Grupy w układzie okresowym.

Właściwości metali alkaliczych, metali ziem alkalicznych, metali przejściowych. Halogeny i gazy szlachetne.

W ostatnim filmie mówiliśmy o tym, że każdy atom

chce mieć osiem, pozwól że to zapiszę, osiem

elektronów na swojej ostatniej powłoce elektronowej.

Oktet elektronowy to najbardziej stabilna energetycznie konfiguracja.

I ten fakt został określony

przez zwykłe obserwowanie świata, natury.

Teraz możemy określić na tej podstawie, co może się dziać

z poszczególnymi pierwiastkami konkretnych grup układu okresowego.

Grupa w układzie okresowym

to po prostu kolumna.

Jak na przykład ta grupa. Właściwie zacznę

od tej grupy, ponieważ ma specjalną nazwę.

Ta grupa (osiemnasta) to gazy szlachetne.

Co jest wspólne dla pierwiastków, które leża w jednej grupie?

Co jest wspólnego dla poszczególnych koumn układu okresowego?

W poprzednim filmie widziałeś, że każdy pierwiastek w grupie

ma taką samą liczbę elektronów walencyjnych.

Czyli elektronów na swojej ostatniej powłoce elektronowej.

Doszliśmy do tego wniosku.

Ta kolumna tutaj, o której się uczyliśmy,

to metale alkaliczne - mają po jednym elektronie walencyjnym.

Zgłosiłem tylko jedno zastrzeżenie - że wodór

nie jest rozważany jako metal alkaliczny.

Po pierwsze dlatego, że nie występuje w warunkach normalnych w formie metalicznej.

A do tego nie lubi oddawać swojego elektronu tak chętnie

jak to robią metale.

Kiedy ludzie mówią o pierwiastku o charakterze metalicznym,

mają tak naprawdę na myśli,

jak bardzo ten pierwiastek lubi oddawać swoje elektrony.

Będziemy mówić o innych cechach charakterystycznych dla metali,

np. o tym, jak metale wyglądają,

że są lśniące, że przewodzą elektryczność...

Będziemy się zastanawiać, jaką rolę odgrywają w układzie okresowym.

Ale wróćmy do naszego tematu.

Ta kolumna to

metale ziem alkalicznych.

Czyli druga grupa to metale ziem alkalicznych.

Te piewriastki mają po dwa elektrony na swojej ostatniej powłoce..

Każdy atom chce mieć oktet elektronowy.

Jeśli te atomy chcą mieć osiem elektronów walencyjnych przez przyłączenie do siebie brakujących elektronów,

to mają strasznie długa drogę do przebycia.

W tym przypadku musielibyśmy dodać siedem elektronów.

A w tym - sześć.

A do tego powstaje jeszcze pytanie: kto im tyle elektronów odda?

Ci na pewno nie będą chcieli oddać swoich elektronów.

A ci są bardzo blisko do uzyskania swoich ośmiu elektronów.

W przypadku pierwiastków z lewej strony układu okresowego

łatwiej więc będzie pozbyć się nadmiarowych elektronów niż przyłączyć nowe.

I rzeczywiście, jeśli masz do oddania tylko jeden elektron

(mówimy tutaj o pierwiastkach innych niż wodór),

to go oddajesz.

I z tego powodu, pierwiastki z grupy I i II

bardzo rzadko można spotkać w ich podstawowym stanie, jako obojętne atomy.

Kiedy mówię o stanie podstawowym, mam na myśli, że

w jakimś miejscu jest tylko i wyłącznie lit, albo tylko i wyłącznie sód,

albo tylko i wyłącznie potas.

W naturze jest odwrotnie - jest bardzo prawdopodobne,

że te pierwiastki przereagowały z innymi i nie występują w stanie podstawowym.

Prawdopodobnie przereagowały z czymś z tej strony układu okresowego,

ponieważ te pierwiastki chcą się pozbyć elektronów,

a te pierwiastki bardzo chcą te elektrony przyjmować.

Więc w tym przypadku reakcja najprawdopodobniej zajdzie.

Te też są bardzo reaktywne.

Metale ziem alkalicznych są reaktywne,

ale nie tak bardzo jak metale alkaliczne.

To dlatego, że chociaż są bardzo blisko

uzyskania oktetu elektronowego,

to jednak metale z pierwszej grupy są bliżej.

Czyli w przypadku pierwiastków z grupy drugiej

potrzeba trochę więcej siły, żeby te dwa nadmiarowe elektrony oderwać od atomu.

A ci mają do oderwania tylko jeden elektron.

Wiesz już, że pierwiastki drugiej grupy mają

dwa elektrony na swojej zewnętrznej powłoce elektronowej.

Teraz mamy te pierwiastki - są nazywane

metalami przejściowymi. Kiedy piszesz ich konfigurację, to

zapełniasz elektronami orbitale d przedostatniej powłoki.

Pamiętasz?

Czyli ich najbardziej zewnętrzna powłoka ma ciągle dwa elektrony!

Ciągle ma te dwa elektrony.

Weźmy pierwiastki z czwartego okresu - wszystkie one

mają 4s2.

