Kemi A/Grundämnenas släktskap

Från Wikibooks
Hoppa till navigering Hoppa till sök

Kemi A | Introduktion | Atomernas byggnad | Grundämnenas släktskap | Kemisk bindning | Storheter
Reaktionsformler | Syrabasreaktioner | Oxidation och reduktion | Kolföreningar | Aggregationsformerna
Kemi B | Introduktion | Reaktionshastigheten | Kemisk jämvikt | Syra-bas-reaktioner | Statistik
Övningar | Formelsamling | Periodiska systemet | Register

Grundämnenas släktskap. Om man sorterar grundämnena efter atomnummer upptäcker man att ämnen med likartade egenskaper återkommer med viss regelbundenhet eller periodicitet. Den ryske kemisten Dimitrij Mendelejev blev 1869 den förste som gjorde en tabell som grupperade de då kända grundämnena efter egenskaper och resultatet blev den första versionen av det periodiska systemet.

Faktaruta
Det periodiska systemet 1871


Det periodiska systemet 1871 med luckor för då ännu inte upptäckta grundämnen.

Mendelejev

Dmitrij Ivanovitch Mendelejev, (ryska: Дмитрий Иванович Менделеев), 1834-1907 var en rysk kemist i St Petersburg. När han 1867-71 började arbeta med sin lärobok "Kemins grundvalar", upptäckte han att om man sorterar grundämnena efter stigande atomvikt återkommer grundämnen med liknande kemiska egenskaper periodiskt. Mendelejev sammanställde grundämnena enligt denna princip i en tabell och presenterade den för sina ryska kollegor 1869. Det var första gången någon presenterade en version av det vi i dag kallar för det periodiska systemet.

Under 1860-talet hade man fått fram bättre uppgifter om grundämnenas vikter och egenskaper. På flera håll i världen började kemister att bättre förstå sambandet mellan atomernas vikt och deras kemiska egenskaper. Nästan samtidigt och helt oberoende av Mendelejev gjorde John Newlands i Storbritannien och Lothar Meyer i Tyskland samma upptäckt. Men Mendelejev blev den förste som offentliggjorde sina resultat. Grundämne nummer 101, Mendelevium, är uppkallat efter honom.

Genom den systematik som Mendelejev hittat bland grundämnena lyckades han förutse egenskaperna hos flera grundämnen som ännu inte upptäckts. När dessa grundämnen sedan faktiskt upptäcktes inom ett par decennier och visade sig ha just dessa egenskaper, blev Mendelejevs tabell snabbt erkänd över hela världen.


Grupper[redigera]

I det periodiska systemet bildar ämnena i en kolumn en grupp. Ämnena i en grupp har likartade kemiska och fysiskaliska egenskaper vilket beror på att de, med något undantag, har samma antal valenselektroner i sitt yttersta elektronskal.

Perioder[redigera]

De grundämnen i det periodiska systemet som står på samma rad tillhör samma period. De har antalet elektronskal gemensamt men deras kemiska och fysikaliska egenskaper ändras med antalet valenselektroner. Ämnen längst till vänster är alla metaller. Hos ämnena i huvudgrupperna avtar metallegenskaperna då antalet valenselektroner ökar och ämnena längst till höger är alla ickemetaller. Hos övergångsmetallerna i grupperna 3-12 sker dock ingen sådan stegvis förändring av egenskaperna.


Alkalimetallerna[redigera]

