Prezintă organizarea elementelor chimice în tabelul periodic și periodicitatea proprietăților.
Mendeleev a aranjat în 1869 elementele în ordinea crescătoare a maselor atomice și a observat că proprietățile se repetă periodic. Genialitatea lui a fost că a lăsat locuri goale pentru elemente nedescoperite încă și le-a prezis proprietățile — germaniul, galiul și scandiul au confirmat ulterior predicțiile.
Tabelul modern se construiește însă după numărul atomic Z, nu după masă. Această corectare, făcută de Moseley, a rezolvat câteva inversiuni care nu se potriveau la Mendeleev, cum ar fi perechea argon-potasiu (argonul are masă mai mare, dar Z mai mic).
Legea periodicității în formularea modernă: proprietățile elementelor sunt funcții periodice ale numărului atomic, pentru că periodicitatea vine din repetarea configurației ultimului strat.
De aici cele două reguli de aur care leagă structura atomului de poziția în tabel:
Exemplu: sulful are configurația 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4. Are trei straturi, deci este în perioada 3; are 6 electroni pe ultimul strat, deci este în grupa a VI-a principală. Invers merge la fel de bine: dacă un element este în perioada 4, grupa a II-a principală, configurația ultimului strat este 4s2, deci este calciul.
Tabelul are 7 perioade și 18 grupe în notația modernă, sau 8 grupe principale (A) plus 8 secundare (B) în notația clasică românească, cea folosită de manualele de liceu.
Perioadele sunt șirurile orizontale. Fiecare perioadă începe cu un metal alcalin (configurație ns1) și se termină cu un gaz rar (ns2 np6, cu excepția heliului, care are doar 1s2). Perioada 1 are 2 elemente, perioadele 2 și 3 au câte 8, perioadele 4 și 5 au câte 18, perioadele 6 și 7 au câte 32.
Grupele sunt coloanele verticale și adună elemente cu aceeași configurație a ultimului strat, deci cu proprietăți chimice asemănătoare. Grupele principale, cu denumirile care se cer:
După substratul în curs de completare, elementele se împart în blocuri: blocul s (grupele I A și II A), blocul p (grupele III A–VIII A), blocul d (metalele tranziționale, grupele secundare) și blocul f (lantanidele și actinidele, scoase în afara tabelului).
Atenție la o confuzie de vocabular: hidrogenul este așezat deasupra grupei I A din motive de configurație (1s1), dar nu este metal alcalin — este un nemetal gazos, cu comportare specială. La fel, heliul are doar 2 electroni, nu 8, dar este gaz rar pentru că stratul său unic este complet.
Trei mărimi trebuie să știi să le compari, cu motivul variației, nu doar cu direcția săgeții.
Raza atomică - În perioadă, de la stânga la dreapta, scade. Numărul de straturi rămâne același, dar sarcina nucleului crește, deci nucleul atrage mai puternic electronii și îi trage mai aproape. - În grupă, de sus în jos, crește. Se adaugă straturi noi, iar electronii exteriori sunt tot mai departe de nucleu și tot mai ecranați de straturile interioare.
Energia (potențialul) de ionizare – energia necesară pentru a smulge un electron dintr-un atom în stare gazoasă. - În perioadă crește (electronii sunt mai strâns legați, raza e mai mică). - În grupă scade (electronul de valență e mai departe și mai ecranat, deci se smulge mai ușor).
Electronegativitatea – capacitatea unui atom angajat într-o legătură de a atrage spre el electronii legăturii. - În perioadă crește, în grupă scade. Cel mai electronegativ element este fluorul, urmat de oxigen, azot și clor. Gazele rare nu se includ în scara uzuală, pentru că în mod normal nu formează legături.
De aici rezultă caracterul metalic și nemetalic: - Caracterul metalic (tendința de a ceda electroni) scade în perioadă și crește în grupă. Cel mai puternic metal dintre elementele stabile este cesiul, aflat jos-stânga. - Caracterul nemetalic (tendința de a accepta electroni) crește în perioadă și scade în grupă. Cel mai puternic nemetal este fluorul, aflat sus-dreapta.
