• pierwiastek chemiczny

Pierwiastek chemiczny jest to substancja składająca się z atomów o takiej samej liczbie protonów w jądrze (tej samej liczbie atomowej Z). Atomy, które mają identyczną liczbę protonów w jądrze, natomiast różnią się liczbą neutronów, zwane są izotopami. Ponieważ izotopy mają różne masy atomowe, różnią się one także niektórymi właściwościami fizycznymi. Większość naturalnych pierwiastków jest mieszanina izotopów. Największą liczbę trwałych izotopów ma Sn (cyna)- jest ich 10. Natomiast pierwiastków, które występują w postaci tylko jednego izotopu jest 22. Są to m.in. beryl, sód, fluor, glin, fosfor, skand, wanad, mangan, kobalt, astat, niob, bizmut i złoto.

Pierwiastki chemiczne mogą występować także w różnych odmianach krystalograficznych. Zjawisko takie zwane jest alotropią. Przykładem pierwiastka, występującego w kilku odmianach alotropowych jest węgiel (może występować w formie grafitu, diamentu lub fullerenu albo nanorurki).

W przyrodzie występują 82 pierwiastki, a łącznie z tymi, które zostały otrzymane sztucznie jest ich 118. Samoistnemu rozpadowi jąder pierwiastków promieniotwórczych, występujących w przyrodzie, towarzyszy emisja promieniowania i powstawanie innych pierwiastków. Jest to tzw. promieniotwórczość naturalna. Natomiast przemiana jąder pierwiastków niepromieniotwórczych w inne może zajść jedynie w wyniku bombardowania cząstkami o bardzo wysokiej energii (promieniotwórczość sztuczna). Do tego celu stosowane są na przykład protony, neutrony, deuterony, promienie gamma. Promieniotwórczość ma bardzo szerokie zastosowanie w medycynie, przemyśle oraz w laboratoriach badawczych.

Najogólniej pierwiastki chemiczne możemy podzielić na: metale, niemetale i półmetale.

Metale charakteryzują się metalicznym połyskiem oraz dobrym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym. Są kowalne, ciągliwe i przeważnie maja niską elektroujemność. Pod względem chemicznym charakteryzują się tym, że ich atomy mogą tracić elektrony. W temperaturze pokojowej wszystkie metale (oprócz rtęci) są ciałami stałymi Większość pierwiastków chemicznych układu okresowego i ich stopy to właśnie metale.

Kolejna grupę pierwiastków stanowią niemetale (niepoprawna nazwa metaloidy). Cechy niemetali są bardzo zróżnicowane i nie jest możliwe podanie właściwości charakteryzujących wszystkie pierwiastki niemetaliczne. Do niemetali zaliczane są gazy (tlen, wodór, azot), a także ciała stałe (siarka, węgiel, fosfor) i ciecze (brom w warunkach normalnych).

Półmetale to pierwiastki o właściwościach pośrednich między niemetalami i metalami. Są one półprzewodnikami i zaliczamy do nich między innymi krzem, bor, arsen, gal, astat i selen.

  • układ okresowy pierwiastków

Twórcą pierwszego układu okresowego był rosyjski chemik, profesor uniwersytetu w Sankt Petersburgu, Dmitrij I. Mendelejew (1834-1907). W opublikowanym przez niego w 1689 roku układzie okresowym znajdowało się już ponad 90 pierwiastków, które uporządkowane były według wzrastających mas atomowych. Pozostawił on także puste miejsca tam, gdzie znane wówczas pierwiastki znacznie różniły się masami i właściwościami. Zatem tablica Mendelejewa nie tylko porządkowała, ale także przewidywała istnienie i właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków jeszcze nie odkrytych. Puste pola zostały pozostawione dla pierwiastków później odkrytych, takich jak: german, gal, skand, itr, technet, ind, cer i ren.

Układ okresowy, stworzony przez Mendelejewa, był wyrazem sformułowanego przez niego w 1869 roku empirycznego prawa okresowości, które w swej pierwotnej postaci mówiło, że właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków są zależne od ich mas atomowych i zmieniają się okresowo. Obecnie wiemy, że twierdzenie to jest błędne, a o właściwościach pierwiastków decyduje liczba atomowa (liczba protonów w jądrze). Współczesne prawo okresowości stwierdza, że własności pierwiastków zmieniają się w sposób regularny, okresowy i nieprzypadkowy, wraz ze wzrostem liczby atomowej i są zależne od budowy atomu danego pierwiastka.

Współczesny układ okresowy to rozbudowana tabela, która zestawia wszystkie pierwiastki chemiczne według ich wzrastającej liczby atomowej i powtarzających się cyklicznie podobieństw we właściwościach. Umożliwia ona przewidzenie stopnia utlenienia oraz właściwości chemicznych pierwiastka na podstawie jego położenia w tablicy. Kolumny pionowe układu okresowego to grupy (wyróżniamy 18 grup), natomiast szeregi poziome zwane są okresami (jest ich 7). Atomy pierwiastków występujących w tym samym okresie mają identyczną liczbę powłok elektronowych, a znajdujące się w takich samych grupach - tę samą liczbę elektronów walencyjnych. W dwóch pierwszych grupach układu okresowego znajdują się pierwiastki o silnych właściwościach metalicznych, natomiast w trzech przedostatnich grupach umieszczone są atomy pierwiastków o właściwościach niemetalicznych. Ostatnia grupa to gazy szlachetne. Przechodząc w dół grupy obserwuje się wzrost właściwości metalicznych, dlatego też frans jest najlepszym metalem, natomiast fluor najlepszym niemetalem

Podstawą dzisiejszego układu okresowego pierwiastków jest konfiguracja elektronowa, która dzieli układ na bloki s, p, d oraz f. Pierwiastki, których atomy lub jony mają niecałkowicie wypełniona podpowłokę d (tytanowce, skandowce, cynkowce, miedziowce, niklowce, kobaltowce, żelazowce, manganowce, chromowce i wanadowce), nazywane są pierwiastkami zewnętrznoprzejściowymi, te zaś, których atomy lub jony mają niecałkowicie wypełnioną podpowłokę f, pierwiastkami wewnętrznoprzejściowymi (lantanowce i aktynowce).

Najczęściej spotykane wersje układu okresowego to forma krótka (opracowana przez Mendelejewa i uzupełniona wynikami późniejszych odkryć), oraz forma długa, najczęściej używana (opracowana w 1905 roku przez Alfreda Wernera), która zawiera 18 grup (helowce, litowce, berylowce, borowce, węglowce, azotowce, tlenowce, fluorowce- dawniej grupy główne, lantanowce, aktynowce, niklowce, kobaltowce, żelazowce, manganowce, chromowce, wanadowce, tytanowce, skandowce, miedziowce, tytanowce- dawniej określane jako grupy poboczne).