Periódusos rendszer

Dmitrij Mengyelejev (Repin festményén)

A kémiai elemek periódusos rendszere a kémiai elemek egy táblázatos megjelenítése, melyet elsőként 1869-ben az orosz kémikus Dmitrij Mengyelejev alkalmazott. Olyan táblázatot szándékozott készíteni, amely jól mutatja az elemek tulajdonságai között fellelhető visszatérő jellegzetességeket („periódusokat”). Jóllehet, ő még csak kb. 60 elemet ismert és tömeg alapján rendezte az elemeket, még az elektronszerkezetről semmit sem tudott. Azonban korát meghazudtolva jósolta meg egyes elemeknek a felfedezését, táblázatában egy üres helyet hagyva nekik. Az idők folyamán a periódusos rendszert többször módosították és bővítették, ezen kívül Mengyelejev ideje óta számos új elemet fedeztek fel, új elméleti modelleket dolgoztak ki, melyek magyarázattal szolgálnak a kémiai sajátosságok hátterét illetően. A táblázatnak létezik az elemek viselkedésének különböző szempontjait hangsúlyozó más elrendezése is de a leggyakrabban használt forma még ma is nagyon hasonlít Mengyelejev eredeti ábrájára.

A kémia oktatásában ma általánosan elterjedt a periódusos rendszer használata, a kémiai sajátosságok különböző formáinak az osztályozásához, rendszerezéséhez és összehasonlításához hasznos segédeszköz. A táblázatot széleskörűen használják a kémiában, fizikában, biológiában és az iparban. A periódusos rendszer 2006. október 16-án 117 elemet tartalmaz (a 118-as elemet előállították, de a 117-eset még nem).

A periódusos rendszer ábrázolása

Csoport →

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

I A

II A

III B

IV B

V B

VI B

VII B

← VIII B →

I B

II B

III A

IV A

V A

VI A

VII A

VIII A

↓ Periódus

1

1 H

2 He

2

3 Li

4 Be

5 B

6 C

7 N

8 O

9 F

10 Ne

3

11 Na

12 Mg

13 Al

14 Si

15 P

16 S

17 Cl

18 Ar

4

19 K

20 Ca

21 Sc

22 Ti

23 V

24 Cr

25 Mn

26 Fe

27 Co

28 Ni

29 Cu

30 Zn

31 Ga

32 Ge

33 As

34 Se

35 Br

36 Kr

5

37 Rb

38 Sr

39 Y

40 Zr

41 Nb

42 Mo

43 Tc

44 Ru

45 Rh

46 Pd

47 Ag

48 Cd

49 In

50 Sn

51 Sb

52 Te

53 I

54 Xe

6

55 Cs

56 Ba

*

72 Hf

73 Ta

74 W

75 Re

76 Os

77 Ir

78 Pt

79 Au

80 Hg

81 Tl

82 Pb

83 Bi

84 Po

85 At

86 Rn

7

87  Fr

88 Ra

**

104 Rf

105 Db

106 Sg

107 Bh

108 Hs

109 Mt

110 Ds

111 Rg

112 Cn

113 Uut

114 Fl

115 Uup

116 Lv

117 Uus

118 Uuo

8

119 Uue

120 Ubn

* Lantanoidák

57  La

58 Ce

59 Pr

60 Nd

61 Pm

62 Sm

63 Eu

64 Gd

65 Tb

66 Dy

67 Ho

68 Er

69 Tm

70 Yb

71 Lu

** Aktinoidák

89 Ac

90 Th

91 Pa

92 U

93 Np

94 Pu

95 Am

96 Cm

97 Bk

98 Cf

99 Es

100 Fm

101 Md

102 No

103 Lr

Elemi sorozatok a periódusos rendszerben

Alkálifémek	Alkáliföldfémek	Lantanoidák	Aktinoidák	Átmenetifémek
Másodfajú fémek	Félfémek	Nemfémek	Halogének	Nemesgázok

A rendszámok színkódolása:

• A kék színűek standard körülmények között folyékonyak;
• A zöld színűek standard körülmények között gázneműek;
• A fekete színnel írtak ugyanekkor szilárdak;
• Azon elemek, melyeket piros színnel jelöltünk, mesterségesek, a természetben nem találhatók meg;
• A szürke színűeket még nem fedezték fel.

