Blok (stół okresowy) - Block (periodic table)

Bloki s, f, d i p w układzie okresowym

Blok z okresowym jest zestaw elementów ujednoliconej przez orbitali atomowych ich elektronów walencyjnych lub wolnych leżą w. Termin wydaje się być użyty po raz pierwszy przez Charles Janet . Każdy blok jest nazwany po jego charakterystycznym orbitalu: s-block, p-block, d-block i f-block.

Nazwy bloków (s, p, d i f) pochodzą z zapisu spektroskopowego dla wartości azymutalnej liczby kwantowej elektronu : ostry (0), główny (1), rozproszony (2) lub podstawowy (3). Kolejne zapisy przebiegają w porządku alfabetycznym, jako g, h, itd.

Charakterystyka

Podział na bloki jest uzasadniony ich charakterystycznym charakterem: s charakteryzuje się, z wyjątkiem H i He, metalami silnie elektrododatnimi; p przez szereg bardzo charakterystycznych metali i niemetali, z których wiele jest niezbędnych do życia; d przez metale o wielu stopniach utlenienia; f przez metale tak podobne, że ich rozdzielenie jest problematyczne. Użyteczne stwierdzenia o pierwiastkach można sformułować na podstawie bloku, do którego należą i ich położenia w nim, np. najwyższy stopień utlenienia, gęstość, temperatura topnienia… Elektroujemność jest dość systematycznie rozłożona między blokami.

PJ Stewart
W Foundations of Chemistry, 2017

Istnieje przybliżona zgodność między tą nomenklaturą bloków, opartą na konfiguracji elektronicznej , a zestawami pierwiastków opartymi na właściwościach chemicznych. Blok s i blok p razem są zwykle uważane za elementy grupy głównej , blok d odpowiada metalom przejściowym , a blok f obejmuje prawie wszystkie lantanowce (jak lantan ) i aktynowce (jak aktyn ). Nie wszyscy zgadzają się co do dokładnego przynależności każdego zestawu elementów. Na przykład, pierwiastki z grupy 12 cynk , kadm i rtęć są często uważane za grupę główną, a nie grupę przejściową, ponieważ są one chemicznie i fizycznie bardziej podobne do pierwiastków z bloku p niż inne pierwiastki z bloku d. Elementy grupy 3 są czasami uważane za główne elementy grupy ze względu na ich podobieństwa do elementów s-block. Grupy (kolumny) w bloku f (między grupami 2 i 3) nie są numerowane.

Hel jest pierwiastkiem z bloku s , którego zewnętrzne (i jedyne) elektrony znajdują się na orbicie atomowej 1s , chociaż jego właściwości chemiczne są bardziej podobne do gazów szlachetnych z bloku p z grupy 18 ze względu na pełną powłokę.

s-blok

…Na, K, Mg i Ca są niezbędne w układach biologicznych. Niektóre…inne pierwiastki bloku s są stosowane w medycynie (np. Li i Ba) i/lub występują jako niewielkie, ale użyteczne zanieczyszczenia w biominerałach Ca, np. Sr…Te metale wykazują tylko jeden stabilny stopień utlenienia [+1 lub +2]. To umożliwia [ich]… jony poruszania się po komórce bez… niebezpieczeństwa utlenienia lub redukcji.

Wilkins RG i Wilkins PC (2003)
Rola wapnia i porównywalnych kationów w zachowaniu zwierząt, RSC , Cambridge, s. 1

Blok s znajduje się po lewej stronie konwencjonalnego układu okresowego i składa się z pierwiastków z pierwszych dwóch kolumn plus jeden pierwiastek z kolumny skrajnej prawej, niemetali wodór i hel oraz metale alkaliczne (w grupie 1) i metale ziem alkalicznych (grupa 2). Ich ogólna konfiguracja walencyjna to n s 1–2 . Hel jest pierwiastkiem s, ale prawie zawsze znajduje się po prawej stronie w grupie 18 , powyżej neonu pierwiastka p . Każdy rząd tabeli ma dwa s-elementy.

Metale bloku s (od drugiego okresu ) są przeważnie miękkie i mają ogólnie niskie temperatury topnienia i wrzenia. Większość nadaje kolor płomieniowi.

