układ okresowy pierwiastków

 

Pierwiastek to substancja złożona z atomów tego samego rodzaju (o tej samej liczbie atomowej). W atmosferze i skorupie ziemskiej występuje w stanie naturalnym tylko 88 pierwiastków. Ich budowa atomowa ujawnia, jak złożone są zachodzące między nimi matematyczne zależności.

Każdy obiekt we Wszechświecie, nawet najdalsza gwiazda, został utworzony z atomów. Pojedyncze atomy są zbyt małe, by można je było ujrzeć, ale zebrane razem tworzą znane nam pierwiastki chemiczne. Wiele pierwiastków to ciała stałe, które można zobaczyć; inne są niewidocznymi gazami.

Najprostszym pierwiastkiem jest wodór — mimo to stanowi paliwo w gwiazdach podobnych do Słońca i jest niezbędny dla istnienia życia. Atom wodoru składa się z jednego protonu tworzącego jądro i jednego elektronu, który krąży wokół niego. Atomy innych pierwiastków chemicznych, takich jak węgiel, tlen, złoto czy rtęć, mają wiele elektronów poruszających się wokół jąder zbudowanych z wielu protonów i neutronów.

Jakieś 450 lat temu znano jedynie 12 pierwiastków chemicznych. Kiedy odkryto ich więcej, uczeni zaczęli dostrzegać istniejący wśród nich naturalny porządek. A gdy uszeregowano pierwiastki w tabeli, zauważono, iż pierwiastki znajdujące się w tej samej kolumnie mają podobne właściwości. Ale w tabeli tej były też puste miejsca, gdyż niektórych pierwiastków jeszcze nie znano. Pozwoliło to rosyjskiemu uczonemu Dimitrijowi Mendelejewowi przewidzieć istnienie pierwiastka o liczbie atomowej 32, germanu, a także jego kolor, masę, gęstość i temperaturę topnienia. Przewidywania [Mendelejewa] dotyczące innych brakujących pierwiastków — galu i skandu — też okazały się bardzo trafne.

Z czasem naukowcy przewidzieli istnienie innych nieznanych pierwiastków oraz niektóre ich właściwości. W końcu wszystkie brakujące pierwiastki zostały odkryte. Obecnie owa tabela nie zawiera żadnych luk. Naturalny porządek wśród pierwiastków opiera się na liczbie protonów w jądrach atomowych. W ten sposób można uszeregować wszystkie pierwiastki występujące w warunkach naturalnych na Ziemi, od pierwszego, wodoru, do ostatniego, uranu, mającego numer (czyli liczbę atomową) 92.

Zastanówmy się także nad ogromną różnorodnością pierwiastków. Na przykład złoto i rtęć mają zupełnie inny połysk. Złoto jest ciałem stałym, zaś rtęć cieczą. A przecież sąsiadują one ze sobą jako pierwiastki o liczbach atomowych 79 i 80. Atom złota ma 79 elektronów, 79 protonów i 118 neutronów. Atom rtęci ma po jednym elektronie i protonie więcej i w przybliżeniu tyle samo neutronów.

A zatem pierwiastki można uszeregować w kolejności wynikającej z budowy ich atomów. Dzięki temu w podręcznikach szkolnych można znaleźć układ okresowy pierwiastków, czyli tablicę, w której wodór, hel i pozostałe pierwiastki są umieszczone w poziomych szeregach i pionowych kolumnach.

Kiedy pierwiastki ułoży się w szeregach i kolumnach układu okresowego, pierwiastki z tej samej kolumny wykazują zadziwiające podobieństwo. Na przykład w ostatniej kolumnie znajdują się hel (nr 2), neon (nr 10), argon (nr 18), krypton (nr 36), ksenon (nr 54) i radon (nr 86). Są to gazy, które pod wpływem wyładowania elektrycznego jasno świecą i dlatego są wykorzystywane w lampach jarzeniowych. Poza tym w przeciwieństwie do innych gazów bardzo trudno wchodzą w reakcje z różnymi pierwiastkami.