Hoofdstuk 6 Het periodiek systeem

Transcriptie

1 Hoofdstuk 6 Het periodiek systeem De tabel van Mendeleev Metalen en nietmetalen De s, p, d en fblokken Elementen van de 2 e en 3 e periode De hoofdelementgroepen De overgangsmetalen Industrieel belangrijke chemicaliën en processen 6.1 Vroegst bekende elementen: Zilver Koolstof Koper Zwavel Goud Tin IJzer Antimoon Kwik + As ( ontdekt rond 1250) Eerste tabellering van chemische eenvoudige stoffen: A. Lavoisier ( ) Meer elementen gelijkaardigheden binnen groepen van elementen 6.2 1

2 J. Döbereiner (1843): triaden Li, Na, K Ca, Sr, Ba Cl, Br, I etc. Verklaring voor 16 triaden? Pogingen tot systematisering: A.B. Charcontois ( ) J.A.R. Newlands ( ) J.L. Meyer ( ) 6.3 D. Medeleev (1869): publicatie van voorloper van tabel geen onderscheid tussen hoofdgroepelementen overgangselementen 6.4 2

3 Henry Moseley A.B.Chancourtois ( ) J.L.Meyer ( ) A. Lavoisier ( ) J.W.Döbereiner ( ) J.A.R.Newlands ( ) Dimitri Mendeleev ( ) Glenn Seaborg ( ) 6.5 Groepen (18): kolommen in het periodiek systeem gelijkaardige chemische eigenschappen verschillende systemen van nummering 6.6 3

4 Perioden (7): rijen in het periodiek systeem periodieke variatie van eigenschappen, bvb. atoomstraal

5 Metalen en nietmetalen metalen: in de meerderheid links(onder) in het p.s. niet (sterk) gekleurd metaalglans te isoleren in elementaire toestand vast bij kamertemperatuur (behalve Hg) goed vervormbaar goede geleiders van warmte en electriciteit halfmetalen/metalloïden: B, Si, As, Te, At 6.9 s, p, d en fblokken orbitaaltype van zwakst gebonden valentieelectronen hoofdgroep elementen: s + pblok overgangs elementen: d + fblok

6 Het sblok Groep 1A (kolom 1): alkalimetalen [edelgas]ns 1 M M + + 1e Na 2 O, KCl, Rb 2 SO 4 Groep 2A (kolom 2): aardalkalimetalen [edelgas]ns 2 M M e MgO, CaCO 3, BaSO 4 Metalen (behalve H) reageren met H 2 O in metallische vorm sterk negatieve standaard reductiepotentialen 6.11 Het pblok Groepen 3A/7A (kolommen 1317) metalen, halfmetalen, nietmetalen Groep 8A (kolom 18): edelgassen volledig gevulde buitenste electronenschil weinig/niet reactief Groepen 6A en 7A (kolommen 16,17): sterke neiging om electronen op te nemen F, O

7 Het dblok Groepen 1B/8B (kolommen 312) alle metalen = overgangselementen lege gevulde dorbitalen 6.13 Het fblok binnenste overgangselementen ± buiten het periodiek systeem Lathaniden: gelijkaardige eigenschappen als La 3waardige ionen: Sm 3+,... (Ce 4+, Eu 2+ ) zeldzame aarden opvulling van de 4forbitalen Actiniden: gelijkaardige eigenschappen als Ac vele of alle isotopen zijn radioactief opvulling van de 5forbitalen

8 Continue variatie van eigenschappen linksonder (Cs, Ba) vs. rechtsboven (F, O) 6.15 Elementen van de tweede periode: Li, Be, B, C, N, O, F sterk afwijkende eigenschappen t.o.v. de 3e, 4e,... periode electronegativiteit C,N,O,F: kleine afmetingen, hoge electronenaffiniteit nietmetallisch karakter B: covalente, moleculaire verbindingen (BF 3 vs. AlF 3 )

9 De elementen C, N, O nietmetallisch karakter geen dorbitalen; wel 2s, 2p x, 2p y, 2p z orbitalen N: vormt enkel NCl 3 P: vormt PCL 3 én PCL 5 kleine afmetingen efficiënte πoverlap C = C: veelvoorkomend Si = Si: zelden diffuse 3p orbitalen De hoofdgroepelementen Aardkorst Menselijk lichaam alle hoofdgroepelementen, behalve Fe en Ti alle hoofdgroepelementen

