1. Ο ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ
1.1 Από το χθες…
1. Η ταξινόμηση των χημικών στοιχείων.
Οι άνθρωποι από τη φύση τους θέλουν να πετυχαίνουν σπουδαία αποτελέσματα καταναλώνοντας το λιγότερο δυνατό χρόνο και κόπο. Για το σκοπό αυτό προσπαθούν να ομαδοποιούν τα πράγματα με βάση κοινά κριτήρια ή κοινές ιδιότητες. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται ταξινόμηση και διευκολύνει τη διαχείριση όλων των τομέων της ζωής.
Στη Χημεία η ταξινόμηση των χημικών στοιχείων έγινε με βάση την περιοδικότητα, δηλαδή την επανάληψη των ιδιοτήτων τους με καθορισμένο τρόπο. Με την ταξινόμηση επιτυγχάνεται η μελέτη κατά ομάδες και όχι ξεχωριστά για κάθε άτομο – μέλος της ομάδας και διευκολύνεται η επικοινωνία.
Η ταξινόμηση των χημικών στοιχείων σε ομάδες διευκολύνει τη μελέτη των ιδιοτήτων και των παρασκευών τους.
Γύρω στο 1860 ήταν γνωστά περίπου 60 χημικά στοιχεία και ήταν φανερό ότι υπήρχαν στοιχεία με παρόμοιες ιδιότητες. Για τους επιστήμονες ήταν πρόκληση να τα ταξινομήσουν σε ομάδες, ώστε να είναι ευκολότερη η μελέτη τους.
2. Η ταξινόμηση των χημικών στοιχείων από τον Newlands.
Ένας από τους πρωτοπόρους στην προσπάθεια ταξινόμησης των στοιχείων ήταν ο Newlands. Ο Newlands κατέταξε τα χημικά στοιχεία από το στοιχείο με τα ελαφρύτερα άτομα προς το στοιχείο με τα βαρύτερα άτομα και παρατήρησε ότι οι ιδιότητες του όγδοου στοιχείου έμοιαζαν με τις ιδιότητες του πρώτου, του ένατου με του δεύτερου κλπ.
Έτσι το 1862 εμπνευσμένος από τη μουσική του παιδεία, διατύπωσε τον «κανόνα των οκτάβων», υποστηρίζοντας ότι μετά από μια σειρά επτά «ανόμοιων» στοιχείων ακολουθούν άλλα επτά που «επαναλαμβάνουν» τις ιδιότητες των προηγούμενων.
(Στη μουσική μια οκτάβα περιλαμβάνει 7 διαφορετικές νότες και μια 8η η οποία είναι ίδια με την 1η νότα.)
Ο Newlands παρουσίασε τις ιδέες του το 1864 στη Χημική Εταιρεία του Λονδίνου, η οποία όμως αρνήθηκε να τις δημοσιεύσει, γιατί υπήρχαν προφανή άτοπα, όπως για παράδειγμα ότι ο σίδηρος «έπρεπε» να έχει παρόμοιες ιδιότητες με το οξυγόνο και ο φώσφορος με το μαγγάνιο.
3. Ο περιοδικός πίνακας του Mendeleev.
Ο πρώτος περιοδικός πίνακας των στοιχείων παρουσιάστηκε λίγο πριν το 1870 από το Ρώσο χημικό Mendeleev. Στον πίνακά του τα χημικά στοιχεία κατατάχτηκαν από το στοιχείο με τα ελαφρύτερα άτομα προς αυτό με τα βαρύτερα. Οι οριζόντιες γραμμές του πίνακα ονομάστηκαν περίοδοι και οι κατακόρυφες στήλες ονομάστηκαν ομάδες. Τα στοιχεία που είχαν παρόμοιες ιδιότητες τοποθετήθηκαν στην ίδια ομάδα.
