4.2 – Det periodiske system

Som flere og flere grundstoffer blev opdaget. Blev det nødvendigt at organiserer dem i en eller anden form for klassificeringssystem. Sidst i 1800-tallet, så videnskabsfolk, at nogle grundstoffer lignede hinanden, og opførte sig meget på samme måde. I 1872, arrangerede den russiske kemiker Dmitri Mendeleev (1837-1907), de 60 grundstoffer som var kendt på den tid, i grupper med lignende egenskaber, og placerede dem i en rækkefølge med stigende atommasser. I dag, kendes dette arrangement af de 118 kendte grundstoffer, som det periodiske system (se figur 4.1).

Figur 4.1 – I det periodiske system, er grupperne grundstofferne arrangeret som lodrette kolonner, og perioderne er grundstofferne arrangeret som vandrette kolonner.

Perioder og grupper

Hvor vandret kolonne i det periodiske system, er en periode (se figur 4.2). Perioden tælles fra toppen af det periodiske system, som periode 1 til 7. Den første periode, indeholder to grundstoffer: hydrogen (H) og helium (He). Den anden periode, indeholder otte grundstoffer: lithium (Li), beryllium (Be), Bor (B), carbon (C), nitrogen (N), oxygen (O), fluor (F), og neon (Ne). Den tredje periode, indeholder også otte grundstoffer, begyndende med natrium (Na) og sluttende med argon (Ar). Den fjerde periode, begynder med kalium (K), og den femte periode begynder med rubidium (Rb), og indeholder hver 18 grundstoffer. Den sjette periode begynder med cæsium (Cs), og indeholder 32 grundstoffer. Den syvende periode, som den ser ud i dag, indeholder 32 grundstoffer, så det periodiske system indeholder i dag 118 grundstoffer.

Figur 4.2 – I det periodiske system, repræsenterer hver lodrette kolonne en gruppe af grundstoffer, og hver vandrette kolonne af grundstoffer, repræsenterer en periode.

Hver lodrette kolonne i det periodiske system, indeholder en gruppe (eller familie) af grundstoffer, som har lignende egenskaber. Grundstofferne i de to første grupper og de sidste seks grupper, kaldes repræsentative grundstoffer.

I det periodiske system, skrives et gruppenummer øverst i hver lodrette kolonne (gruppe). I mange år, havde de repræsentative grundstoffer gruppenumrene 1A-8A. I midten af det periodiske system, findes en blok af grundstoffer, kaldet halvmetaller, der har gruppenumre efterfulgt af bogstavet ”B”. Et nyere system, tildeler numrene 1-18 til alle grupperne, gående fra venstre mod højre henover det periodiske system. Fordi begge systemer stadig er i brug i dag, vises begge på det periodiske system igennem denne tekst, og bliver behandlet i vores gennemgang af grundstoffer og gruppenumre. De to kolonner med 14 grundstoffer kaldet lanthaniderne og actiniderne (eller de indre halvmetaller), der er en del af periode 6 og 7, er placeret i bunden af det periodiske system, for at komprimere pladsen nødvendig, for at vise det periodiske system.

Navne på grupper

Adskillige grupper i det periodiske system, har specielle navne (se figur 4.3). Gruppe 1A (1) grundstoffer – lithium (Li), natrium (Na), kalium (K), rubidium (Rb), cæsium (Cs), og francium (Fr) – er en familie af grundstoffer, kendt som alkalimetaller (se figur 4.4). Grundstofferne i denne gruppe, er skinnende og bløde metaller, som er gode til at lede varme og elektricitet og de har et relativt lavt smeltepunkt. Alkalimetallerne reagerer voldsomt med vand, og danner hvide produkter, når de reagerer med oxygen.

Figur 4.3 – Nogle grupper i det periodiske system, har almindeligt anvendte navne.
Figur 4.4 – Lithium (Li), natrium (Na), og kalium (K), er nogle alkalimetaller fra gruppe 1A (a)

 

 

 

 

 

 

 

Jordalkalimetallerne findes i gruppe 2A (2). Den indeholder grundstofferne beryllium (Be), magnesium (Mg)m calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Br), og radium (Ra). Jordalkalimetallerne er skinnende som grundstofferne i gruppe 1A, men de er ikke nær så reaktive.