Chemicznie wszystkie pierwiastki s z wyjątkiem helu są wysoce reaktywne. Metale bloku s są wysoce elektrododatnie i często tworzą zasadniczo związki jonowe z niemetalami, zwłaszcza z wysoce elektroujemnymi niemetalami halogenowymi.

p-blok

Blok p znajduje się po prawej stronie standardowego układu okresowego i obejmuje pierwiastki w grupach od 13 do 18. Ich ogólna konfiguracja elektroniczna to n s 2 n p 1–6 . Hel , chociaż jest pierwszym pierwiastkiem w grupie 18, nie wchodzi w skład p-bloku. Każdy wiersz tabeli ma miejsce na sześć elementów p z wyjątkiem pierwszego wiersza (który nie ma żadnego).

Aluminium (metal), liczba atomowa 13
Krzem (metaloid), liczba atomowa 14
Fosfor (niemetaliczny), liczba atomowa 15

Blok ten jako jedyny posiada wszystkie trzy rodzaje pierwiastków: metale , niemetale i niemetale . Elementy p-blokowe można opisać na zasadzie grupa po grupie jako: grupa 13, ikosageny ; 14, krystalogeny ; 15, pniktogeny ; 16, chalkogeny ; 17, halogeny ; i 18, grupa helowa , składająca się z gazów szlachetnych (z wyjątkiem helu) i oganessonu . Alternatywnie, blok p można opisać jako zawierający metale poprzejściowe ; metaloidy; reaktywne niemetale, w tym halogeny ; oraz gazy szlachetne (z wyłączeniem helu).

Elementy p-blokowe są zunifikowane przez fakt, że ich elektrony walencyjne (najbardziej zewnętrzne) znajdują się na orbicie p. Orbital p składa się z sześciu wypukłych kształtów wychodzących z centralnego punktu pod równomiernie rozmieszczonymi kątami. Orbital p może pomieścić maksymalnie sześć elektronów, stąd w bloku p jest sześć kolumn. Pierwiastki w kolumnie 13, pierwszej kolumnie bloku p, mają jeden elektron p-orbitalny. Pierwiastki w kolumnie 14, drugiej kolumnie bloku p, mają dwa elektrony p-orbitalne. Trend utrzymuje się w ten sposób aż do kolumny 18, w której znajduje się sześć elektronów p-orbitalnych.

Blok jest bastionem reguły oktetu w swoim pierwszym rzędzie, ale elementy w kolejnych rzędach często wykazują hiperwalencję . Pierwiastki z bloku p wykazują zmienne stopnie utlenienia, zwykle różniące się wielokrotnością dwóch. Reaktywność pierwiastków w grupie na ogół spada w dół. Inaczej jest w grupie 18, gdzie reaktywność wzrasta w następującej sekwencji: Ne < He < Ar < Kr < Xe < Rn < Og (chociaż hel, który przełamuje trend, nie jest częścią bloku p; dlatego część p-blok z grupy 18 jest zgodna z trendem).

Tlen i halogeny mają tendencję do tworzenia bardziej jonowych związków z metalami; pozostałe reaktywne niemetale mają tendencję do tworzenia bardziej kowalencyjnych związków, chociaż jonowość jest możliwa, gdy różnica elektroujemności jest wystarczająco duża (np. Li 3 N ). Metaloidy mają tendencję do tworzenia związków kowalencyjnych lub stopów z metalami.

d-blok

Elementy  ... wykazują poziome podobieństwo we właściwościach fizycznych i chemicznych, a także zwykłą relację pionową. To horyzontalne podobieństwo jest tak wyraźne, że chemia pierwszej  … serii  … jest często omawiana oddzielnie od drugiej i trzeciej serii, które są bardziej do siebie podobne niż do serii pierwszej.

Kneen WR, Rogers MJW i Simpson P 1972
Chemia: Fakty, wzory i zasady, Addison-Wesley, Londyn, s. 487-489 

Blok d znajduje się pośrodku układu okresowego i obejmuje pierwiastki z grup od 3 do 12; zaczyna się w 4. okresie . Większość lub wszystkie te pierwiastki są również znane jako metale przejściowe, ponieważ zajmują strefę przejściową we właściwościach, między silnie elektrododatnimi metalami z grup 1 i 2, a słabo elektrododatnimi metalami z grup 13 do 16. Grupa 3 lub grupa 12, podczas gdy nadal zaliczane do metali bloku d, czasami nie są zaliczane do metali przejściowych, ponieważ nie wykazują właściwości chemicznych charakterystycznych dla metali przejściowych, na przykład wielokrotnych stopni utlenienia i związków barwnych.

