Właściwości fizykochemiczne a położenie pierwiastka w układzie okresowym

Znajomość położenia pierwiastka w układzie okresowym często pozwala przewidzieć jego właściwości chemiczne i fizyczne. Wszystko za sprawą tego, że pewne z nich zmieniają się w określony sposób w grupach i okresach. Można w ten sposób w przybliżeniu okreslić właściwości pierwiastka będącego w tej samej grupie, co pierwiastek, którego właściwości znamy. Określając, że dana właściwość rośnie w grupie, mamy na myśli, że rośnie wraz ze wzrostem liczby atomowej pierwiastków stanowiących daną grupę.

bg‑gold

Charakter metaliczny

Charakter metaliczny pierwiastków polega na łatwym oddawaniu elektronu lub elektronów walencyjnych. Proces ten zachodzi łatwo, jeśli wymaga dostarczenia niewielkiej energii, a więc dotyczy pierwiastków charakteryzujących się niską wartością energii jonizacji. Właściwości metaliczne pierwiastków bloku $s$ wynikają z faktu, że posiadają one jeden lub dwa elektrony walencyjne, czyli niewiele do odłączenia. Im dalej od jądra atomowego znajduje się elektron walencyjny, tym łatwiej go oderwać, ponieważ działają na niego słabsze siły przyciągania. Właściwości metaliczne pierwiastków bloku $p$ są związane właśnie z dużą odległością elektronów walencyjnych od jądra atomowego, w porównaniu do niemetali będących również w bloku $p$ . Charakter metaliczny, a więc również aktywność metali, rośnie dla kolejnych pierwiastków danej grupy układu okresowego.

Charakter metaliczny pierwiastków wiąże się ze zdolnością oddawania elektronu lub elektronów walencyjnych. Proces ten zachodzi łatwo, jeśli wymaga dostarczenia niewielkiej energii, a więc dotyczy pierwiastków charakteryzujących się niską wartością energii jonizacji. Jak już ustaliliśmy wcześniej, energia jonizacji (pomijając wyjątki) rośnie w okresie (biorąc pod uwagę tylko gtupy główne), a zatem charakter metaliczny maleje w okresie. Najsilniejsze właściwości metaliczne posiadają pierwiastki bloku s, nieco słabsze pierwiastki bloku d, natomiast najlżejsze pierwiastki bloku p to głównie niemetale.

bg‑gold

Charakter niemetaliczny

Charakter niemetaliczny pierwiastków polega na łatwym przyłączaniu elektronów do powłoki walencyjnej. Proces ten zachodzi łatwo, jeśli w jego wyniku wydziela się dużo energii, a więc dotyczy pierwiastków charakteryzujących się wysoką wartością powinowactwa elektronowego. Właściwości niemetaliczne są tym silniejsze, im powłoka walencyjna jest bliżej jądra atomowego. Zatem charakter niemetaliczny i aktywność niemetali maleją w dół grupy układu okresowego.

Charakter niemetaliczny pierwiastków polega na przyłączaniu elektronów do powłoki walencyjnej. Proces ten zachodzi łatwo, jeśli w jego wyniku wydziela się dużo energii, a więc dotyczy pierwiastków charakteryzujących się wysoką wartością powinowactwa elektronowego. Najwyższe wartości powinowactwa elektronowego posiadają pierwiastki $17 .$ grupy. Charakter niemetaliczny rośnie zatem w stronę prawą w okresie, a więc ze wzrostem liczby atomowej.

Polecenie 1

Jak zmieniają się właściwości fizyczne i chemiczne pierwiastków w obrębie grup i okresów układu okresowego? Zapoznaj się z treścią poniższych filmów i wykorzystaj zdobytą z nich wiedzę do rozwiązania ćwiczeń.

R1MAiaCq2AMvw

Film edukacyjny pt. „Jak zmieniają się właściwości pierwiastków w obrębie grup układu okresowego?"
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1X3G1CUaBM0Z1

Film edukacyjny pt. „Jak zmieniają się właściwości pierwiastków w obrębie okresów układu okresowego?"
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ćwiczenie 1

Uwzględniając struktury elektronowe atomów, odpowiedz, dlaczego energia jonizacji magnezu jest wyższa od energii jonizacji glinu.

R1LnP9Q81hExs

Ćwiczenie 2

Połącz w pary pierwiastki z odpowiadającymi im wartościami promieni atomowych.

R1B22fzjFdNgq

Ilustracja przedstawia układ okresowy pierwiastków. Pierwiastek o symbolu B należy do trzynastej grupy, drugiego okresu, liczba atomowa 5, masa atomowa 10,81. Pierwiastek o symbolu Al należy do trzynastej grupy, trzeciego okresu, liczba atomowa 13, masa atomowa 26,98; pierwiastek o symbolu Ga należy do trzynastej grupy, czwartego okresu, liczba atomowa 31, masa atomowa 69,72; pierwiastek o symbolu In należy do trzynastej grupy, piątego okresu, liczba atomowa 49, masa atomowa 114,82. — Źródło: GroMar Sp. z o.o., na podstawie Atkins P., Jones L., *Chemia ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, Warszawa 2016., licencja: CC BY-SA 3.0.*

RlgEkAXTyV8kc

Ćwiczenie 3

Uzupełnij poniższe zdania dotyczące charakteru metalicznego. Wstaw odpowiednie słowa, wybierając z poniższych.

