by: adminPosted on:

Úvodní chemie – přednáška a laboratoř

Cíle výuky

Na konci této části budete umět:

  • uvést periodický zákon a vysvětlit uspořádání prvků v periodické tabulce
  • předpovědět obecné vlastnosti prvků na základě jejich umístění v periodické tabulce
  • identifikovat kovy, nekovy a metaloidy podle jejich vlastností a/nebo umístění v periodické tabulce

Když první chemici pracovali na čištění rud a objevovali další prvky, uvědomili si, že různé prvky lze seskupit podle jejich podobného chemického chování. K jednomu takovému seskupení patří lithium (Li), sodík (Na) a draslík (K): Všechny tyto prvky jsou lesklé, dobře vedou teplo a elektřinu a mají podobné chemické vlastnosti. Druhé seskupení zahrnuje vápník (Ca), stroncium (Sr) a baryum (Ba), které jsou rovněž lesklé, dobře vedou teplo a elektřinu a mají společné chemické vlastnosti. Specifické vlastnosti těchto dvou skupin se však od sebe nápadně liší. Například: Li, Na a K jsou mnohem reaktivnější než Ca, Sr a Ba; Li, Na a K tvoří sloučeniny s kyslíkem v poměru dva jejich atomy na jeden atom kyslíku, zatímco Ca, Sr a Ba tvoří sloučeniny s jedním jejich atomem na jeden atom kyslíku. Fluor (F), chlor (Cl), brom (Br) a jód (I) také vykazují navzájem podobné vlastnosti, ale tyto vlastnosti se drasticky liší od vlastností všech výše uvedených prvků.

Dimitrij Mendělejev v Rusku (1869) a Lothar Meyer v Německu (1870) nezávisle na sobě rozpoznali, že mezi vlastnostmi tehdy známých prvků existuje periodický vztah. Oba publikovali tabulky s prvky uspořádanými podle rostoucí atomové hmotnosti. Mendělejev však šel ještě o krok dál než Meyer: použil svou tabulku k předpovědi existence prvků, které by měly vlastnosti podobné hliníku a křemíku, ale dosud nebyly známy. Velkou podporu Mendělejevově práci poskytly objevy galia (1875) a germania (1886). Ačkoli Mendělejev a Meyer vedli dlouhý spor o prioritu, Mendělejevův přínos k vývoji periodické tabulky je nyní více uznáván (obrázek 1).

Obr. 1. (a) Dimitrij Mendělejev je všeobecně považován za tvůrce (b) první periodické tabulky prvků. (kredit a: úprava práce Sergeje Lachinova; kredit b: úprava práce „Den fjättrade ankan“/Wikimedia Commons)

Ve dvacátém století bylo zřejmé, že periodický vztah zahrnuje spíše atomová čísla než atomové hmotnosti. Moderní vyjádření tohoto vztahu, periodický zákon, zní takto: vlastnosti prvků jsou periodickými funkcemi jejich atomových čísel. Moderní periodická tabulka řadí prvky vzestupně podle jejich atomových čísel a seskupuje atomy s podobnými vlastnostmi do stejného svislého sloupce (obrázek 2). Každý rámeček představuje prvek a obsahuje jeho atomové číslo, symbol, průměrnou atomovou hmotnost a (někdy) název. Prvky jsou uspořádány do sedmi vodorovných řádků, kterým se říká periody nebo řady, a 18 svislých sloupců, kterým se říká skupiny. Skupiny jsou označeny v horní části každého sloupce. Ve Spojených státech se tradičně označovaly číslicemi s velkými písmeny. IUPAC však doporučuje používat čísla 1 až 18 a tato označení jsou běžnější. Aby se tabulka vešla na jednu stránku, jsou části dvou řádků, celkem 14 sloupců, obvykle napsány pod hlavním tělem tabulky.

Obrázek 2: Tabulka s označením sloupců. Prvky jsou v periodické tabulce uspořádány podle svých vlastností.

Mnoho prvků se dramaticky liší svými chemickými a fyzikálními vlastnostmi, ale některé prvky se chovají podobně. Mnoho prvků například vypadá leskle, jsou kujné (lze je deformovat bez porušení) a tvárné (lze je stáhnout do drátů) a dobře vedou teplo a elektřinu. Jiné prvky nejsou lesklé, kujné ani tvárné a špatně vedou teplo a elektřinu. Prvky můžeme roztřídit do velkých tříd se společnými vlastnostmi: kovy (prvky, které jsou lesklé, kujné, dobře vedou teplo a elektřinu – odstín žlutý); nekovy (prvky, které vypadají matně, špatně vedou teplo a elektřinu – odstín zelený); a metaloidy (prvky, které vedou teplo a elektřinu středně dobře a mají některé vlastnosti kovů a některé vlastnosti nekovů – odstín fialový).