De mest typiska metallerna återfinns i grupp 1 - alkalimetallerna.
Alkalimetallerna är litium, natrium, kalium, rubidium, cesium och francium. Icke-metallen väte placeras även här pga. att den bara har en valenselektron, men den skulle lika gärna kunna ha placerats i grupp 17 – halogenerna.
Typiskt för ämnena i gruppen är att de alla är silverfärgade med metallglans (när snittytan är färsk), har en hög elektrisk ledningsförmåga och är mjuka med en låg densitet, alltså liten mängd massa per volymenhet. Litium, natrium och kalium har till och med lägre densitet än vatten så de flyter.
De reagerar lätt, i synnerhet med halogenerna (se nedan), vilket beror på att de bara har en enda elektron i sitt yttersta skal. Eftersom de gärna gör sig av med denna elektron uppträder de ofta som joner och då halogenerna saknar en elektron i sitt yttersta skal passar ämnena i dessa två grupper varandra. Resultatet när dessa ämnen reagerar med varandra är ett vitt salt, eller vid reaktion med vatten då det bildas en starkt basisk alkalimetall-hydroxidlösning, under vätgasutveckling.
Gruppnamnet alkalimetaller hänvisar just till att deras vattenlösningar blir basiska. Ordet alkali kommer från arabiska al-qaly vilket betyder soda. En sodalösning reagerar basiskt, och ordet alkali är då ett synonym för basisk.
Ett annat kännetecken för alkalimetallerna och deras föreningar, är de karakteristiska färger de ger lågan när man eldar dem, de används därför ofta i fyrverkerier för att få olika färger.
Reaktansen med andra ämnen stiger ju längre ned i gruppen man kommer. Därför finns de inte i naturen som fria grundämnen, utan bara som joner i vattenlösning eller i fasta föreningar. Både kok- och smältpunkten sjunker även de ju längre ned i gruppen ämnet är.
Väte räknas ofta till alkalimetallerna trots att väte saknar metallegenskaper.

Alkalimetallerna, grupp 1
Atomnummer Symbol Namn Elektronkonfiguration Densitet / Smältpunkt / oC Kokpunkt / oC Låga Reaktion med vatten
3 Li Litium 2-1 0,53 181 1342 karminröd långsam
11 Na Natrium 2-8-1 0,97 98 883 gul ganska snabb
19 K Kalium 2-8-8-1 0,86 63 760 rödviolett snabb
37 Rb Rubidium 2-8-18-8-1 1,53 39 686 rödviolett mycket snabb
55 Cs Cesium 2-8-18-18-8-1 1,87 28 669 blåviolett explosionsartad

Jordartsmetallerna[redigera]

De alkaliska jordartsmetallerna i grupp 2 har två valenselektroner och har ungefär samma egenskaper som alkalimetallerna men är betydligt hårdare. De är alla silverfärgade och mjuka metaller med låg täthet och de reagerar lätt med halogenerna om än inte lika snabbt som alkalimetallerna.
De alkaliska jordmetallerna är: beryllium, magnesium, kalcium, strontium, barium och radium.
Förutom beryllium reagerar alla ämnen i gruppen med vatten, men betydligt långsammare än alkalimetallerna. Liksom hos dem ökar reaktionsbenägenheten nedåt i gruppen och reaktionsprodukten är alltid vätgas.

Jordartsmetallerna, grupp 2
Atomnummer Symbol Namn Densitet / Smältpunkt / oC Kokpunkt / oC Låga Reaktion med vatten
4 Be Beryllium 1,85 1278 2970 ingen ingen
12 Mg Magnesium 1,74 649 1090 ingen långsam med upphettat vatten
20 Ca Kalcium 1,55 839 1484 gulröd långsam (rumstemperatur)
38 Sr Strontium 2,54 769 1384 karminröd långsam (ökande)
56 Ba Barium 3,5 728 1640 grön långsam (ökande)
88 Ra Radium 5 700 1140 karminröd långsam (ökande)

Syregruppen[redigera]

Syregruppen eller kalkogener kallas gruppen av grundämnen i det periodiska systemets grupp 16.
Följande ämnen ingår i gruppen: syre, svavel, selen ,tellur och polonium.
Syre, svavel och selen är icke-metaller, tellur och polonium är halvmetaller. Föreningar med ämnen i syregruppen är vanligt förekommande i jordskorpan.
Syregruppen har det gemensamt med flera andra grupper i det periodiska systemet att ämnenas metallegenskaper ökar samtidigt som reaktionsbenägenheten minskar när man går nedåt i gruppen. Syre och svavel, de två ickemetallerna överst i gruppen, reagerar lätt med nästan alla andra grundämnen.

Syregruppen, grupp 16
Atomnummer Symbol Namn Smältpunkt / oC Kokpunkt / oC Metall/ickemetall Egenskaper vid rumstemperatur
8 O Syre -218 -183 Ickemetall färglös gas
16 S Svavel 119 445 Ickemetall gult fast ämne
34 Se Selen 217 685 Ickemetall röd som ickemetall
grå som metall
52 Te Tellur 450 990 Halvmetall Silvervit med metallglans
84 Po Polonium 254 962 Metall Radioaktiv

Halogener[redigera]

Halogenerna (av grekiskan: hals, "salt", och gen, "alstrare", alltså saltbildare), utgörs av grundämnena i det periodiska systemets grupp 17.
Halogenerna är fluor, klor, brom, jod och astat.
Gruppens ämnen är alla ickemetaller och reagerar framför allt mycket lätt med metaller, i synnerhet med alkalimetallerna i grupp 1, och bildar då metallsalter, därav namnet halogen.

