A fenti periódusos rendszer a kémia érettségihez szükséges legfontosabb adatokat tartalmazza: a kémiai elemek vegyjelét, nevét, rendszámát, elektronegativitását, elektronszerkezetét, gyakori oxidációs számait, atomsugarát (mértékegység: pm), első ionizációs energiáját (mértékegység: kJ/mol) és moláris tömegét (mértékegység: g/mol). A periódusos rendszer kép változatban, egyszerűsített változatban és nyomtatható pdf változatban is elérhető.

Mi a periódusos rendszer?

A periódusos rendszer a kémiai elemeket csoportosítja az elektronszerkezetük alapján táblázatos formában, illetve főbb fizikai és kémiai tulajdonságait mutatja be. A periódusos rendszer a kémia érettségin bármikor használható segédeszköz. Gyakorlatilag egy legális puska, amiből az elemek legfontosabb adatait gyorsan kikereshetjük. Minden elem egy külön cellát kap a táblázatban, amelyben az elem vegyjele biztosan fel van tüntetve.  A vegyjel az elem rövid, egy vagy két betűből álló jelölése. A vegyjel alapján gyorsabban lehet azonosítani az elemeket a periódusos rendszerben. Persze felmerülhet a kérdés, hogy mi az a kémiai elem. Továbbá más kémiai alapfogalmakat szintén ismerni kell a periódusos rendszerben található információk megértéséhez. Jó kiindulópontot találsz a kémiai alapfogalmak megértéséhez itt:

Kémiai alapok

A periódusos rendszer adatai és felépítése

Az elemek vegyjelén kívül szinte mindig fel van tüntetve a periódusos rendszer celláiban az elemek rendszáma. A rendszám az elemhez tartozó atomok protonszámával egyenlő. A rendszám balról jobbra és fentről lefelé, tehát az olvasás irányában, egyesével nő a cellákban. A periódusos rendszer nem egy szokványos téglalap alakú táblázat. Például az első sorban csak két elem található a periódusos rendszer bal és jobb szélén. A periódusos rendszer aszimmetriája az elemek vegyértékelektron-szerkezete, vagy ritkábban a kémiai hasonlóságuk szerinti elrendezést tükrözi. Általában azok az elemek kerülnek egymás alá, amelyeknek a vegyérték-elektronszerkezete hasonló. A legfontosabb kivétel ez alól a hélium (He) elhelyezkedése. Bár a hélium vegyértékelektron-szerkezete (1s²) az egy sorral lejjebb található berillium (Be) vegyértékelektron-szerkezetére (2s²) hasonlít, mégis a neon (Ne) felett találjuk meg a héliumot, mivel a kémiai tulajdonságai jobban hasonlítanak a neonra és a neon alatt található elemekre. Az elemek elhelyezkedése a különböző periódusos rendszer változatokban kötött, szinte mindig teljesen azonos.

Az elemek elhelyezkedésén a periódusos rendszerben, az elemek vegyjelén és rendszámán kívül nincs más fizikai vagy kémiai adat, amit kötelező jelleggel minden periódusos rendszer változatban fel szoktak tüntetni. Gyakran szerepel a periódusos rendszer változatokban az elemek moláris tömege, elektronszerkezete, ionizációs energiája, olvadás- és forráspontja. Az előbb említetteken kívül eltüntethetnek sok más fizikai és kémiai adatot is.