Prvky lze také rozdělit na prvky hlavní skupiny (neboli reprezentativní prvky) ve sloupcích označených 1, 2 a 13-18; přechodné kovy ve sloupcích označených 3-12; a vnitřní přechodné kovy ve dvou řadách ve spodní části tabulky (prvky v horní řadě se nazývají lanthanoidy a prvky ve spodní řadě aktinoidy; obrázek 3). Prvky lze dále dělit podle specifičtějších vlastností, například podle složení sloučenin, které tvoří. Například prvky ve skupině 1 (první sloupec) tvoří sloučeniny, které se skládají z jednoho atomu prvku a jednoho atomu vodíku. Tyto prvky (kromě vodíku) se nazývají alkalické kovy a všechny mají podobné chemické vlastnosti. Prvky ve skupině 2 (druhý sloupec) tvoří sloučeniny složené z jednoho atomu prvku a dvou atomů vodíku: Tyto kovy se nazývají kovy alkalických zemin a mají mezi členy této skupiny podobné vlastnosti. Dalšími skupinami se specifickými názvy jsou pnictogeny (skupina 15), chalkogeny (skupina 16), halogeny (skupina 17) a vzácné plyny (skupina 18, známé také jako inertní plyny). Skupiny lze také označovat podle prvního prvku skupiny: Například chalkogeny se mohou nazývat kyslíková skupina nebo kyslíková skupina. Vodík je jedinečný nekovový prvek s vlastnostmi podobnými prvkům skupiny 1A i 7A. Z tohoto důvodu může být vodík uveden v horní části obou skupin nebo sám o sobě.

Obrázek 3. Periodická tabulka uspořádává prvky s podobnými vlastnostmi do skupin.

Kliknutím na tento odkaz na Royal Society of Chemistry získáte interaktivní periodickou tabulku, pomocí které můžete zkoumat vlastnosti prvků (obsahuje podcasty a videa jednotlivých prvků). You may also want to try this one from PeriodicTable.com that shows photos of all the elements.

Example 1: Naming Groups of Elements

Atoms of each of the following elements are essential for life. Give the group name for the following elements:

  1. chlorine
  2. calcium
  3. sodium
  4. sulfur
Show Answer

The family names are as follows:

  1. halogen
  2. alkaline earth metal
  3. alkali metal
  4. chalcogen

Check Your Learning

Give the group name for each of the following elements:

  1. krypton
  2. selenium
  3. barium
  4. lithium
Show Answer

  1. noble gas
  2. chalcogen
  3. alkaline earth metal
  4. alkali metal

In studying the periodic table, jste si možná všimli něčeho o atomových hmotnostech některých prvků. Prvek 43 (technecium), prvek 61 (promethium) a většina prvků s atomovým číslem 84 (polonium) a vyšším mají atomovou hmotnost uvedenou v hranatých závorkách. To se provádí u prvků, které se skládají výhradně z nestabilních, radioaktivních izotopů (více se o radioaktivitě dozvíte v kapitole o jaderné chemii). U těchto prvků nelze stanovit průměrnou atomovou hmotnost, protože jejich radioizotopy se mohou v závislosti na zdroji značně lišit v relativním množství nebo se v přírodě vůbec nemusí vyskytovat. Číslo v hranatých závorkách je atomové hmotnostní číslo (a přibližná atomová hmotnost) nejstabilnějšího izotopu daného prvku.

Klíčové pojmy a shrnutí

Objev periodického opakování podobných vlastností mezi prvky vedl k formulaci periodické tabulky, v níž jsou prvky uspořádány v pořadí podle rostoucího atomového čísla do řádků označovaných jako periody a sloupců označovaných jako skupiny. Prvky ve stejné skupině periodické tabulky mají podobné chemické vlastnosti. Prvky lze klasifikovat jako kovy, metaloidy a nekovy nebo jako prvky hlavní skupiny, přechodné kovy a vnitřní přechodné kovy. Skupiny jsou číslovány zleva doprava od 1 do 18. Prvky ve skupině 1 jsou známé jako alkalické kovy, prvky ve skupině 2 jsou kovy alkalických zemin, prvky ve skupině 15 jsou pnictogeny, prvky ve skupině 16 jsou chalkogeny, prvky ve skupině 17 jsou halogeny a prvky ve skupině 18 jsou vzácné plyny.

Cvičení

Kov nebo nekov?

