Tabelul periodic al elementelor

Imaginează-ți că ai 118 elemente și trebuie să le aranjezi astfel încât, doar privind locul unui element, să-i poți ghici comportarea. Exact asta face tabelul periodic. Ideea de bază a fost publicată de Dmitri Mendeleev în 1869, iar el a lăsat chiar locuri libere pentru elemente încă nedescoperite, cărora le-a anticipat proprietățile. Pentru tine, tabelul periodic este cea mai utilă „fițuică” permisă la chimie.

Structura atomului, pe scurt

Atomul are un nucleu format din protoni și neutroni, înconjurat de electroni.

• Numărul atomic $Z$ = numărul de protoni = numărul de electroni din atomul neutru.
• Numărul de masă $A$ = numărul de protoni + numărul de neutroni.
• Numărul de neutroni: $N = A - Z$.

Notația unui atom este $^{A}_{Z}\text{X}$, de exemplu $^{35}_{17}\text{Cl}$ are $17$ protoni, $17$ electroni și $18$ neutroni.

Izotopii sunt atomi ai aceluiași element (același $Z$) cu număr de masă diferit (de exemplu $^{35}\text{Cl}$ și $^{37}\text{Cl}$).

Configurația electronică

Electronii ocupă straturi (numerotate $n = 1, 2, 3, \ldots$ sau K, L, M, …) împărțite în substraturi $s$, $p$, $d$, $f$. Un substrat $s$ poate avea cel mult $2$ electroni, $p$ cel mult $6$, $d$ cel mult $10$, iar $f$ cel mult $14$.

Ordinea de ocupare (după energie) începe astfel:

$$1s \to 2s \to 2p \to 3s \to 3p \to 4s \to 3d \to 4p \to \ldots$$

Observă că $4s$ se ocupă înaintea lui $3d$.

Organizarea tabelului periodic

Tabelul are 7 perioade (rânduri) și 18 grupe (coloane). În manualele românești vei întâlni și notația veche: grupele principale IA–VIIIA și grupele secundare B.

Legea periodicității: proprietățile elementelor variază periodic în funcție de numărul atomic $Z$.

Legătura dintre configurație și poziție:

• numărul perioadei = numărul de straturi ocupate cu electroni;
• pentru grupele 1 și 2 (IA, IIA), numărul grupei = numărul de electroni de valență;
• pentru grupele 13–18 (IIIA–VIIIA), numărul de electroni de valență = numărul grupei − 10 (heliul, cu doar 2 electroni, este excepția din grupa 18).

Blocurile: elementele din grupele 1–2 formează blocul s, cele din grupele 13–18 blocul p, metalele tranziționale (grupele 3–12) blocul d, iar lantanidele și actinidele blocul f.

Cum variază proprietățile

Explicația: într-o perioadă, numărul de straturi rămâne același, dar sarcina nucleului crește, deci electronii sunt atrași mai puternic. Într-o grupă, fiecare element are un strat în plus, deci electronii de valență sunt mai departe de nucleu.

Metalele (în stânga) cedează ușor electroni și formează ioni pozitivi: $\text{Na} \to \text{Na}^{+} + e^-$. Nemetalele (în dreapta) acceptă electroni și formează ioni negativi: $\text{Cl} + e^- \to \text{Cl}^{-}$. Gazele rare (grupa 18) au configurații stabile și reacționează foarte greu.

Exemple rezolvate

Exemplul 1: clorul ($Z = 17$)

Configurația: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$.

• straturi ocupate: 3, deci perioada 3;
• electroni de valență: $3s^2 3p^5$, adică $7$, deci grupa 17 (VIIA), blocul p;
• îi lipsește un electron până la octet, deci este un nemetal care formează ionul $\text{Cl}^{-}$.

Exemplul 2: calciul ($Z = 20$)

Configurația: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2$ (după $3p$ urmează $4s$, nu $3d$).

• straturi ocupate: 4, deci perioada 4;
• electroni de valență: $4s^2$, deci grupa 2 (IIA), blocul s;
• este un metal care cedează 2 electroni și formează $\text{Ca}^{2+}$.

Pentru izotopul $^{40}_{20}\text{Ca}$: $N = 40 - 20 = 20$ neutroni.

Exemplul 3: comparații în perioadă și în grupă

Ordonează Na ($Z = 11$), Mg ($Z = 12$) și Cl ($Z = 17$) după rază și după electronegativitate.

Toate sunt în perioada 3, iar $Z$ crește de la Na la Cl. Deci:

• raza atomică: $\text{Na} > \text{Mg} > \text{Cl}$;
• electronegativitatea: $\text{Cl} > \text{Mg} > \text{Na}$.

În grupa 1, de la Li la Na și apoi la K, raza crește, electronul de valență este cedat tot mai ușor, iar reactivitatea față de apă crește: litiul reacționează liniștit, potasiul mult mai violent.

Greșeli frecvente

• Confuzia între $A$ și $Z$. $Z$ (numărul mic, jos) dă identitatea elementului; $A$ (numărul mare, sus) include și neutronii.
• Ordinea $3d$ / $4s$. La potasiu și calciu, electronii intră în $4s$, nu în $3d$.
• Numărul grupei pentru blocul p. Clorul are 7 electroni de valență, dar este în grupa 17. În notația veche este VIIA, iar cifra romană coincide cu numărul de electroni de valență.
• Tendințele inversate. Raza scade spre dreapta în perioadă, chiar dacă atomii au mai mulți electroni: crește atracția nucleului.
• Electronii ionilor. $\text{Na}^{+}$ are $10$ electroni, nu $11$; $\text{Cl}^{-}$ are $18$, nu $17$.

Pe scurt

• $Z$ = protoni = electroni (în atomul neutru), $N = A - Z$.
• Perioada = numărul de straturi; grupa se deduce din electronii de valență.
• Raza și caracterul metalic cresc în jos și spre stânga; electronegativitatea și caracterul nemetalic cresc în sus și spre dreapta.
• Metalele formează ioni pozitivi, nemetalele ioni negativi, ca să ajungă la o configurație stabilă.