A te pierwiastki po prostu zapełniają elektronami

podpowłokę 3d.

Tu są wszędzie dwójki.

Czyli te wszystkie pierwiastki mają po dwa elektrony walencyjne.

Czyli wszystkie - tak samo jak metale ziem alkalicznych - chcą

oddać swoje dwa elektrony, żeby... żyć w szczęściu :)

Ja myślę sobie o tym w taki sposób (to tylko sposób,

ale może się potwierdzić w rzeczywitości) -

że ci mają dużą ławkę rezerwową elektronów.

Mogą stracić swoje elektrony walencyjne

[zapiszę tu np. żelazo z jego dwoma elektronami].

Ale nawet jeśli je stracą, to i tak mają jeszcze

dużo rezerwowych elektronów na podpowłoce d

przedostatniej powłoki.

Więc jeśli żelazo odda swoje elektrony 4s2, to i tak

nadal ma elektrony 3d, które

mogą zastąpić tamte elektrony.

Wszystko tutaj powinienem wziąż w cudzysłów,

bo to są tylko takie wyobrażenia, sposoby na zrozumienie sprawy.

Dlatego tak robię?

Dlatego, że metale bardzo lubią oddawać swoje elektrony.

Te pierwiastki reagują.

Mówią: Ej, weź moje elektrony!

Te mówią: Weź te dwa elektrony.

A te pierwiastki mówią

(szczególnie, gdy mają zapełnione orbitale d), że mają do oddania dwa elektrony,

ale jeśli potrzeba więcej, to mają więcej.

Mają swoje elektrony rezerwowe na orbitalach d.

Co się dzieje w metalach przejściowych?

I co się dzieje szczególnie w metalach poprzejściowych?

To są te metale po prawej stronie od bloku d,

te pierwiastki zaznaczone kolorem szarym.

One mają bardzo dużo elektronów do oddania - i to nie tylko te dodatkowe elektrony p,

ale te metale mają zapełnione orbitale d.

Metale mogą występować w tzw. czystej postaci (pierwiastkowej),

czyli mogą być bryłą czystego metalu,

jak na przyklad bryły aluminium.

Chodzi o takie aluminium, które nie uległo żadnej reakcji chemicznej, nawet z tlenem -

po prostu zbiór atomów glinu.

Rozumiesz?

Kiedy mamy bryłę aluminium,

tworzy się mnóstwo wiązań metalicznych pomiędzy atomami glinu.

Atomy glinu mają swoje elektrony walencyjne.

W przypadku glinu tych elektronów jest... trzy -

trzy elektrony na ostatniej powłoce.

Poza tym są jeszcze te wszystkie zapasowe elektrony

na powłoce d ((oczywiście w atomach Ga, In, Sn itd., ale nie w glinie).

Atomy glinu uwspólniają wszystkie elektrony między sobą.

Tworzą takie "morze" atomów glinu. A wszystkie te atomy

są ze soba połączone.

Tworzy się wspólna chmura elektronowa.

Wszystkie te elektrony znajdują się pomiędzy

atomami glinu, a ponieważ atomy są donorami (dostarczycielami) tych elektronów,

są z nimi silnie powiązane.

Atomy tworzące strukturę metalu przyjmują ładunek dodatni.

Atom glinu jest donorem trzech elektronów.

Tutaj poglądowo napiszę +.

Chcę tutaj tylko pokazać sens, jak to wszystko się dzieje.

Ta chmura elektronów jest przyczyną tego, że metale doskonale przewodzą prąd.

Prąd to przemieszczające się elektrony.

Żeby elektrony mogły się przemieszczać, musi być ich dużo

wokół atomów.

Metale z tego obszaru układu okresowego są bardzo dobrymi

przewodnikami.

A najlepszym przewodnikiem jest srebro.

Srebro leży tutaj i jest najlepszym znanym przewodnikiem.

Do produkcji kabli używa się jednak miedzi a nie srebra.

Powó jest prosty - miedź jest tańsza i łatwiej dostępna niż srebro.

Ale srebro jest lepszym przewodnikiem prądu.

Ja myślę o tym tak -

zapełniasz orbital, żeby ten orbital

stał się w pewnym sensie stabilny.

Więc wszystkie te pierwiastki zapełniły swoje orbitale d.

Ale te pierwiastki nie mają zapełnionych orbitali d.

A to oznacza, że mają dużo nadmiarowych elektronów [przyp. tłum.: orbital nie jest w pewłni zapełniony, czyli nie jest stabilny, więc elektrony, które się na nim znajdują, są postrzegane jako nadmiarowe],

a to idealna sytuacja dla przewodnictwa.

Ale to tylko tak intuicyjnie...

Nie robiłem żadnych eksperymentów na potwierdzenie tej teorii.

Ale chciałem dać ci taki ogólny obraz,

dlaczego niektóre substancje przewodzą prąd.

Jeszcze raz - to są metale przejściowe.

Te są uznawane za metale (tzw. metale poprzejściowe).

Metale przejściowe są przejściowe,

ponieważ zapełniają blok d.

Ale ta nazwa (metale przejściowe) brzmi tak,

jakby nie były pełnowartościowymi metalami.