A periódusos rendszer részei

Az elemek kémiai tulajdonságai nagyban függenek az elemek vegyértékelektron-szerkezetétől. Tehát az elemek vegyértékelektron-szerkezetének használata, mint a periódusos rendszer felépítését kialakító rendező elv azt eredményezi, hogy a hasonló kémiai tulajdonságú elemek egymáshoz közel fognak elhelyezkedni. A periódusos rendszer sorait periódusoknak nevezzük, ezeket fentről lefele arab számokkal jelezzük a periódusos rendszer bal oldalán. Az oszlopokat csoportoknak hívjuk, és ezeket római számmal jelöljük a periódusos rendszer tetején. Megkülönböztetünk főcsoportokat, amelyeket a római szám mellett egy „A” betűvel, és mellékcsoportokat, amit a római szám mellett egy „B” betűvel jelölünk. A csoportokon felül, de szintén elektronszerkezeti alapon a periódusos rendszer bizonyos területeit mezőnek nevezzük. Az IA és IIA főcsoport, illetve a hélium alkotja az s-mezőt, a IIIA-VIIIA főcsoport kivéve a héliumot a p-mezőt. A mellékcsoportok az s- és p-mező között a d-mezőhöz tartoznak, illetve f-mezőnek nevezzük az alulra kiemelt 2×14-es táblázatrészletet. Az f-mező igazándiból beilleszthető a d-mezőbe, de így a periódusos rendszer vízszintes oldala jóval hosszabb lenne, mint a függőleges, és nem töltené ki hatékonyan a szokásosan használt fektetett A4-es lapformátumot.

A kémiai elemek csoportosítása

A kémiai elemek többféleképpen is lehet csoportosítani, és ezeket a csoportosításokat is gyakran tüntetik fel a periódusos rendszerben. Az elemek csoportosítása, avagy rendszerezése könnyebben tárgyalhatóvá és tanulhatóvá teszi a kémiát, hiszen, ha tudjuk, hogy egy adott csoporthoz tartozó elemek milyen kémiai tulajdonsággal jellemezhetőek, akkor egyszerűbb az információkat fejben tartani, mintsem külön-külön próbálnánk meg az azonos információkat megjegyezni. (Mellesleg a csoportosításnak, mint logikai eljárásnak, hasonló szerepe és haszna van a kémia vagy a természettudományok határain kívül eső témáknál is.) A fentiek alapján talán nem meglepő, hogy a legtöbb tankönyv szintén a periódusos rendszer változatokban feltüntetett csoportosítások alapján tárgyalja a szervetlen kémiát.

Fémek és nemfémek

Az elemeket kémiai tulajdonságaik alapján két nagy csoportba sorolhatók be. A két csoportot fémeknek és nemfémeknek hívjuk. A kémiai elemek döntő részének az elektronszerkezete többé vagy kevésbé instabil, így hajlamosak elektronok felvételére vagy leadására, hogy az elektronszerkezetüket stabilabb állapotba juttassák. A fémekhez olyan elemek tartoznak, amelyek elektronjaik leadásával, a nemfémek meg olyan elemek, amelyek elektronok felvételével teszik stabilabbá az elektronszerkezetüket. Az elemeknek az elektronokhoz való viszonyát jellemzi az elektronegativitás. Tehát a fémek alapvetően alacsonyabb, amíg a nemfémeknek magasabb elektronegativitás értékkel rendelkeznek.

A fémeket és a nemfémeket egyszerű elkülöníteni a periódusos rendszerben. Az alumínium (Al) – germánium (Ge) – antimon (Sb) – polónium (Po) – tenesszium (Ts) átló elemei, illetve az átlótól a periódusos rendszerben balra található elemek a hidrogén (H) kivételével a fémekhez tartoznak. Az átló felett és tőle jobbra elhelyezkedő elemek pedig a nemfémekhez.

Félfémek és a csoportosítás alapelvei

Picivel feljebb már említettük, hogy egy adott téma tárgyalását és tanulását megkönnyítheti a csoportosítás. Másfelől viszont a csoportosítás túlságosan leegyszerűsítheti a valóságot. Például, ha az embereket magasak és alacsonyak csoportjára osztjuk, és a két csoport határa 175 cm lesz, akkor számos kritika érheti a logikai eljárást. Egy 174 cm és egy 176 cm magas ember között alig van különbség, mégis két külön csoportba soroltuk őket, pedig magasságukban lényeges különbség nincs. Magasságukból adódóan feltehetőleg pont ugyanaddig a polcig érnek fel a kamrában. Egy harmadik csoport létrehozásával némiképp orvosolható a probléma. Bár kissé bonyolultabbá tettük a csoportosítást a plusz csoport bevezetésével, de a csoportosítás így már jobban leképezi a valóságot.

