat untuk berkonsultasi dengan simbol, massa atom, struktur dan sifat-sifat lain dari elemen. Ini sangat berguna ketika melakukan perhitungan stoikiometrik, yang merupakan urutan hari dalam banyak tugas di dalam dan di luar laboratorium.

Tidak hanya itu, tetapi juga tabel periodik memungkinkan untuk membandingkan elemen-elemen dari kelompok atau periode yang sama. Dengan demikian, dapat diprediksi bagaimana senyawa-senyawa tertentu dari unsur-unsur itu akan terbentuk.

Prediksi formula oksida

Misalnya, untuk oksida logam alkali, dengan memiliki elektron valensi tunggal, dan oleh karena itu valensi +1, rumus oksida mereka diharapkan dari tipe M ₂ O. Ini dicek dengan oksida hidrogen, air, H ₂ O. Juga dengan oksida natrium, Na ₂ O, dan kalium, K ₂ O.

Untuk kelompok lain, oksida mereka harus memiliki rumus umum M ₂ O _n, di mana n sama dengan nomor grup (jika elemen dari blok p, n-10 dihitung). Jadi, karbon, yang termasuk dalam kelompok 14, membentuk CO ₂ (C ₂ O _4/2 ); sulfur, grup 16, SO ₃ (S ₂ O _6/2 ); dan nitrogen, dari kelompok 15, N ₂ O ₅ .

Namun, ini tidak berlaku untuk logam transisi. Ini karena, walaupun zat besi termasuk dalam kelompok 8, ia tidak dapat kehilangan 8 elektron tetapi 2 atau 3. Oleh karena itu, alih-alih menghafal rumus, lebih penting untuk memperhatikan valensi setiap elemen.

Valencias elemen

Tabel periodik (beberapa) menunjukkan kemungkinan valensi untuk setiap elemen. Mengetahui hal ini, seseorang dapat memperkirakan sebelumnya nomenklatur suatu senyawa dan formula kimianya. Valensi, sebagaimana disebutkan di atas, terkait dengan nomor grup; meskipun tidak berlaku untuk semua grup.

Valensi lebih bergantung pada struktur elektronik atom, dan elektron mana yang benar-benar bisa kalah atau menang.

Dengan mengetahui jumlah elektron valensi, kita juga dapat mulai dengan struktur Lewis dari suatu senyawa dari informasi ini. Tabel periodik karenanya memungkinkan siswa dan profesional untuk membuat sketsa struktur dan membuat jalan untuk survei kemungkinan geometri dan struktur molekul.

Tabel digital berkala

Saat ini, teknologi telah memungkinkan tabel periodik menjadi lebih fleksibel dan memberikan lebih banyak informasi yang tersedia untuk semua orang. Beberapa dari mereka membawa ilustrasi yang mencolok dari setiap elemen, serta ringkasan singkat dari kegunaan utama mereka.

Cara berinteraksi dengan mereka mempercepat pemahaman dan pembelajaran mereka. Tabel periodik harus menjadi alat yang menyenangkan mata, mudah dijelajahi, dan metode paling efektif untuk mengetahui unsur-unsur kimianya adalah melakukan perjalanan dari periode ke kelompok.

Pentingnya tabel periodik

Saat ini, tabel periodik adalah instrumen organisasional kimia yang paling penting karena hubungan detail unsur-unsurnya. Penggunaannya sangat penting bagi siswa dan guru serta peneliti dan banyak profesional yang berdedikasi di bidang kimia dan teknik.

Lihat saja tabel periodik, Anda mendapatkan sejumlah besar dan informasi dengan cepat dan efektif, seperti:

- Lithium (Li), berilium (Be) dan boron (B) menghantarkan listrik.

- Lithium adalah logam alkali, berilium adalah logam alkali tanah dan boron adalah non-logam.

- Lithium adalah konduktor terbaik dari ketiganya, diikuti oleh berilium dan, akhirnya, boron (semikonduktor).

Jadi, dengan menempatkan elemen-elemen ini dalam tabel periodik, Anda dapat secara instan menyimpulkan kecenderungannya terhadap konduktivitas listrik.