Wszystkie pierwiastki bloku d są metalami, a większość z nich ma jeden lub więcej aktywnych chemicznie elektronów orbitalnych d. Ponieważ istnieje stosunkowo niewielka różnica w energii różnych elektronów orbitalnych d, liczba elektronów uczestniczących w wiązaniu chemicznym może się różnić. Pierwiastki bloku d mają tendencję do wykazywania dwóch lub więcej stopni utlenienia, różniących się wielokrotnością jednego. Najwięcej częste stany utleniania są +2 i +3. Chrom , żelazo , molibden , ruten , wolfram i osm mogą mieć stopnie utlenienia tak niskie jak -4; iryd wyróżnia się tym, że jest w stanie osiągnąć stopień utlenienia +9.

Orbitale d (cztery w kształcie czterolistnej koniczyny , a piąty jako hantle z pierścieniem wokół niego) mogą zawierać do pięciu par elektronów.

f-blok

Ze względu na swoją złożoną strukturę elektronową, znaczące efekty korelacji elektronowej i duży wkład relatywistyczny, elementy bloku f są prawdopodobnie najtrudniejszą grupą elementów dla teorii struktury elektronowej. 

Dolg M 2015 (red.)
Metody obliczeniowe w chemii lantanowców i aktynowców, John Wiley & Sons, Chichester, s. xvii

F-blok pojawia się jako przypis w standardowej 18-kolumnowej tabeli, ale znajduje się pośrodku lewej strony 32-kolumnowej tabeli o pełnej szerokości. Chociaż te pierwiastki na ogół nie są uważane za część żadnej grupy , niektórzy autorzy uważają je za część grupy 3. Są czasami nazywane wewnętrznymi metalami przejściowymi, ponieważ zapewniają przejście między blokiem s i blokiem d w szóstym i siódmym rzędzie (kropka), w ten sam sposób, w jaki metale przejściowe bloku d zapewniają mostek przejściowy między blokiem s i blokiem p w 4. i 5. rzędzie.

Elementy f-block występują w dwóch seriach, w okresach 6 i 7. Wszystkie są metalami. Elektrony z orbity f są mniej aktywne w chemii pierwiastków bloku f z okresu 6, chociaż wnoszą pewien wkład: są one do siebie dość podobne. Są one bardziej aktywne we wczesnym okresie 7-blokowych elementów, gdzie energie powłok 5f, 7s i 6d są dość podobne; w konsekwencji pierwiastki te wykazują taką samą zmienność chemiczną, jak ich analogi metali przejściowych. Późniejsze elementy f-blokowe zachowują się bardziej jak ich odpowiedniki z okresu 6.

Elementy bloku f są zunifikowane przez posiadanie jednego lub więcej elektronów na wewnętrznym orbicie f. Spośród orbitali f sześć ma po sześć płatów, a siódmy wygląda jak hantle z pączkiem z dwoma pierścieniami. Mogą zawierać do siedmiu par elektronów, stąd blok zajmuje czternaście kolumn w układzie okresowym. Nie są im przypisane numery grupowe, ponieważ pionowe trendy okresowe nie mogą być rozróżniane w „grupie” dwóch elementów.

Dwa 14-członowe rzędy pierwiastków bloku f są czasami mylone z lantanowcami i aktynowcami , które są nazwami zestawów pierwiastków opartych na właściwościach chemicznych bardziej niż na konfiguracjach elektronowych. Lantanowce to 15 pierwiastków od lantanu (La) do lutetu (Lu); aktynowce to 15 pierwiastków biegnących od aktynu (Ac) do lawrencjum (Lr).

g-blok

Przewiduje się, że blok g rozpocznie się w pobliżu elementu 121 . Chociaż oczekuje się, że orbitale g zaczną wypełniać się w stanie podstawowym do około pierwiastka 124-126 (patrz rozszerzony układ okresowy ), prawdopodobnie mają już wystarczająco niską energię, aby zacząć uczestniczyć chemicznie w pierwiastku 121, podobnie jak w przypadku 4f i orbitale 5f.

Symetria

Cztery bloki można przestawić tak, aby pasowały, w równych odstępach, wewnątrz regularnego czworościanu .

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki

Czworościenny układ okresowy pierwiastków . Animacja przedstawiająca przejście od konwencjonalnego stołu do czworościanu.