Periodická soustava prvků.

K sepsání krátké úvahy o Mendělejevově periodické tabulce prvků mne vedl požadavek jednoho mého kamaráda Jirky, který se ptal, proč považuji Mendělejeva za génia, jak jsem napsal v jednom svém textu. Samotné téma může být trošku ošemetné, protože vše co o této tabulce potřebujete vědět si můžete přečíst a najít v mnoha zdrojích na internetu a hrozí tudíž možnost, že budu opakovat dávno známá fakta a skutečnosti. Nicméně slib je slib a já se pokusím uchopit toto téma z pohledu úplného laika, který se chce něco základního dozvědět a zároveň nezabřednout do hlubin odborné chemie.

Takže milý Jirko, je to docela jednoduché, na jedné straně je potřeba si uvědomit, že tabulka byla definována někdy v polovině 19. století, kdy bylo známo jen asi 60 chemických prvků. Mendělejevovi se jako prvnímu podařilo sestavit tabulku, která nejenže popisovala tehdy známe prvky, ale on byl dokonce schopen předpovědět existenci prvků, které byly objeveny až mnohem později. On byl také objevitelem periodického zákona, který říká, že vlastnosti prvků jsou periodickou funkcí jejich atomových hmotností. Jinými slovy seřadil prvky podle rostoucích atomových vah a vlastně tak definoval a předpověděl chování celých skupin prvků.

A teď něco o druhé straně. Z té tabulky se dá vyčíst taková spousta údajů, že se to na první pohledu ani nezdá. Začneme jednoduchým popisem skupin a period v této tabulce. Skupiny jsou svislé sloupce ( např. 2. skupina je tvořena prvky od berylia po radium) a periody jsou vodorovné řádky (3. perioda je tak tvořena prvky od sodíku po argon). Skupiny nám napovídají kolik valenčních elektronů mají jednotlivé prvky, periody nám naopak napovídají kolik elektronových slupek ten který prvek obsahuje. Prosím zapamatujme si, že valenční sféra je poslední venkovní elektronová slupka. Pokud si uvědomíme, že tendencí každého prvku je doplnit tuto valenční sféru na maximální možný počet elektronů, tak k tomuto cílí vedou dvě cesty. Tou první je odevzdání elektronů, což je tendence u prvků v levé polovině tabulky a druhou cestou jak docílit zaplněné poslední slupky je naopak přibrání elektronů, což je tendence u prvků, které vidíme v pravé polovině tabulky. Pro lepší pochopení si vezmeme jako příklad třeba sodík, který má celkem 11 elektronů a z toho jeden ve valenční (poslední) slupce. Jeho odevzdáním sodík docílí toho, že valenční sférou se stane ta předchozí a tvoří tedy velmi ochotně kladně nabitý ion Na+. Opačným příkladem potom může být například chlór, který má celkem 17 elektronů, z toho 7 valenčních a nejjednodušším způsobem jak docílit zaplněné poslední slupky, je najít si nějaký volný elektron. Takže když si představíme, že bude někde v blízkosti prvek jako sodík tak si dovede odvodit, že se tyto prvky budou jeden druhému moc líbit. Jeden chce něco věnovat a druhý přesně toto potřebuje. V tomto případě tak může vzniknout sloučenina, kterou všichni důvěrně známe jako sůl neboli chlorid sodný.

Mnozí z vás si asi uvědomili, že celá chemie je hodně o elektrickém náboji. Takže pokud vezmeme do úvahy jednoduchý fakt, že proton je kladně nabitá částice, elektron záporně nabitá částice a neutron už podle názvu elektricky neutrální, tak se z tohoto dá odvodit mnoho dalších vlastností jednotlivých prvků a jejich chování při chemických reakcích. Například schopnost poutat vazebné elektronové páry se nazývá elektronegativita a někdy je v periodické tabulce uváděna jako číslo, například u fluoru je to 4,1. Záměrně jsem vybral fluor, což je z běžných prvků ten s nejvyšší elektronegativitou a otázky pro mnohé může být proč tomu tak je ? Odpověď je opět velmi jednoduchá. Jak už jsme si řekli dříve, halogeny t.j. prvky ze 7.skupiny (od fluoru po astat) jsou logicky ty, které mají největší tendenci přibírat elektron pro doplnění valenční sféry a proč má fluór tuto vlastnost nejvýraznější ? No protože má svou valenční sféru nejblíže kladně nabitého jádra, jelikož patří do druhé periody a všechny ostatní halogeny jako chlór, bróm, jód nebo astat mají své valenční sféry dále od jádra a tudíž vykazují nižší elektronegativitu.

To už bychom ale asi zabředli do detailů a pro laiky zbytečných podrobnosti. Stačí si z tohoto celého zapamatovat, že atomy ze stejným počtem protonů tvoří prvky, že počet elektronů je stejný jako počet protonů, že počet neutronů může být různý a dá se jednoduše zjistit jako rozdíl mezi atomovou hmotností a atomovým číslem. Jako příklad si můžeme vzít třeba úplně první prvek z tabulky. Jak vidíme tak atomové číslo je 1, což znamená, že vodík má jeden proton v jádře a jeden elektron v elektronovém obalu. Kolik má ale tedy neutronů, když rozdíl mezi atomovou hmotností a atomovým číslem t.j. 1,0079 - 1 = 0,0079 ? Odpověď je opět zcela jednoduchá, většina atomů vodíku žádný neutron neobsahuje, ale některé ano, v případě, že atom obsahuje jeden neutron, tak hovoříme sice pořád o vodíku, ale přesněji o jeho izotopu s názvem deuterium a známe také tritium, t.j. vodík se dvěmi neutrony v jádře. Můžeme si takto lehce odvodit definici izotopu, jedná se o atom téhož prvku, ale s rozdílným počtem neutronů v jádře.

V tomto příspěvku jsme se jen přece trošku více ponořili do tajů chemie, ale jinak to pro schopnost orientace v periodické tabulce ani nejde. Těm, pro které to bylo méně čtivé, tak se omlouvám. Možná, že někteří zde našli nějaká další chemická tajemství a souvislosti, které už dávno zapomněli nebo se nimi setkali poprvé, což by ale znamenalo, že jejich učitel chemie něco v minulosti zanedbal, protože dnešní téma bylo opravdu o základním kamenu celé chemie 😀.