Ο Mendeleev όχι μόνο είχε την οξυδέρκεια να αφήσει στον πίνακά του κενές θέσεις για στοιχεία που δεν είχαν ακόμα ανακαλυφθεί, αλλά σε πολλές περιπτώσεις περιέγραψε ικανοποιητικά και τις ιδιότητες των στοιχείων που «έλειπαν».
1.2 Στο σήμερα: Ο σύγχρονος περιοδικός πίνακας.
1. Περιγραφή του Περιοδικού Πίνακα.
Ο σύγχρονος περιοδικός πίνακας είναι μια κατάταξη των χημικών στοιχείων κατά αύξοντα ατομικό αριθμό. Περιλαμβάνει επτά οριζόντιες γραμμές, οι οποίες ονομάζονται περίοδοι, και δεκαοκτώ κατακόρυφες στήλες, οι οποίες ονομάζονται ομάδες.
Κατά μήκος μιας περιόδου ο ατομικός αριθμός (Ζ) των στοιχείων αυξάνεται από τα αριστερά προς τα δεξιά. Η 1η περίοδος περιλαμβάνει δύο στοιχεία, ενώ η 2η και η 3η περίοδος οκτώ στοιχεία η καθεμία. Η 4η και η 5η περιλαμβάνουν από 18 στοιχεία η καθεμία, ενώ η 6η περίοδος περιλαμβάνει 32 στοιχεία, εκ των οποίων τα 14 βρίσκονται σε παράρτημα εκτός του περιοδικού πίνακα (λανθανίδες και ακτινίδες). Η 7η περίοδος δεν έχει συμπληρωθεί ακόμη.
Όταν μελετώνται τα στοιχεία κατ’ αύξοντα ατομικό αριθμό παρατηρείται μια σχετικά κανονική επανάληψη, δηλαδή μια περιοδικότητα, στις ιδιότητές τους.
· Τα στοιχεία που βρίσκονται στην ίδια ομάδα έχουν παρόμοιες χημικές ιδιότητες,
· ενώ οι ιδιότητες των στοιχείων που βρίσκονται σε μια περίοδο μεταβάλλονται προοδευτικά και έτσι οδηγούμαστε στο νόμο της περιοδικότητας.
2. Νόμος της περιοδικότητας.
Οι ιδιότητες των χημικών στοιχείων είναι περιοδική συνάρτηση του ατομικού τους αριθμού.
3. Ιδιαίτερα ονόματα ομάδων.
Ορισμένες ομάδες στοιχείων του πίνακα έχουν ιδιαίτερα ονόματα:
· τα στοιχεία της 1ης ομάδας, εκτός από το υδρογόνο, ονομάζονται αλκάλια
· τα στοιχεία της δεύτερης ομάδας ονομάζονται αλκαλικές γαίες
· τα στοιχεία της 17ης ομάδας ονομάζονται αλογόνα
· τα στοιχεία της 18ης ομάδας ονομάζονται ευγενή αέρια
Ο περιοδικός πίνακας των στοιχείων εικονίζεται παρακάτω.
1.3 Τα μέταλλα και τα αμέταλλα στον περιοδικό πίνακα.
Τα χημικά στοιχεία με βάση τις ιδιότητές τους διακρίνονται επίσης σε μέταλλα και αμέταλλα. Στον περιοδικό πίνακα τα αμέταλλα καταλαμβάνουν την «επάνω δεξιά περιοχή», ενώ τα μέταλλα, που είναι πολύ περισσότερα, καταλαμβάνουν τον υπόλοιπο πίνακα.
Σε μια περίοδο προχωρώντας από αριστερά προς τα δεξιά (δηλαδή καθώς αυξάνεται ο ατομικός αριθμός) ελαττώνεται ο μεταλλικός χαρακτήρας και αντίστοιχα αυξάνεται ο αμεταλλικός χαρακτήρας των στοιχείων.