10 6.3 De overgangselementen Weinig voorkomende in biologische systemen Zeer belangrijk Fe: hemoglobine Co: vitamine B12 Ni, Cu, Zn: deel van diverse enzymen De overgangselementen Elektronenconfiguraties van KZn: [Ar]3d x 2s 2 in atomen: 3d minder stabiel dan 4s Verwachte Werkelijke Element Z elektronenconfiguratie elektronenconfiguratie K 19 [Ar] 3d 0 4s 1 _ [Ar] 3d 0 4s 1 _ Ca 20 [Ar] 3d 0 4s 2 [Ar] 3d 0 4s 2 Sc 21 [Ar] 3d 1 4s 2 [Ar] 3d 1 4s 2 Ti 22 [Ar] 3d 2 4s 2 _ [Ar] 3d 2 4s 1 _ V 23 [Ar] 3d 3 4s 2 _ _ [Ar] 3d 3 4s 2 _ _ Cr 24 [Ar] 3d 4 4s 2 _ _ _ [Ar] 3d 5 4s 1 _ _ _ _ _ _ Mn 25 [Ar] 3d 5 4s 2 _ _ _ _ _ [Ar] 3d 5 4s 2 _ _ _ _ _ Fe 26 [Ar] 3d 6 4s 2 _ _ _ _ [Ar] 3d 6 4s 2 _ _ _ _ Co 27 [Ar] 3d 7 4s 2 _ _ _ [Ar] 3d 7 4s 2 _ _ _ Ni 28 [Ar] 3d 8 4s 2 _ _ [Ar] 3d 8 4s 2 _ _ Cu 29 [Ar] 3d 9 4s 2 _ [Ar] 3d 10 4s 1 _ Zn 30 [Ar] 3d 10 4s 2 [Ar] 3d 10 4s

11 6.3 De overgangselementen Naamgeving van de groepen 1B, 2B: analoge elektronenconfiguraties als 1A, 1B 1B: Cu [Ar]3d 10 4s 1 1A: K [Ar]4s 1 2B: Zn [Ar]3d 10 4s 2 2A: Ca [Ar]4s 2 3B8B: analoge elektronenconfiguraties als 3A8A elementen van kolommen 9 en 10 (Co, Ni) ook in 8B Co: [Ar]3d 7 4s 2 Ni: [Ar]3d 8 4s 2 1A 2A 3A O 8A De overgangselementen Oxidatietoestanden van Fe: Fe 2+ en Fe 3+ Fe: [Ar] 3d 6 4s 2 _ _ _ _ Fe 2+ : [Ar] 3d 6 4s 0 _ _ _ Fe 3+ : [Ar] 3d 5 4s 0 _ _ _ _ in ionen: 3d meer stabiel dan 4s

12 6.3 De overgangselementen Variatie van smeltpunt = f(aantal ongepaarde e ) (3d 10 4s 2 ): 410 o C (4d 10 5s 2 ): 321 o C (4f 14 5d 10 6s 2 ): 39 o C V: 1910 o C; Mo: 2623 o C; W: 3422 o C De overgangselementen Variatie van atoomstraal toenemende effectieve kernlading toenemende afscherming v/d kern door electronenparen

13 6.3 De overgangselementen Variatie van dichtheid lanthaniden: opvulling van 4f schil toenemende effectieve kernlading toenemende afscherming v/d kern door electronenparen lanthanide contractie: volledige 4f schil schermt kern goed af De overgangselementen Variatie van standaard reductiepotentiaal Reduction + Ti Ni: E o stijgt ( = wordt minder negatief) moeilijker om 4s elektronen te verwijderen naarmate meer 3d electronen aanwezig zijn

14 6.3 De overgangselementen Oxidatietoestanden van 1e reeks overgangselementen afgeven/delen van 3d e afgeven van 4s e vroege overgangsmetalen late overgangsmetalen Industrieel belangrijke chemicaliën en processen De top15 van de chemische industrie Rank Billions of lb Chemical Formula Principal uses Sulfuric acid H2SO Fertilizers,chemicals,oil Nitrogen N Inert atmospheres, cryo Oxygen O Steelmaking, welding Ethylene CH2=CH Plastics, antifreeze Lime CaO, Ca(OH) Steelmaking, chemicals Propylene CH3CH=CH Plastics, fibers, solvents Ammonia NH Fertilizers, NH Chlorine Cl Chemicals, water treat Phosphoric acid H3PO Fertilizers, detergents Sodium hydroxide NaOH Chemicals,textiles,soap Sodium carbonate Na2CO Glassmaking, soaps Methyl tertbutyl ether MTBE Gasoline additive Ethylene dichloride CHCl=CHCl Chemicals, plastics Nitric acid HNO Fertilizers, explosives Ammonium nitrate NH4NO Fertilizers, explosives