Ale z drugiej strony, kiedy myślisz "metal" -

czyż żelazo nie przychodzi do głowy jako pierwsze?

Zdecydowanie myślę też, że srebro, miedź i złoto są metalami.

Więc wydaje mi się, że nazywanie ich przejściowymi jest trochę nie w porządku.

I naprawdę jakoś nie wydaje mi się w odczuciu ogólnym, żeby

na przykład glin był bardziej metaliczny niż żelazo.

Ale - niestety - w klasyfikacji chemicznej

aluminium jest bardziej metaliczne.

Te szare pierwiastki są metalami bardziej niż te z bloku d.

Chyba zaniedbałem nieco notację.

Zapiszę elektrony walencyjne.

Te pierwiastki mają po trzy elektrony walencyjne.

Cztery, pięć, sześć, siedem.

Czyli te mają trzy elektrony

na swojej zewnętrznej powłoce.

Ciągle jest im łatwiej te elektrony oddać

niż przyjć pięć brakujących. Ale czasem, w konkretnych przypadkach,

mogłoby się zdarzyć, np. w przypadku boru,

że wziąłby pięć elektronów

- chociaż to wydaje się trudne.

Jest łatwiej oddać trzy elektrony - i dlatego

w tych rejonach pojawiają się

prawdziwe metale.

I pewnie widzisz, że kiedy schodzimy w dół w grupie

pojawiają się metale, które mają coraz więcej

elektronów walencyjnych.

Weźmy np. ołów.

Jest metalem, mimo że ma aż

cztery elektrony walencyjne.

Dzieje się tak dlatego, że atom jest bardzo duży, jego promień jest duży

i najbardziej zewnętrzna powłoka jest bardzo oddalona od jądra.

Takie bardzo odległe opd jądra elektrony jest bardzo łatwo od atomu oderwać.

Weźmy węgiel -

jego elektrony walencyjne są blisko jądra.

Są mocno trzymane przez jądro, więc trudno je oderwać.

Dlatego węgiel chętniej przyjmuje nowe elektrony

niż oddaje te, które ma.

Elektrony walencyjne tego pierwiastka są bardzo oddalone od jądra,

dlatego łatwiej jest je oderwać

w celu osiągnięcia

stabilnej konfiguracji elektronowej - np. ksenonu.

Idziemy dalej i mamy pierwiastki, które są niemetalami.

Te zielone.

One zazwyczaj przyjmują elektrony

w reakcjach chemicznych.

A ta żółta kategoria - mówiłem, że to bardzo reaktywne pierwiastki,

szczególnie w reakcjach z metalami alkalicznymi -

ta żółta grupa to halogeny.

Pewnie słyszałeś już kiedyś to słowo.

Są np. lampy halogenowe.

To nie jest jakiś przypadek ani błąd,

że je tak nazwano.

Może przygotuję kiedyś film o lampach halogenowych.

I na końcu układu - gazy szlachetne.

Co jest ciekawego w gazach szlachetnych?

Cóż - mają po osiem elektronów

na swoich zewnętrznych powłokach elektronowych.

No, poza helem.

Hel ma dwa elektrony, pamiętaj.

Konfiguracja elektronowa helu to 1s2.

Ale te wszystkie pozostałe, od neonu w dół,

mają po osiem elektronów walencyjnych.

To jest neon

i jego konfiguracja to 1s2 2s2 2p6.

Więc ma osiem elektronów walencyjnych.

Jest bardzo szczęśliwy.

Podobnie argon.

Konfiguracja elektronów walencyjnych w argonie to 3s2 3p6.

Kryptonu: 4s2 4p6 [przyp. tłum.: w wykładzie jest błąd].

Krypton dodatkowo ma jeszcze zapełnioną podpowłokę 3d.

Wszystkie gazy szlachetne mają więc po osiem elektronów walencyjnych

i jest im z tym dobrze.

Nie mają żadnego powodu, żeby wchodzić w reakcje z czymkolwiek.

Myślą sobie, że wszystkie inne pierwiastki

muszą się bardzo napracować,

żeby osiągnąć to, co gazy szlachetne po prostu mają.

Gazy szlachetne nie muszą i nie chcą ani oddawać, ani przyjmować elektronów.

Z tego powodu gazy szlachetne są bardzo niereaktywne.

Bardzo, bardz niereaktywne.

Jak kiedyś robili sterowce (zeppeliny),

te wielkie balony (np. Hindenburg)

- używali do tego wodoru.

Oczywiście wodór jest bardzo reaktywny.

Jest łatwopalny i dlatego często sterowce wybuchały.

Z tego też powodu balony dla klaunów czy dla dzieci

są wypełniane helem, który też jest lekki (podobnie do wodoru), ale nie wybucha.

A to dlatego, że hel jest gazem szlachetnym.

Jest bardzo mało prawdopodobne, że balon wypełniony helem

nagle wybuchnie na czyichś urodzinach :)

Wydaje mi się, że powiedziałem już wszystko, co chciałem powiedzieć.

W następnym filmie powiem trochę o tym, że właściwości pierwiastków

zmieniają się w układzie okresowym w uporządkowany sposób.