Perioodiline tabel: keemiliste elementide määratlus ja ülevaade

Keemiliste elementide perioodilisustabel on kõikehõlmav nimekiri teadaolevatest keemilistest elementidest, mis on paigutatud nende aatominumbrite ehk aatomite prootonite arvu järgi. Aatominumber näitab, mitu prootonit on aatomituumas; see number määrab elemendi identiteedi. Perioodilisustabel kuvab elemente järjestatult ja tõstab esile mustrid ning korduvad keemilised omadused, mis tulenevad elektronide paigutusest aatomi ümber.

Perioodid ja rühmad

Perioodisüsteem on paigutatud perioodideks (horisontaalsed read) ja rühmadeks (vertikaalsed veerud). Praegune tunnustatud tabel sisaldab perioode numbritega 1–7. Perioodis olevad elemendid omavad järjestikuseid aatominumbreid. Näiteks esimeses perioodis on ainult kaks elementi: vesinik ja heelium. Teistes perioodides on rohkem elemente: periood 2 ja 3 sisaldavad kumbki 8 elementi, periood 4 ja 5 sisaldavad 18 elementi, periood 6 kuni 32 elementi (sellesse perioodi kuuluvad ka lantaaniidid) ning periood 7 sisaldab nii looduslikke kui ka sünteetilisi elemente, mille arv on samuti suur (sarnaselt perioodile 6 kuuluvad siia aktinoidid).

Tabeli vertikaalset veergu nimetatakse rühmaks. Tavapärases perioodilisustabelis on 18 rühma ja IUPAC-i reeglite järgi on need nummerdatud 1–18. Rühma elementidel on sageli sarnane elektronide väliskihipaigutus ehk valentsuselektronide arv, mis annab neile sarnased keemilised omadused. Näiteks on 18. rühma elemendid tuntud kui väärisgaasid — need on enamasti inertsed gaasid, mis väga vähe ühinevad teiste aatomitega.

Rühmasüsteemid ja ajalugu

On olemas kaks traditsioonilist grupinumbri süsteemi: vana süsteem rooma numbritega (I, II, III jne) ja uus IUPAC-i poolt soovitatud araabia numbrite süsteem (1–18). 1990. aastal otsustas Rahvusvaheline Puhta ja Rakenduskeemia Liit (IUPAC) kehtestada standardina araabia numbrid, et vältida segadust, mis tekkis vanade erinevate tähistuste vahel.

Elektronkonfiguratsioon, blokid ja keemilised omadused

Perioodilisuse põhjuseks on elektronide korrapärane täitumine energiatasandidel. Elementide omadused sõltuvad eelkõige valentsuselektronidest, mis osalevad keemilistes sidemetes. Perioodilisustabel jaguneb ka blokksüsteemi alusel:

• s-blokk (rühmad 1–2) — hõlmab nt alkali- ja leelismetalle;
• p-blokk (rühmad 13–18) — sisaldab mittemetalle, metalloidseid elemente ja väärisgaase;
• d-blokk ehk üleminekumetallid (rühmad 3–12);
• f-blokk — lantaaniidid ja aktinoidid, mis paigutatakse tavaliselt tabeli allosasse.

Need blokid peegeldavad, millisele alamhulgale järgmine elektron lisandub. Samuti selgitab see, miks rühma sees elemendid käituvad sarnaselt (nt kõik 1. rühma metallid annavad kergesti ühe elektroni ära ja moodustavad ühendeid sarnaste omadustega).

Perioodilised trendid

Perioodilisustabelist võib lugeda mitmeid üldiseid trende, mis on kasulikud elementide ja ühendite omaduste ennustamiseks:

• Aatomiraadius: suureneb rühmas allapoole liikudes ja väheneb perioodil vasakult paremale liikudes.
• Ioonimisenergia: üldjuhul suureneb perioodi vältel vasakult paremale ja väheneb rühmas allapoole minnes.
• Elektronegatiivsus: suureneb perioodi kaupa vasakult paremale ja väheneb rühmas allapoole; see mõjutab sidemete polaarsust.
• Metalsus: suurim vasakul ja alumistel positsioonidel; mitte-metallid paiknevad parempoolsetel rühmadel.

Neist seaduspärasustest tulenevad näiteks alkali- ja halogeenide tugev reaktiivsus ning väärisgaaside vähene reageerimisvõime. Siiski leidub erandeid ja erisusi: näiteks vesinik on eriline element ja tema asukoht tabelis tekitab vaidlusi — ta käitub mõnevõrra nii metallide kui ka mittemetallide moodi.

Lantaaniidid, aktinoidid ja sünteetilised elemendid

Molaarmassilt raskemad read (lantaaniidid ja aktinoidid) paigutatakse sageli tabeli alla, et säilitada tabeli selgus. Paljud aktinoidid ja kõrgema aatominumbriga elemendid on sünteetilised ja väga ebastabiilsed — nende tuumad lagunevad kiiresti radioaktiivselt. Praegu on ametlikult tuntud ja nimetud elemendid aatominumbrini 118 (Oganesson), kuid teadlased uurivad ka võimalusi teoreetiliselt raskemate elementide saamiseks.

Perioodilisustabeli kasutus ja tähtsus

Keemikud, materjaliteadlased, füüsikud ja insenerid kasutavad perioodilisustabelit igapäevatöö vahendina: see aitab ennustada ühendite struktuure, stabilisust, reaktsioonivõimet ja materjalide omadusi. Tabel on aluseks keemilistele valemitele, reaktsioonitasakaaludele ja uute ainete kavandamisele (nt katalüsaatorid, pooljuhid, legeerained).

Ajalugu — Mendelejev ja edasiarendus

Perioodilise tabeli varaseima ja kuulsama versiooni töötas välja vene keemik Dmitri Ivanovitš Mendelejev (1834–1907). Tema 1869. aasta tabel korrapärastas tuntud elementide omadused ja jättis teadlikult tühjad kohad veel avastamata elementidele, ennustades nende omadusi (nt "eka-alumiinium" jt). Tema töö näitas perioodilisuse sügavust ja aitas hiljem uute elementide avastustel. Tema auks nimetati üks hiljem avastatud elementidest mendelejiumiks.

Kokkuvõte

Perioodiline tabel on keemia keskne tööriist: see koondab elementide ajalise arengu, elektronkonfiguratsiooni ja keemilise käitumise ühte visuaalsesse ja loogilisse süsteemi. Tabeli mõistmine võimaldab seletada ja ennustada aineomadusi, sidemete tüüpe ning materjalide käitumist erinevates tingimustes. Kuigi tabeli põhistruktuur on püsiv, täieneb see koos uute elementide leidmise ja teoreetiliste arengutega ning võib tulevikus veel laieneda.

Küsimused ja vastused

K: Mis on perioodilisustabel?

K: Mitu perioodi ja rühma on tavalises perioodilisustabelis?

K: Mis on ühistel elementidel ühes perioodis ühist?

K: Mida ühist on elementidel rühmades?

K: Kes leiutas perioodilisustabelit?

K: Millised on kolm peamist rühma perioodilisussüsteemis?

K: Kuidas saab perioodilisussüsteemi abil täheldada elementide vahelisi mustreid ja seoseid?

Otsing