Figur 4.5 – Chlor (Cl2), brom (Br2), og iod (I2) er halogener fra gruppe 7A (17).

Halogenerne findes på den højre side af det periodiske system, i gruppe 7A (17). De består af grundstofferne fluor (F), chlor (Cl), brom (Br), iod (I), og astat (At) (se figur 4.5). Halogenerne, specielt fluor og chlor, er stærkt reaktive, og danner villigt forbindelser med de fleste grundstoffer.

Ædelgasserne findes i gruppe 8A (18). De består af helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), og radon (Rn). De er ikke-reaktive, og findes sjældent i forbindelser med andre grundstoffer.

Opgaveeksempel 4.3

Gruppe- og periode numre på nogle grundstoffer

Angiv gruppe- og periode numre på hver af de følgende grundstoffer, og angiv hvert som et repræsentativt grundstof, eller et overgangsmetal.

a. mangan          b. barium          c. guld

Løsning

a. Mangan (Mn) i gruppe 7B (7) og periode 4, er et overgangsmetal
b. Barium (Ba) i gruppe 2A (2) og periode 6, er et repræsentativt grundstof
c. Guld (Au) i gruppe 1B (11) og periode 6, er et overgangsmetal

Metaller, ikke-metaller og halvmetaller

Den tykke zigzag-linje i det periodiske system, adskiller metallerne og ikke-metallerne. Med undtagelse af hydrogen, befinder metallerne sig på den venstre side af denne linje, med ikke-metallerne til højre for den (se figur 4.6). Generelt, er de fleste metaller skinnende faste stoffer, som for eksempel kobber (Cu), guld (Au), og sølv (Ag). Metaller kan formes til tråde (trækbar), eller kan udhamres til et fladt stykke (formbart). Metal er gode til at lede varme og elektricitet. De smelter normalt ved højere temperaturer end ikke-metaller. Alle metaller er faste stoffer ved stuetemperatur, med undtagelse af kviksølv (Hg), som er flydende.

Figur 4.6 – Langs zigzag-linjen i det periodiske system, som adskiller metaller fra ikke-metaller, findes halvmetallerne, som udviser karakteristikker der ses hos metaller og ikke-metaller.

Ikke-metallerne, er ikke særligt skinnende, form-, eller strækbar, og de er ofte dårlige ledere af varme og elektricitet. De har typiske lavt smeltepunkt og lav densitet. Nogle eksempler på ikke-metaller er hydrogen (H), carbon (C), nitrogen (N), oxygen (O), chlor (Cl), og svovl (S).

Med undtagelse af aluminium, er grundstofferne placeret omkring zigzag-linjen, halvmetaller: B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po og At. Halvmetallerne udviser nogle egenskaber der er typiske for metallerne, og andre egenskaber der er typiske for ikke-metallerne. For eksempel er halvmetallerne bedre ledere af varme og elektricitet end ikke-metallerne, men ikke så gode ledere som metallerne. Halvmetallerne er halvledende, fordi de kan ændres til at fungere som henholdsvis ledere eller isolatorer.

Konceptforståelse 4.2

Grupper og perioder i det periodiske system

Betragt grundstofferne aluminium, silicium, og phosphor.

a. I hvilken gruppe og periode ligger de?
b. Angiv hver af dem som et metal, et ikke-metal, eller et halvmetal.

Svar

a. De ligger alle i periode 3. Aluminium er i gruppe A3 (13), silicium er i gruppe 4A (14), og phosphor er i gruppe 5A (15).
b. Aluminium er et metal, phosphor er et ikke-metal, og silicium er et halvmetal.

Opgaveeksempel 4.4

Metaller, ikke-metaller, og halvmetaller

Brug et periodisk system til at klassificere hvert af de følgende grundstoffer ved dets gruppe og periode, hruppenavn (hvis noget), og om det er et metal, et ikke-metal, eller et halvmetal:

a. Na          b. I          c. Sb

Løsning

a. Na (natrium), Gruppe 1A (1), periode 3, er et alkalimetal.
b. I (iod), Gruppe 7A (17), periode 5, halogen, er et ikke-metal.
c. Sb (antimon), Gruppe 5A (15), periode 5, er et halvmetal.

4.3 – Atomet →