A periódusos rendszer csoportjai

Beszéljünk egy kicsit a periódusos rendszer csoportjairól. A csoportok alatt egész egyszerűen a periódusos rendszer oszlopait értjük. Hagyományosan számozással jelöljük őket. Ez az 1. oszlop, azaz az 1. csoport, 2. oszlop, 3. csoport, 4., 5., 6., 7., 8., 9. csoport, 10., 11., 12., 13., 14., 15., 16., 17. és 18. Tudom, most sokan arra gondoltok, mi van az f mező elemeivel? Ha periódusos rendszert szabályosan ábrázolnánk, ezeket mind odébb kellene tolni, jobb kéz felé az egész d és p mezőt, hogy helyet csináljunk az f mező elemeinek, de a hagyomány szerint nem számozzuk őket. Az viszont érdekes, hogy miért nevezzük ezeket az oszlopokat csoportoknak? Nos, ez a periódusos rendszer érdekessége: az, hogy egy oszlopon belül minden elem – – persze azért sok kivétel van – – de az egy oszlopba tartozó elemek többnyire nagyon, nagyon hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek. Ennek az az oka, hogy az egy oszlopba tartozó elemeknek, amelyek azonos csoportba tartoznak, többnyire ugyanannyi elektronja van a külső héján. Többnyire azonos a vegyértékelektronjaik száma. A vegyértékelektronok és a külső héj elektronjai gyakran egybeeső fogalmak, bár van egy kis különbség. A vegyértékelektronok azok az elektronok, amelyek részt vesznek a kémiai reakciókban, ezek pedig általában a külső héj elektronjai. Ez alól persze vannak kivételek, valójában igen sok érdekes kivétel van az átmenetifémek között, a d mezőben, de ezekbe a részletekbe nem megyünk bele. Foglalkozzunk azokkal a csoportokkal, amelyekről itt szó esik majd, és azzal, hogy miért reagálnak nagyon hasonló módon. Lássuk az első csoportot. Az első csoport elemei és a hidrogén kissé különbözőek, mert a hidrogén nem törekszik arra, hogy 8 vegyértékelektront szerezzen. A hidrogén csak azt szeretné, ha két vegyértékelektronja lenne az első héján, mint a héliumnak. Így a hidrogén egyfajta... ...szóval nem sok közös tulajdonsága van az első csoport többi elemeivel, mint ahogyan azt például a második csoport elemeinél látjuk. Az első csoport elemeit a hidrogén kivételével, alkálifémeknek nevezzük. A hidrogén viszont nem alkálifém. Ezek tehát az alkálifémek. Miért olyan hasonlóak a kémiai reakcióik? MIért hasonlítanak annyira a tulajdonságaik? Nos, ennek a megértéséhez elég felidézni az elektronszerkezetüket. A lítiumatom elektronszerkezete például éppen úgy kezd el felépülni mint a héliumatomé, aztán elkezd kiépülni a második héj: 2s1. Ezen egy vegyértékelektron van. Egy elektronja van a külső héján, És a nátrium? A nátriumatomnak éppen úgy kezd kiépülni az elektronszerkezete, mint a neonnak, aztán a harmadik héjjal folytatódik: 3s1. Ennek is egy vegyértékelektronja van, egy elektron a külső héján. Tehát minden narancssárgával jelölt elemnek egyetlen vegyértékelektronja van. Mindannyian arra törekednek, hogy elérjék az oktett szerkezetet, eljussanak az atomok stabil, tökéletes állapotába. Sejtheted, hogy nagyon reakcióképesek, és reakcióik során igyekeznek megszabadulni a külső héjon lévő elektrontól, mint látjuk. Az alkálifémek nagyon reakcióképesek, és a valóban nagyon hasonló tulajdonságaik vannak. Fényesek, puhák és a nagy reakciókészségük miatt nemigen fordulnak elő elemi állapotban, más elemektől elkülönülve. Lássuk a többi csoportot. Eggyel jobbra lépve a következő csoportot alkáliföldfémeknek nevezzük. Ezeknek is nagyon hasonlók a tulajdonságaik, mivel két vegyértékelektronjuk van a külső héjukon. Rájuk is érvényes – bár nem annyira reakcióképesek, mint az alkálifémek – csak előbb hadd írjam ide: alkáliföldfémek, tehát ezeknek is könnyebb 2 elektront leadni, mint 6-ot felvenni, hogy meglegyen a 8. Így ezek is eléggé reakcióképesek, és reakcióik során elveszítik a két külső elektronjukat. Most valami különös következik, amint átlépünk a d mezőbe. Erről már volt szó, amikor az elektronszerkezeteket tárgyaltuk. Ha megvizsgáljuk például a szkandium elektronszerkezetét (ezt lilával írom) Úgy kezdődik, mint az argon, az atompályák feltöltődési sorrendje alapján az elektronszerkezetben 4s2 következne mint a kalcium esetén. De a feltöltődési sorrend szerint a 3d alhéjra is kerül egy elektron, tehát az argon szerkezetét 3d1 majd 4s2 követi. A héjak valós sorrendjét követve a 3d1-et a 4s2 elé írom. Az atompályák feltöltődési sorrendjében úgy tekintünk a d mező elemeire, mint a d pályák feltöltődésének helyére. Mint azt más videókból tudjuk, ez nem teljesen igaz, de elektronszerkezetről alkotott kép kialakításához hasznos lehet. Ezután átugrunk a p mezőre, és elkezdjük feltölteni. Ha például a szénatom elektronszerkezetét nézzük, a szén elektronszerkezete a héliumét követi, ezután átlépünk az s mezőbe: 2s2, majd a p mezőbe: egy, kettő, tehát 2p2. Tehát hány vegyértékelektronja van? A második, azaz a külső héján 2 meg 2, azaz 4 vegyértékelektron van, ami a csoport összes tagjára érvényes. Ezért a szén hasonló kötéseket létesít, mint a szilícium és a csoport többi tagja. Ugyanígy folytathatjuk például az oxigén és a kén esetében, ezek mindketten 2 elektront szeretnének elvenni valakitől, mivel 6 vegyértékelektronjuk van, nyolcat szeretnének, így hasonlóan létesítenek kötéseket. Ez a sárga csoport a halogénelemeké. Saját nevük van, ezek a halogének. Ezek nagyon reakcióképesek, mivel 7 vegyértékelektronjuk van. Semmire sem vágynak jobban, mint még egy vegyértékelektronra, így szívesen lépnek reakcióba, különösen az alkáifémekkel. Végül eljutunk az atomok „paradicsomába”, a nemesgázok közé. Nemesgázoknak nevezzük a 18. csoport elemeit. Mindannyiuk közös tulajdonsága, hogy nem reakcióképesek. Miért nem reagálnak? A külső elektronhéjuk telített. Nincs hiányérzetük, nemesi rangjuk megóvja őket a küzdelmektől. Senki mással sem óhajtanak keveredni.