RiClhIP4Syz25

Ćwiczenie 4

Uszereguj metale: $K$ , $Na$ , $Li$ według:

R1LCWmGlY4H7f

RQRCV1VsZTjG4

RpFsXcq65ZnPV

Są to pierwiastki $I$ grupy układu okresowego, metale ułożone w kolejności: $Li$ , $Na$ , $K$ .

Ćwiczenie 5

Poniżej przedstawiono fragment układu okresowego pierwiastków z zaznaczonymi wartościami elektroujemności wg skali Paulinga, przedstawiający atomy znajdujące się w 2. okresie. Wstaw strzałki, których groty będą przedstawiały w prawidłowym kierunku wzrost danej właściwości fizycznej.

R1YIGwc3Hvk4U

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RRE0DLd4gznKO

\overset{elektroujemność}{\to}

\overset{promień atomowy}{\leftarrow}

Elektroujemność wzrasta od boru do fluoru, dla którego osiąga największą wartość. Z kolei promień atomowy wzrasta w przeciwnym kierunku, to jest od fluoru do boru.

Ćwiczenie 6

Zaznacz poprawne stwierdzenia.

R1JaQnMakXA6Q

Ćwiczenie 7

Odpowiedz na pytanie. Dlaczego wraz ze wzrostem liczby atomowej reaktywność metali w okresie maleje?

Rqq8z2GKc0hzS

RwTLssETEVvGL3

Ćwiczenie 8

Uzupełnij poniższe zdania dotyczące promieni atomowych, jonowych oraz energii jonizacji wybranych pierwiastków. Użyj słów przedstawionych poniżej. Promień atomu bromu jest 1. maleje, 2. większa, 3. mniejszą, 4. mniejszy, 5. większa, 6. większy, 7. zwiększa się, 8. mniejszy, 9. mniejsza, 10. większa, 11. mniejsza, 12. mniejsza, 13. mniejszy, 14. mniejszy, 15. większy, 16. wzrasta, 17. większy, 18. zmniejsza się, 19. większy, 20. większą od promienia atomu fluoru. Anion chlorkowy jest 1. maleje, 2. większa, 3. mniejszą, 4. mniejszy, 5. większa, 6. większy, 7. zwiększa się, 8. mniejszy, 9. mniejsza, 10. większa, 11. mniejsza, 12. mniejsza, 13. mniejszy, 14. mniejszy, 15. większy, 16. wzrasta, 17. większy, 18. zmniejsza się, 19. większy, 20. większą od anionu bromkowego. Atom magnezu posiada 1. maleje, 2. większa, 3. mniejszą, 4. mniejszy, 5. większa, 6. większy, 7. zwiększa się, 8. mniejszy, 9. mniejsza, 10. większa, 11. mniejsza, 12. mniejsza, 13. mniejszy, 14. mniejszy, 15. większy, 16. wzrasta, 17. większy, 18. zmniejsza się, 19. większy, 20. większą promień od atomu wapnia. Kation strontu jest 1. maleje, 2. większa, 3. mniejszą, 4. mniejszy, 5. większa, 6. większy, 7. zwiększa się, 8. mniejszy, 9. mniejsza, 10. większa, 11. mniejsza, 12. mniejsza, 13. mniejszy, 14. mniejszy, 15. większy, 16. wzrasta, 17. większy, 18. zmniejsza się, 19. większy, 20. większą od kationu wapnia. Wraz ze wzrostem liczby atomowej pierwiastków chemicznych należących do tej samej grupy, promień atomowy 1. maleje, 2. większa, 3. mniejszą, 4. mniejszy, 5. większa, 6. większy, 7. zwiększa się, 8. mniejszy, 9. mniejsza, 10. większa, 11. mniejsza, 12. mniejsza, 13. mniejszy, 14. mniejszy, 15. większy, 16. wzrasta, 17. większy, 18. zmniejsza się, 19. większy, 20. większą, ponieważ liczba powłok elektronowych wypełnionych elektronami 1. maleje, 2. większa, 3. mniejszą, 4. mniejszy, 5. większa, 6. większy, 7. zwiększa się, 8. mniejszy, 9. mniejsza, 10. większa, 11. mniejsza, 12. mniejsza, 13. mniejszy, 14. mniejszy, 15. większy, 16. wzrasta, 17. większy, 18. zmniejsza się, 19. większy, 20. większą.