A periódusos rendszer felépítése

Emlékmű a periódusos rendszer tiszteletére Pozsonyban a Szlovák Műszaki Egyetemen

Az elemek rendszerezésére tett korábbi kísérletek legtöbbször az atomtömeg alapján történő sorrendbe állítással állt valamilyen módon összefüggésben. Mengyelejev legnagyobb újítása a periódusos rendszer megalkotásánál az volt, hogy az elemeket úgy rendezte el, hogy az illusztrálja az elemek ismétlődő („periódusos”) kémiai tulajdonságait (még ha ez azt is jelentette, hogy nem voltak atomtömeg szerint sorrendben), és kihagyta a helyét a „hiányzó” (akkoriban még ismeretlen) elemeknek. Mengyelejev a táblázat alapján megjósolta ezeknek a „hiányzó” elemeknek a tulajdonságait, és később ezek közül sokat valóban felfedeztek, és a leírás illett rájuk.

Ahogy az atomok szerkezetének elmélete továbbfejlődött (például Henry Moseley által), nyilvánvalóvá vált, hogy Mengyelejev az elemeket növekvő rendszám (azaz az atommagban levő protonok száma) alapján rakta sorrendbe. Ez a sorrend majdnem megegyezik az atomtömegből adódó sorrenddel.

Annak érdekében, hogy az ismétlődő tulajdonságokat szemléltesse, Mengyelejev mindig új sort kezdett a táblázatban, úgy hogy a hasonló tulajdonságú elemek egymás alá, egy oszlopba kerüljenek. A periódusos rendszer függőleges oszlopait csoportnak nevezzük, I-től VIII-ig számozzuk. A csoporton belüli elemek vegyértékhéján lévő elektronok száma és elrendeződése azonos. Megkülönböztetjük a főcsoportokat (a táblázatban „A”-val jelöltük.) és a mellékcsoportokat (a táblázatban „B”-vel jelöltük).

A periódusos rendszer vízszintes sorait periódusnak nevezzük, 1-től kezdve számozzuk. Egy perióduson belül az elemek alapállapotú atomján a legkülső héj főkvantumszáma megegyezik és egyenlő a periódus számával.

Mengyelejev eredeti táblázatában mindegyik periódus ugyanolyan hosszú volt. A modern táblázatokban a táblázat alján egyre hosszabb periódusok találhatóak, melyek s-, p-, d-, és f-mezőkre osztják az elemeket. A periódusos rendszeren belül azonos mezőkbe soroljuk azokat az oszlopokat, ahol azonos alhéj töltődik fel, a mezőket a feltöltődő alhéjakról nevezzük el (s-héj, p-héj, d-héj stb.)

Nyomtatott táblázatokban az elemeket rendszerint az elem vegyjelével és rendszámával sorolják fel; sokszor szerepeltetik a táblázatban még az elem atomtömegét és más információkat, például az elektronkonfigurációt jelző rövidítéseket, elektronegativitást és a vegyértéket. 2006-ban 117 igazoltan felfedezett kémiai elemet tartalmaz a rendszer. Kilencven ezek közül természetes körülmények között is megtalálható a Földön, a többieket csak mesterségesen, részecskegyorsítókban sikerült előállítani. A 43-as technécium és a 61-es prométium mesterségesek (habár rendszámuk kisebb, mint a természetesen is előforduló 92-es urán); míg a 93-as neptúnium és 94-es plutónium ugyan mesterségesként szerepel, de nyomokban már megtalálták őket természetes körülmények között is.