Halogenerna, grupp 17
Atomnummer Symbol Namn Smältpunkt / oC Kokpunkt / oC Egenskaper vid rumstemperatur Reaktionsbenägenhet
9 F Fluor -223 -187 ljugul gas mycket stor
17 Cl Klor -102 -35 gulgrön gas mycket stor (avtagande)
35 Br Brom -7 +59 rödbrun vätska stor (avtagande)
53 I Jod +114 +184 gråsvart kristall stor (avtagande)

Ädelgaserna[redigera]

Ädelgaserna är grundämnen i den kemiska serie som utgörs av det periodiska systemets grupp 18.
Dom har fått sitt namn av att de uppträder som gaser i rumstemperatur och att de, liksom ädelmetallerna är mycket obenägna att reagera med andra ämnen. Kemister har dock lyckats förena ädelgaserna med andra ämnen i laboratorier.
Att dom mycket ogärna reagerar med andra ämnen beror på att ädelgasernas yttersta elektronskal är fyllda och därför så har dessa atomer en bra balans. Man trodde länge att de överhuvudtaget inte kunde reagera med något annat ämne, men sedan 1962 har flera kemiska föreningar där till exempel xenon ingår framställts.

Ädelgaserna är:

  • helium
  • neon
  • argon
  • krypton
  • xenon
  • radon

Övergångsmetaller[redigera]

Grupperna 3-12 kallas övergångsmetaller. Detta beror på att de elektroner som skiljer dessa ämnen vanligen återfinns i det näst yttersta skalet. Antalet elektroner i det yttersta är 1 eller 2 vilket ger dem likartade egenskaper.
Alla övergångsmetaller är metaller. Gruppen innehåller ämnena med atomnummer från 21 till 30, 39 till 48, 71 till 80 och 103-112.
Namnet övergångsmetaller kommer av ämnenas position i periodiska systemet och motsvarar successiva tillägg av en elektron i d-orbitalerna för ämnenas atomer när man går från grupp till grupp stegvis från grupp 3 till grupp 12.
Övergångselementen definieras kemiskt som de element som bildar minst en jon med delvis fyllt delskal av d-elektroner.

Grupp Period 4 Period 5 Period 6 Period 7
3 Sc 21 Y 39 Lu 71 Lr 103
4 Ti 22 Zr 40 Hf 72 Rf 104
5 V 23 Nb 41 Ta 73 Db 105
6 Cr 24 Mo 42 W 74 Sg 106
7 Mn 25 Tc 43 Re 75 Bh 107
8 Fe 26 Ru 44 Os 76 Hs 108
9 Co 27 Rh 45 Ir 77 Mt 109
10 Ni 28 Pd 46 Pt 78  
11 Cu 29 Ag 47 Au 79  
12 Zn 30 Cd 48 Hg 80  

Sammanfattning[redigera]

  • Grundämnena i det periodiska systemet är ordnade efter stigande atomnummer.
  • Kolumnerna i periodiska systemet kallas för grupper.
  • Raderna i periodiska systemet kallas för perioder.
  • Atomerna i en period har lika många elektronskal.
  • Grundämnenas egenskaper ändras stegvis genom en period.
  • Atomerna i en grupp har lika många valenselektroner, helium undantaget.
  • Egenskaperna hos grundämnena i en grupp ändras stegvis nedåt i gruppen.
  • Grupperna 1, 2 och 13-18 kallas för huvudgrupperna.
  • Grundämnena i grupp 3-12 kallas övergångselement.
  • Metallerna finns till vänster i tabellen och ickemetallerna till höger.
  • Grundämnenas metallkaraktär ökar nedåt i gruppen.
  • Alkalimetallerna i grupp 1 är mycket reaktionsbenägna.
  • De alkaliska jordartsmetallerna i grupp 2 liknar alkalimetallerna men reagerar långsammare.
  • Grupperna 13-16 har fått sitt namn efter det första ämnet i gruppen.
  • Halogenerna i grupp 17 är mycket reaktionsbenägna.
  • Ädelgaserna i grupp 18 reagerar knappt med något annat ämne.