1.4 Γιατί υπάρχουν στοιχεία με παρόμοιες ιδιότητες;
Τα άτομα των χημικών στοιχείων αποτελούνται από έναν πυρήνα και τα ηλεκτρόνια που κινούνται γύρω από αυτόν. Τα ηλεκτρόνια ενός ατόμου δεν έχουν όλα την ίδια ενέργεια. Όλα όσα έχουν παραπλήσια ενέργεια κινούνται στον ίδιο χώρο γύρω από τον πυρήνα και θεωρείται ότι δημιουργούν μια «στιβάδα» ηλεκτρονίων. Όσα βρίσκονται πιο κοντά στον πυρήνα, στην πρώτη στιβάδα, έχουν τη λιγότερη ενέργεια, αυτά που βρίσκονται στη δεύτερη στιβάδα έχουν περισσότερη ενέργεια, αυτά που βρίσκονται στην τρίτη ακόμα περισσότερη κτλ.
Οι ιδιότητες των στοιχείων καθορίζονται από τον τρόπο που είναι κατανεμημένα τα ηλεκτρόνια στις στιβάδες. Τα στοιχεία των οποίων τα άτομα έχουν τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων στην εξωτερική στιβάδα, δηλαδή στην πιο απομακρυσμένη στιβάδα από τον πυρήνα, έχουν παρόμοιες ιδιότητες.
Επίσης σε μια ομάδα του περιοδικού πίνακα, προχωρώντας από πάνω προς τα κάτω (δηλαδή καθώς αυξάνεται ο ατομικός αριθμός), οι φυσικές ιδιότητες των στοιχείων (σημείο τήξης, σημείο ξέσης, πυκνότητα κτλ.) παρουσιάζουν βαθμιαία μεταβολή.
3. ΜΕΡΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΚΑΙ ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ
3.1 Μέταλλα και αμέταλλα.
1. Μορφή με την οποία βρίσκονται τα μέταλλα στη φύση.
Τα μέταλλα βρίσκονται στο αριστερό τμήμα του περιοδικού πίνακα. Είναι μη ανανεώσιμοι φυσικοί πόροι και βρίσκονται στο στερεό φλοιό της Γης, συνήθως με τη μορφή ενώσεων με οξυγόνο ή θείο. Τα μέταλλα που δεν είναι δραστικά, όπως ο άργυρος και ο χρυσός, βρίσκονται σε ελεύθερη κατάσταση ως αυτοφυή.
2. Κοινές φυσικές ιδιότητες των μετάλλων.
· Είναι στερεά σώματα, με εξαίρεση τον υδράργυρο που είναι υγρός.
· Έχουν γενικά αργυρόλευκο χρώμα, εκτός από τον χρυσό που είναι κιτρινωπός και το χαλκό που έχει κόκκινη απόχρωση.
· Έχουν «μεταλλική» λάμψη
· Είναι καλοί αγωγοί της θερμότητας.
Παρουσιάζουν ακόμη ένα σύνολο κοινών χαρακτηριστικών ιδιοτήτων, οι οποίες δίνονται στο παρακάτω πίνακα.
| Πίνακας 2: Ιδιότητες μετάλλων | ||||||
| 1. Έχουν μεγάλες πυκνότητες. | ||||||
| 2. Έχουν υψηλά σημεία τήξης. | ||||||
| 3. Έχουν υψηλά σημεία βρασμού. | ||||||
| 4. Είναι καλοί αγωγοί της θερμότητας. | ||||||
| 5. Είναι καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού. | ||||||
| 6. Είναι ελατά, δηλαδή μπορούν να δώσουν ελάσματα. | ||||||
| 7. Είναι όλκιμα, δηλαδή μπορούν να δώσουν σύρματα. | ||||||
3. Εξαιρέσεις.
Όλοι οι κανόνες έχουν τις εξαιρέσεις τους. Έτσι υπάρχουν μέταλλα με πολύ μικρές πυκνότητες, όπως το λίθιο, το νάτριο και το κάλιο, και μέταλλα με σχετικά χαμηλά σημεία τήξης και βρασμού, όπως ο υδράργυρος που είναι υγρός.
