Temeljne karakteristike
periodičke tablice elemenata

Petar Vrkljan* i Nenad Judaš**

* Petrinjska 6, 10 000 Zagreb, RH
[email protected]
** Zavod za opću i anorgansku kemiju, PMF,
Zvonimirova 8, 10 000 Zagreb, RH
[email protected]

Za početak definirajmo pojmove tablica i sustav. Pojam tablice podrazumijeva dvodimenzionalnost, dakle samo dvije koordinate, a pojam sustava podrazumijeva tri ili više koordinata. Osobina i tablice i sustava je raspored simbola od kojih svaki vrijedi za jedan u nizu sličnih objekata. Objekti su slični po svojstvu (ili svojstvima) koje mjerimo ili izabiremo na jednak način iako se vrijednosti koje dobivamo razlikuju za svaki objekt.1

Objekti modernog periodnog sustava elemenata su atomi elemenata, a svojstva atomski parametri: redni broj, efektivni naboj, energija ionizacije, atomski polumjeri, elektronegativnost i elektronska konfiguracija.

Atom je građen od jezgre i odgovarajućeg broja elektrona. U kemijskim vezama, međutim, sudjeluju samo valentni elektroni, a ostatak atoma (jezgra i unutarnji elektroni) ostaje nepromijenjen. Taj nepromjenljivi dio atoma dobro je zvati srž atoma (eng. atomic core).

Energija ionizacije, polumjeri i elektronegativnost ovise o sili kojom srž atoma privlači valentne elektrone. To privlačenje ovisi o naboju jezgre umanjenom za parametar zastiranja. Naboj jezgre umanjen za parametar zastiranja zovemo efektivni naboj. Parametar zastiranja ovisi o broju unutarnjih elektrona i manje o odbijanju vanjskih elektrona međusobno.

Unutar periode efektivni naboj raste s lijeva na desno jer je parametar zastiranja jednak, a naboj jezgre ima cjelobrojni pomak za jedan na više. Niz grupu (skupinu) efektivni naboj opada jer broja unutarnjih elektrona raste razmjerno više prema naboju jezgre. Uočljivo je dakle da efektivni naboj unutar periodičke tablice elemenata raste s lijeva na desno i odozdo prema gore. Budući da su energije ionizacije i elektronegativnosti proporcioanlne efektivnom naboju i one slijede isto pravilo. Atomski polumjeri pak, obrnuto su proporcionalni efektivnom naboju.

Prema L. C. Allenu elektronegativnost je prosječna jednoelektronska energija elektrona vanjske ljuske u osnovnom stanju slobodnih atoma.2,3,4 Dana je sljedećom jednadžbom,

c _spec = (me _p + ne _s) / (m + n)

gdje je c spec elektronegativnost, m i n su brojevi p i s valentnih elektrona, a e p i e s njihove energije ionizacije. Uporabljene energije ionizacije dobivene su fotoelektronskom spektroskopijom, a nastaju mjerenjem kinetičke energije elektrona izbačenih iz atoma monokromatskim UV ili X zračenjem. Te vrijednosti jednake su za sve elektrone iste podljuske. Primjerice za ugljik e s = 1,72 MJ mol- 1, a e p = 1,09 MJ mol- 1 tako da je

c _spec = [ 2(1,72) + 2(1,09)] / (2 + 2) = 1,41 MJ mol- ¹.

Za prilagođavanje ovako dobivenih vrijednosti skalama L. Paulinga i A. Allred- E. Rochowa, prema Allenu, množimo ih s 1,82. Tako nastaje sljedeća tablica.

Tablica 1. Elektronegativnosti elemenata.

Iz tablice je vidljivo ne samo da vodik pripada prvoj grupi nego i da helij pripada drugoj.

Do istih rezultata došao je i P. Vrkljan na temelju dijagrama prosječnih energija ionizacije valentnih elektrona.5 Prosječne energije ionizacije dobio je zbrajanjem sukcesivnih energija ionizacije dobivenih iz emisijskih linijskih spektara. Njihove vrijednosti nisu jednake za elektrone iste podljuske. Zbroj energija ionizacije podijeljen s njihovim brojem daje prosječnu energiju ionizacije. Posljedak je sljedeći dijagram:

Tablica 2. Prosječne energije ionizacije valentnih elektrona dane u kJ mol- 1

Sada je sasvim jasno da vodik pripada prvoj grupi, a helij drugoj. Uočite da je energija ionizacije prvog člana skupine bitno veća od energija ionizacije ostalih članova čije se energije postupno smanjuju. Prividne anomalije u trećoj i četvrtoj grupi i kongenerima u višim periodama posljedica su specifičnih karakteristika elektronskih struktura.

Poradi utvrđivanja pripadnosti elektrona istoj ljusci ili podljusci potrebno je drugu energiju ionizacije podijeliti s dva, treću s tri, četvrtu s četiri itd., i uporediti. Oni elektroni koji pripadaju istom energijskom nivou imaju približno jednake tako izračunate vrijednosti.7 Primjerice energije ionizacije, u eV, za Al su: I1 = 6,0, I2 = 18,8, I3 = 28,5, I4 = 120,0 itd. Slijedi I1 / 1 = 6,0, I2 /2 = 9,4, I3 /3 = 9,5, I4 /4 = 30,0 itd. Iz prve tri vrijednosti slijedi da su odgovarajući elektroni u istoj ljusci i to jedan u p podljusci, a druga dva u s podljusci.

Predlažemo sljedeću periodičku tablicu
.

Simboli Rf, Db, Sg, Bh, Hs i Mt uzeti su po preporuci IUPAC- a za elemente rednih brojeva od 101 do 109. Delegati iz 40 zemalja prihvatili su glasovanjem (64 : 5, 12 suzdržanih) izvješće CNIC- a (zainteresirani mogu pronaći više informacija na adresi http:// jchemed.chem.wisc.edu /).8

Literaturna vrela

1. Hefferlin C
   Periodic Systems and their relation to the systematic analyses of molecular data,
   chap. 15, p. 556, Edwin Mellen Press, Ontario, 1989.
2. Allen LC
   J Am Chem Soc
   111 (1989) 9003 - 9014.
3. Mulliken RS
   J Chem Phys
   2 (1934) 782 - 793.
4. Pauling LC
   J Am Chem Soc
   54 (1932) 3570 - 3582.
5. Vrkljan P
   Najbolji oblik periodne tablice,
   XIV. Skup hrvatskih kemičara, Zbornik sinopsisa, I- 413, Zagreb, 1995.
6. Emsley J
   The Elements,
   Oxford University Press, 1989.
7. Pimentel G
   Understanding Chemistry,
   chap. 13, Holden- Day, San Francisco, 1971.
8. J Chem Ed
   74(11) (1997) 1258.