Capcana clasică: elevul memorează crește în perioadă pentru toate mărimile. Nu — raza face excepție, ea scade. Regula mnemotehnică sigură: tot ce ține de puterea de a ține electronii aproape (energie de ionizare, electronegativitate, afinitate) crește spre fluor; raza face invers.
Metalele ocupă partea stângă și centrală a tabelului, adică peste trei sferturi din elemente. Proprietăți fizice: luciu metalic, conductibilitate electrică și termică ridicată, maleabilitate (se pot trage în foi) și ductilitate (se pot trage în fire), stare solidă la temperatura camerei cu excepția mercurului. Proprietatea chimică definitorie: cedează electroni și formează cationi, deci sunt agenți reducători.
Nemetalele ocupă colțul din dreapta-sus. Nu au luciu metalic, sunt izolatoare (cu excepția grafitului, care conduce curentul), sunt fragile în stare solidă, iar la temperatura camerei se găsesc în toate cele trei stări: gaze (O2, N2, Cl2), lichid (bromul, singurul nemetal lichid) și solide (S, P, C, I). Chimic, acceptă electroni, formează anioni și sunt agenți oxidanți.
Metaloizii (semimetalele) — bor, siliciu, germaniu, arsen, stibiu, telur — se află pe linia în trepte care separă metalele de nemetale și au proprietăți intermediare. Cel mai important practic este siliciul, semiconductor, baza întregii industrii electronice.
O consecință care se cere la BAC: caracterul oxidului depinde de caracterul elementului. - Metalele formează oxizi bazici (Na2O, CaO), care cu apa dau baze. - Nemetalele formează oxizi acizi (SO2, CO2, P4O10), care cu apa dau acizi. - Câteva metale, precum aluminiul și zincul, formează oxizi amfoteri, care reacționează și cu acizii, și cu bazele.
În interiorul unei grupe, reactivitatea urmează caracterul: la metalele alcaline reactivitatea crește de sus în jos (cesiul reacționează violent cu apa, litiul lent), în timp ce la halogeni reactivitatea scade de sus în jos (fluorul e cel mai agresiv, iodul cel mai blând). Cele două sensuri opuse sunt exact ce se verifică la itemii de comparație.
Aproape orice item de examen de la acest capitol se rezolvă în trei pași: scrii configurația electronică, deduci poziția (perioadă, grupă, bloc), apoi deduci proprietățile.
Exemplu complet. Un element are Z = 17. 1. Configurație: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5. 2. Are 3 straturi, deci perioada 3; are 7 electroni de valență, deci grupa a VII-a A; ultimul electron intră în p, deci blocul p. 3. Fiind halogen, este nemetal puternic, acceptă un electron și formează ionul Cl–, formează molecule diatomice Cl2, oxidul său este acid, iar hidrura sa, HCl, dizolvată în apă dă un acid tare.
Invers, dacă ți se dă poziția: perioada 3, grupa a II-a A înseamnă configurația ultimului strat 3s2, deci Z = 12, magneziu, metal alcalino-pământos, formează Mg2+, oxid bazic MgO, hidroxid Mg(OH)2.
Câteva relații utile pentru itemii cu valențe: - Valența față de hidrogen pentru nemetalele din grupele IV A–VII A este 8 minus cifra grupei: carbonul 4 (CH4), azotul 3 (NH3), oxigenul 2 (H2O), clorul 1 (HCl). - Valența maximă față de oxigen este, în general, egală cu cifra grupei: sulful din grupa VI A ajunge la SO3, clorul din VII A la Cl2O7.
Ultima observație, cea care aduce puncte la subiectul de comparație: două elemente din aceeași grupă au proprietăți chimice asemănătoare (aceeași configurație de valență), dar de intensitate diferită; două elemente din aceeași perioadă au proprietăți chimice diferite, pentru că numărul lor de electroni de valență diferă. Cine inversează cele două afirmații pierde tot itemul, deși pare o simplă neatenție.