A fém és nemfém csoportosításnál nagyon hasonló a helyzet ahhoz, amit feljebb felvázoltunk. Az elemek elhelyezkedése a periódusos rendszerben tükrözi a kémiai tulajdonságaik hasonlóságát, tehát legalább nagy vonalakban igaz, hogy az egymás mellett lévő elemek jobban hasonlítanak egymásra, mint az egymástól távoliak. Az egymással szomszédos fémek és nemfémek kémiai tulajdonságai sokszor jobban hasonlítanak egymásra, mint a periódusos rendszer két szélén található, velük egy csoportba sorolt elemek kémiai tulajdonságai. Tehát létre lehet hozni egy harmadik csoportot a fémek és nemfémek mellett, amelyet félfémeknek hívunk.

Melyik csoportosítás a jobb? Ha csak két csoportra bontjuk a kémiai elemeket, vagy ha háromra? Erre a kérdésre nincs egyértelmű választ, viszont abból sokat lehet tanulni, ha megértjük, hogy miért nincs. A természettudományos szemlélet egyik alapja, hogy a különböző protonszámú atomok, tehát az elemek, az embertől függetlenül léteznek. A csoportosítás viszont egy logikai művelet, amit az ember végez el, és az elemek különböző csoportosításokon alapuló csoportjai az emberek fejében keletkeztek. A csoportosítás segít nekünk abban, hogy leképezzük és jobban megértsük a kémiai elemek természetét. Több csoport létrehozása bizonyos esetben jobban leírja a valóságot, mint a kevesebb, de az is lehet, hogy máskor jobban el tudunk magyarázni valamit, ha kevesebb csoportot használunk. Igazság szerint a kémiai megértésében az is sokat segít, hogyha ismerjük és értjük a kémiai elemek különböző csoportosításait. Mindegyik csoportosítással egy picit más szemszögből tekintünk rá a kémiai elemek valóságára, tehát összességében pontosabb kép fog kirajzolódni a fejünkben.

Visszatérve a félfémekre, a kémiával egyetemi és tudományos szinten foglalkozó szakemberek között sincs teljes egyetértés abban, hogy mely elemeket kellene a félfémek közé sorolni, és melyeket a fémek és nemfémek csoportjába. Bár nincs egyetértés a félfémek csoportjának tagjaiban, mégis gyakran találkozhatunk a kifejezéssel a tankönyvekben. Középiskolás szinten viszont csak a nemfémek csoportjának ismeretét várják el, nem pedig azt, hogy milyen elemeket, milyen gyakorisággal szoktak a félfémek közé sorolni a kémiával magasabb szinten foglalkozó szakemberek.

Természetes és mesterséges elemek

A 118 ismert kémiai elemből a természetes elemekhez tartoznak azok, amelyek az ember tevékenységétől függetlenül is előfordulnak a Földön. A 94-es rendszámmal bezárólag sorolhatóak ide a kémiai elemek, tehát összesen 94 természetes kémiai elemet sorolunk a természetes elemek csoportjába.

Mesterséges kémiai elemből összesen 24-et ismerünk. Nagyjából 4,6 milliárd évvel ezelőtt ezek még jelen lehettek a Föld keletkezésekor, de mivel a mesterséges elemek mind radioaktívak, azóta már lebomlottak. Emberek által létrehozott bonyolult eszközökkel, mint például atombombákkal, atomreaktorokkal vagy részecskegyorsítókkal viszont létrehozhatóak a mesterséges elemek magfúzió vagy neutronabszorpció útján. A mesterséges elemek rendszámai 95–től 118-ig terjednek.