Pierwsza energia jonizacji atomu węgla jest 1. maleje, 2. większa, 3. mniejszą, 4. mniejszy, 5. większa, 6. większy, 7. zwiększa się, 8. mniejszy, 9. mniejsza, 10. większa, 11. mniejsza, 12. mniejsza, 13. mniejszy, 14. mniejszy, 15. większy, 16. wzrasta, 17. większy, 18. zmniejsza się, 19. większy, 20. większą od pierwszej energii jonizacji atomu krzemu, ponieważ im mniejszy promień atomowy, tym energia jonizacji jest 1. maleje, 2. większa, 3. mniejszą, 4. mniejszy, 5. większa, 6. większy, 7. zwiększa się, 8. mniejszy, 9. mniejsza, 10. większa, 11. mniejsza, 12. mniejsza, 13. mniejszy, 14. mniejszy, 15. większy, 16. wzrasta, 17. większy, 18. zmniejsza się, 19. większy, 20. większą. Atom selenu posiada 1. maleje, 2. większa, 3. mniejszą, 4. mniejszy, 5. większa, 6. większy, 7. zwiększa się, 8. mniejszy, 9. mniejsza, 10. większa, 11. mniejsza, 12. mniejsza, 13. mniejszy, 14. mniejszy, 15. większy, 16. wzrasta, 17. większy, 18. zmniejsza się, 19. większy, 20. większą wartość energii jonizacji od atomu siarki, ponieważ im większy promień atomowy, tym wartość energii jonizacji jest 1. maleje, 2. większa, 3. mniejszą, 4. mniejszy, 5. większa, 6. większy, 7. zwiększa się, 8. mniejszy, 9. mniejsza, 10. większa, 11. mniejsza, 12. mniejsza, 13. mniejszy, 14. mniejszy, 15. większy, 16. wzrasta, 17. większy, 18. zmniejsza się, 19. większy, 20. większą.

Ćwiczenie 9

Poniżej przedstawiono fragment układu okresowego pierwiastków.

RESQmtCgBfc5B

Ilustracja do ćwiczenia
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Spośród pierwiastków widocznych na załączonym fragmencie układu okresowego wybierz te, które spełniają wymienione poniżej właściwości. W puste pola wpisz symbole pierwiastków.

R1UPZhZVRoKnW

Ćwiczenie 9

R14M9EUIiVG4f

Ćwiczenie 10

Strzałki na rysunku przedstawiają zmiany właściwości pierwiastków na tle układu okresowego. Na podstawie rysunku uzupełnij poniższą tabelę dotyczącą zmiany niektórych właściwości pierwiastków. W rozważaniach należy wziać pod uwagę tylko pierwiastki grup głównych, 1., 2. i 13.-17.

Zapoznaj się z opisem rysunku. Strzałki przedstawiają zmiany właściwości pierwiastków na tle układu okresowego. Na podstawie rysunku uzupełnij poniższą tabelę dotyczącą zmiany niektórych właściwości pierwiastków. W rozważaniach należy wziać pod uwagę tylko pierwiastki grup głównych $1 .$ , $2 .$ , od $13 .$ do $17 .$ .

RK1bkkXtAgm7j

Ilustracja przedstawia układ okresowy pierwiastków. Nad układem jest pozioma strzałka skierowana w lewo o numerze 1, pod układem w prawo o numerze 2. — Informacja do ćwiczenia nr 1
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1cjpqI6DbC5e

RwTLssETEVvGL3

Ćwiczenie 11

Ćwiczenie 12

Strzałki na rysunku przedstawiają kierunek wzrostu właściwości pierwiastków $2 .$ i $17 .$ grupy układu okresowego. Na podstawie rysunku zaznacz odpowiednie komórki tabeli dotyczącej zmian niektórych właściwości pierwiastków.

Strzałki na rysunku przedstawiają kierunek wzrostu właściwości pierwiastków $2 .$ i $17 .$ grupy układu okresowego. Na podstawie opisu rysunku zaznacz odpowiednie komórki tabeli dotyczącej zmian niektórych właściwości pierwiastków.

RGyiL0QkhctAN

Ilustracja przedstawia puste pola układu okresowego. Po lewej stronie układu jest pionowa czerwona strzałka skierowana w dół i opisana numerem 1, po prawej niebieska pionowa skierowana w górę opisana numerem 2. — Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

RH8FEaEmXBCwj

Polecenie 2

Sporządź mapę pojęciową, która podsumuje jak zmieniają się różne właściwości pierwiastków w układzie okresowym. Przenalizuj poniższy układ okresowy porównując właściwości poszczególnych pierwiastków w obrębie grup i okresów i przedstaw wynik analizy za pomocą mapy pojęciowej

R119TFDECPLGG1

Budowa układu okresowego
Źródło: Michał Szymczak, licencja: CC BY-SA 3.0.

R1MMRU3PUG43Z

bg‑blue

Notatnik

R17TY7A3VUjRk

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Jak zbudowany jest układ okresowy?

Słownik

Charakter metaliczny

Charakter niemetaliczny

Notatnik