A periódusos rendszer főcsoportjainak tulajdonságai

Az egyazon főcsoportba tartozó elemeknek, a vegyértékelektronjainak száma megegyezik. A vegyérték elektronok számát a főcsoport sorszáma adja meg. Ez alapján az ugyanabban a főcsoportban lévő elemeknek a kémiai tulajdonságai nagyban megegyeznek. Ez azzal magyarázható, hogy a vegyértékelektronok száma meghatározza, hogy az adott elem a kötésekben hány elektronnal tud részt venni. (Emellett a kötés milyenségében szerepet játszik az elektronegativitás is). Az elektronszerkezet felépítése (amely szintén hasonló a főcsoportbéli elemek között) pedig meghatározza az elem reakciókészségét. Így belátható, hogy egy ugyanolyan reakcióban a főcsoport különféle elemei legtöbbször ugyanúgy vesznek részt, csak a reakció hatásfokában van eltérés.

A periódusos rendszer története

Az eredeti táblázatot a szubatomi részecskék felfedezése és az atomszerkezetről alkotott jelenlegi kvantummechanikai elméletek kidolgozása előtt állították össze. Ha az elemeket atomtömegük szerint sorrendbe állítjuk, és bizonyos tulajdonságokat megvizsgáljuk, felfedezhető ismétlődés, „periodicitás” a növekvő atomtömeg mentén. Az első tudós, aki ezt felismerte a német kémikus, Johann Wolfgang Döbereiner volt, aki 1828-ban felfedezett egy pár, hasonló elemekből álló triádot:

Triádok

Elem	Atomtömeg (g/mol)	Sűrűség (g/cm³)	Hányados (cm³/mol)
klór	35,453	0,003214	11030
bróm	79,904	3,12	25,6
jód	126,904 47	4,93	25,7
kalcium	40,078	1,55	26,0
stroncium	87,62	2,54	33,2
bárium	137,327	3,59	38,2

1829-ben Dobereiner felállította a triádok törvényét: a triád középső elemének atomtömege a két másik számtani közepe volt. Újabb tudósok a triádokon túlmutató kémiai összefüggéseket fedeztek fel: a fluor bekerült a klór, bróm és jód mellé; a kén, oxigén, szelén és tellúr egy családba kerültek; a nitrogén, foszfor, arzén, antimon és bizmut pedig egy újabb csoportot alkotott.

John Newlands angol kémikus 1865-ben észrevette, hogy ha az elemeket növekvő atomtömeg szerint sorrendbe állítja, minden nyolcadik hasonló fizikai és kémiai sajátosságokat mutat, amit a zenei oktávokhoz hasonlított. Bár néhány elem esetén jól működött, Newland oktávjai két ok miatt bizonyultak hibásnak:

• A kalciumnál nagyobb atomtömegű elemekre nem volt igaz
• Miután több elemet (például a héliumot, neont, argont) felfedeztek, az új elemek nem fértek bele a táblázatba

Végül 1869-ben az orosz kémiaprofesszor, Mengyelejev, és négy hónappal később a német Julius Lothar Meyer egymástól függetlenül készítették el az első periódusos rendszert, melyben az elemeket tömegük szerint rakták sorba. Azonban Mengyelejev néhány elemet a sorrendtől eltérően helyezett el, hogy a tulajdonságaik jobban igazodjanak a szomszédjaikhoz, kijavította néhány elem atomtömegét, és megjósolta a táblázat még akkor üres helyeire kerülő elemek felfedezését, és azok tulajdonságait. A rendszer helyességét megerősítette 1875-ben a gallium felfedezése, mert ez az elem a megjósolt tulajdonságokat mutatta. Mengyelejevet a 19. század végén, 20. század elején az elemek elektronszerkezetének felfedezése igazolta.

További információk

• Interaktív periódusos rendszer érdekes információkkal
• Periódusos rendszer
• Oktatóvideók

Kapcsolódó szócikkek

• Kémiai elemek listája
• Kémiai elemek felfedezési dátum szerinti listája
• Kémiai elemek nevének etimológiája
• Transzurán elemek