  1. Using the periodic table, classify each of the following elements as a metal or a nonmetal, and then further classify each as a main-group (representative) element, transition metal, or inner transition metal:
    1. uranium
    2. bromine
    3. strontium
    4. neon
    5. gold
    6. americium
    7. rhodium
    8. sulfur
    9. carbon
    10. potassium
  2. Using the periodic table, classify each of the following elements as a metal or a nonmetal, and then further classify each as a main-group (representative) element, transition metal, or inner transition metal:
    1. cobalt
    2. europium
    3. iodine
    4. indium
    5. lithium
    6. oxygen
    7. cadmium
    8. terbium
    9. rhenium
Show Answer

1. (a) metal, inner transition metal; (b) nonmetal, representative element; (c) metal, representative element; (d) nonmetal, representative element; (e) metal, transition metal; (f) metal, inner transition metal; (g) metal, transition metal; (h) nonmetal, representative element; (i) nonmetal, representative element; (j) metal, representative element

Identifying Elements

  1. Using the periodic table, identify the lightest member of each of the following groups:
    1. noble gases
    2. alkaline earth metals
    3. alkali metals
    4. chalcogens
  2. Using the periodic table, identify the heaviest member of each of the following groups:
    1. alkali metals
    2. chalcogens
    3. noble gases
    4. alkaline earth metals
  3. Use the periodic table to give the name and symbol for each of the following elements:
    1. the noble gas in the same period as germanium
    2. the alkaline earth metal in the same period as selenium
    3. the halogen in the same period as lithium
    4. the chalcogen in the same period as cadmium
  4. Use the periodic table to give the name and symbol for each of the following elements:
    1. the halogen in the same period as the alkali metal with 11 protons
    2. the alkaline earth metal in the same period with the neutral noble gas with 18 electrons
    3. the noble gas in the same row as an isotope with 30 neutrons and 25 protons
    4. the noble gas in the same period as gold
  5. Write a symbol for each of the following neutral isotopes. Include the atomic number and mass number for each.
    1. the alkali metal with 11 protons and a mass number of 23
    2. the noble gas element with and 75 neutrons in its nucleus and 54 electrons in the neutral atom
    3. the isotope with 33 protons and 40 neutrons in its nucleus
    4. the alkaline earth metal with 88 electrons and 138 neutrons
  6. Write a symbol for each of the following neutral isotopes. Include the atomic number and mass number for each.
    1. the chalcogen with a mass number of 125
    2. the halogen whose longest-lived isotope is radioactive
    3. the noble gas, used in lighting, with 10 electrons and 10 neutrons
    4. the lightest alkali metal with three neutrons
Show Selected Answers

1. (a) He; (b) Be; (c) Li; (d) O

3. (a) krypton, Kr; (b) calcium, Ca; (c) fluorine, F; (d) tellurium, Te

5. (a) {}_{11}^{23}\text{Na} ; (b) {}_{54}^{129}\text{Xe} ; (c) {}_{33}^{73}\text{As} ; (d) {}_{88}^{226}\text{Ra}

Glossary

actinide: inner transition metal in the bottom of the bottom two rows of the periodic table

alkali metal: prvek ve skupině 1

kov alkalických zemin: prvek ve skupině 2

chalkogen: prvek ve skupině 16

skupina: svislý sloupec periodické tabulky

halogen: prvek ve skupině 17

inertní plyn: (také vzácný plyn) prvek ve skupině 18

vnitřní přechodný kov: (také lanthanoid nebo aktinoid) prvek ve spodních dvou řádcích; pokud je v prvním řádku, nazývá se také lanthanoid, pokud je ve druhém řádku, nazývá se také aktinoid

lantanoid: vnitřní přechodný kov v horní části spodních dvou řádků periodické tabulky

prvek hlavní skupiny: (také reprezentativní prvek) prvek ve sloupcích 1, 2 a 12-18

kov: prvek, který je lesklý, kujný, dobře vede teplo a elektřinu

metaloid: prvek, který středně dobře vede teplo a elektřinu a má některé vlastnosti kovů a některé vlastnosti nekovů

šlechtický plyn: (také inertní plyn) prvek ze skupiny 18

nekov: prvek, který se jeví jako matný, špatně vede teplo a elektřinu

period: (také řada) vodorovná řada periodické tabulky

periodický zákon: vlastnosti prvků jsou periodickou funkcí jejich atomových čísel

periodická tabulka: tabulka prvků, která řadí prvky s podobnými chemickými vlastnostmi blízko sebe

původní prvek: prvek ve skupině 15

reprezentativní prvek: (také prvek hlavní skupiny) prvek ve sloupcích 1, 2 a 12-18

série: (také perioda) vodorovná řada periodické tabulky

přechodný kov: prvek ve sloupcích 3-11

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *