1: Het periodiek systeem / groepen en perioden

Zoals in module 01 over atomen al werd gezegd, is hun meest karakteristieke gegevens het aantal electronenschillen en het aantal elektronen in de buitenste schil (valentie-electronen).
Het aantal hoofdschillen kan variëren van 1 tot 7, wat overeenkomt met de zeven perioden van het Periodiek Systeem.
Het aantal valentie-electronen kan variéren van 1 tot 8, wat overeenkomt met het aantal hoofdgroepen van het PS.

Met deze twee gegevens kun je de plaats van een element in het PS definiëren.




Het Periodiek Systeem met alleen de hoofdgroepen:

I II III IV V VI VII VIII
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Rb In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Bi Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra
metalen Cs
metalloïden Po
niet-metalen Se


1.1 Groepen

De elementen van een bepaalde groep hebben hetzelfde aantal valentie-electronen.
Van boven naar beneden neemt het aantal hoofdschillen toe, evenals het atoomnummer.

Opdracht 2
Bekijk groep 4 van het PS. Maak een grafiek: atoomstralen van de elementen van groep 4, en gebruik de gegevens van het tabellenboek, tabel 5
Wat voor conclusie trek je uit deze grafiek? Leg je antwoord uit.


1.2 Perioden

Alle elementen binnen een periode hebben een gelijk aantal hoofdschillen. Van links naar recht neemt het atoomnummer toe.

Opdracht 3
Bekijk periode 4 van het PS. Maak een grafiek: atoomstralen van de elementen van periode 4, en gebruik de gegevens van het tabellenboek, tabel 5
Welke conclusie strek je als je naar die grafiek kijkt? Leg uit.

Opdraxcht 4
Bekijk de Periodieke Systemen in het tabellenboek en leg uit wat de overeenkomsten en de verschillen zijn tussen die twee systemen.

een volledig periodiek systeem, met de mogelijkheid om van elk element gegevens op te zoeken (door het eenvoudig aan te klikken) vind je op de volgende website: http://www.lenntech.com/periodiek_systeem.htm


1.3 Het eenvoudige en complete Periodiek Systeem

een probleem: De hoofdgroepen bevatten niet alle elementen; er zijn andere groepen en meer elementen. Om die te ontdekken moet je een meer complete methode toepassen om de electronenstruktuur te determineren. Op deze wijze kom je tot de blokken s, p, d e f van het volledige PS

Ken je de plaats van een element in het PS, dan is het mogelijk iets zinnnigs te zeggen over de eigenschappen van dit element.

Voorbeeld:
Het atoom van element Natrium heeft de volgende elektronenstruktuur in subnivo's: 1s2, 2s2, 2p6, 3s1.
Dus, het buitenste subnivo van Natriumatoom is van het type s en dit betekent dat het element behoort tot blok s, het eerste blok van het volledige PS.

Opdracht 5
Is de bewering waar of vals? Leg je antwoord uit.
Het element X moet een metaal zijn, want de elektronenverdeling van het element X is: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2

Opdracht 6
  1. Bepaal de plaats van atoomnummer 18 in het PS en geef de electronenconfiguratie.
  2. idem voor nummer 23
  3. Een element zit in hoofdgroep V en in de derde periode. Wat is zijn atoomnummer?
  4. Bepaal de plaats in het simpele PS volgens de drie eenvoudige regels voor elektronenverdeling (zie module 01), van de elementen met de volgende atoomnummers: 32 54 83 56 22 73 44 68 94
  5. Maak een gegevenstabel voor dit doel
  6. Bepaal de plaats van dezelfde elementen nog eens in een volledig PS, volgens de regels voor subnivo's.
  7. Vergelijk de twee schema's en trek daaruit je conclusies.
antwoord 6-a,b,c