Lehetséges, hogy a jövőben újabb mesterséges kémiai elemeket is létrehoznak. Ezeknek a kémiai jelentősége alacsony, éppúgy, mint a mesterséges elemek legtöbbjének. A mesterséges elemek döntő többségét nagy költséggel és nagyon kis mennyiségben lehet csak előállítani. Másfelől a felezési idejük (az az idő, ami alatt az adott elemhez tartozó radioaktív atomok fele elbomlik) nagyon rövid, a másodperc törtrésze. Tehát a nagy költséggel, nagyon kis mennyiségben létrehozott anyag rövid időn belül elbomlik. Egy hasonlattal élve, olyan a mesterséges elemek többsége, mint Mátyás király ajándéka. (Mátyás király ajándéka „A bíró okos lánya” mesében szereplő galamb volt, ami az átadás pillanatában elrepült.)

 

 

Az elemek csoportosítása a periódusos rendszer csoportjai és mezői szerint

A kémiai elemek legrészletesebb felosztása a periódusos rendszer csoportjai (oszlopai) és mezői alapján történik. Az elemek ezen csoportjainak gyakran hagyományos nevei vannak, amelyek semmilyen utalást nem tartalmaznak a periódusos rendszerben való elhelyezkedésükre. A periódusos rendszer IA főcsoportjának az elemei a hidrogén kivételével az alkálifémek közé tartoznak. Az alkáliföldfémek egy az egyben lefedik a IIA főcsoport elemeit. A többi fémet a periódusos rendszer mező alapján osztják be a leggyakrabban. Átmeneti fémeknek hívják a d- és f-mező elemeit. Ezen belül az 57-től 71-ig terjedő rendszámmal rendelkező elemek csoportját lantanoidáknak, illetve a 89-től 103-ig terjedőket meg aktinoidák hívják. A d-mezőtől jobbra található, fémek közé tartozó elemekre a leggyakrabban nemes egyszerűséggel a p-mező fémeiként hivatkoznak. A periódusos rendszer IVA, VA és VIA főcsoportjának elemeire a csoportok legkisebb rendszámú elemeinek neve alapján balról jobb felé haladva széncsoport, nitrogéncsoport és oxigéncsoport név alatt is szokás hivatkozni. A VIIA főcsoport elemei a halogének, amíg a VIIIA főcsoporthoz tartoznak a nemesgázok. Az utóbbiak kiemelt jelentőségűek a kémiában, hiszen ezeknek az elemeknek az elektronszerkezete nagyon stabil, és a többi elem sokszor a nemesgáz-elektronszerkezetet éri el különféle módon, hogy az eredendően kevésbé stabil elektronszerkezetét stabilizálja.

A fenti bekezdés csoportjainak felsorolásból kitűnhet, hogy se a hidrogént, se a bórt (B) nem soroltuk be egyetlen csoportba se. Igazság szerint a hidrogén a kémiai tulajdonságai alapján egyértelműen a többi nemfémre hasonlít, és a leghaloványabb köze sincs a periódusos rendszerbe alatta található alkálifémekhez. A bór kémiai tulajdonságai szintén sokkal inkább a tőle jobbra elhelyezkedő nemfémekre hasonlít, mint az alatt elhelyezkedő alumíniumra. Minél részletesebben osztjuk fel az elemeket a periódusos rendszer alapján, annál jobban közelítünk a kémiai valósághoz, de egyúttal egyre nehezebb lesz áttekinthető a csoportosítás.

Ha a periódusos rendszer, vagy úgy általában a kémia azért érdekel, mert például a kémia érettségire készülsz, akkor a hasznos információk találhatsz a Budapesti Reáltanoda kezdőoldaláról kiindulva. Ha a kémiát túlságosan bonyolultnak érzed, de magas érettségi pontszámra van szükséged az emelt szintű kémia érettségin, hogy felvegyenek álmaid egyetemére, akkor figyelmedbe ajánljuk kémia érettségi felkészítő tanfolyamainkat.