1.4 De groepen I, II, VII e VIII

Groep I

Wie maar één valentie-electron heeft behoort tot groep I, dus ook Waterstof. Maar soms hebben schrijvers de neiging om Waterstof niet in groep I te plaatsen omdat het een uitzonderlijk karakter heeft. Het bijzondere is dat dat éne electron zich bevindt in die ene hoofdschil die waterstof slechts heeft. Normaal wordt één electron graag afgestaan, maar dat is beslist niet zo in geval van waterstof.
Er zijn maar twee elementen met slechts één hoofdschil; d.w.z. met slecht één subnivo s. Dat zijn:
Normaal gesproken wordt één electron in de buitenste schil gemakkelijk afgestaan, maar niet in het geval van waterstof, dat, zonder dat electron, helemaal 'naakt' zou zijn. Slechts een kern van één proton zou overblijven. Protonen kunnen niet onafhankelijk bestaan. Daarom is Waterstof geen metaal en alle andere elementen in de eerste hoofdgroep zijn zeer onedele metalen, die graag dat electron afstaan.
Waterstofatomen geven er de voorkeur aan om een covalente binding aan te gaan; of wel, ze nemen liever een electron op om zo aan twee electronen in de buitenste schil te komen. Voor het geval dat niet in een covalente binding resulteert, kan er zelfs een negatief ion gevormd worden, een Hidride-ion H-. Hoewel heel vaak net gedaan wordt of H+ (resultaat na afstaan van een electron) echt bestaat, is dat in werkelijkheid niet het geval. Het is vaak gewoon handig om met H+ te werken.
Alle andere elementen van groep I, Li tot Fr, vormen gemakkelijk positieve ionen en deze elementen zijn zeer reactief.

Opdracht 7
Het gebruik van het symbool H+ is eigenlijk illegaal. Leg uit.

Opdracht 8
Leg uit welk element het meest reactief zal zijn: Natrium of Kalium?


Groep II

Formeel gesproken behoort Helium tot groep II, want het heeft twee valentie-electronen in de buitenste schil.
Maar zoals we al zagen heeft Helium, net als Waterstof, maar één hoofdschil met deze twee valentie-electronen. De eerste hoofdschil is dan gelijk ook vol. Meer kan niet. Kortom, Helium is volmaakt content met die twee electronen en zal niet de minste neiging vertonen om daaraan iets te veranderen: geen electronen opnemen noch afstaan. Helium reageert dus helemaal niet, en is daarom een edelgas. We zetten Helium daarom niet in de tweede hoofdgroep, maar in de achtste, bij alle andere edelgassen.
Verder bevat de tweede hoofdgroep de elementen Be tot Ra (2s2). Deze elementen willen twee electronen afstaan en zijn tamelijk reactief, maar minder dan de elementen uit de eerste hoofdgroep.

Opdracht 9
Leg uit waarom de elementen uit de tweede hoofdgroep minder reactief zijn dan die uit de eerste.


Groep VII

De elementen uit groep 7 worden "halogenen" genoemd. Ze hebben 7 valentie-electronen (in de buitenste schil natuurlijk) en willen er ééntje bij om zo tot 8 te komen. Met acht electronen is een schil veel stabieler immers.

Opdracht 10
Er wordt beweerd dat het element fosfor onmisbaar is in het menselijk lichaam. Maar tegelijk weten we dat fosfor zeer giftig is. Hoe zit dat nou?


Enkele gegevens over groep VII
halogeen symbool atoomnummer atoommassa dichtheid in g/cm3 smeltpunt in K kookpunt in K kleur
fluor
F2
9
19,0
1,11
53
85
geel
chloor
Cl2
17
35,5
1,56
172
239
Geelgroen(g)
broom
Br2
35
79,9
3,12
266
331
roodbruin(l)
jood/jodium
I2
53
126,9
4,94
387
456
Zwart(s)

Astatium (ook een halogeen) is radio-actief

Opdracht 11
De elementen van groep VII kunnen we karakterizeren met ns2 np5, n≥2
Leg dat uit.

Opdracht 12
Leg uit waarom Fluor de meest reactieve is van de halogenen.
antwoord


Groep VIII

Dat zijn de edelgassen, Helium incluis. Ze zijn 'inert'. Allemaal hebben ze een zeer stabiele electronenconfiguratie en niet de minste neiging tot reageren.

Opdracht 13
Is de volgende bewering waar of vals?
De edelgassen hebben een zeer lage ionizatie-energie
Leg je antwoord uit.
Antwoord