1
Periodická soustava prvků
1869, 1871 Mendelejev ­ předpověď vlastností chybějících prvků
(Sc, Ga, Ge, Tc, Rh, Po, Hf). Vzácné plyny He, Ar
Vlastnosti prvků jsou periodickou funkcí atomové hmotnosti
(výjimky: Ar/K; Co/Ni; Te/I; Pa/Th)
1913 Moseley
Vlastnosti prvků jsou periodickou funkcí atomového čísla
1829 Döbereiner
Triády: Li, Na, K; Ca, Sr, Ba; S, Se, Te; Cl, Br, I;
1870 Meyer - atomové objemy
2
Periodická tabulka prvků
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
3
Periodicky se měnící vlastnosti
Atomové číslo - efektivní náboj jádra
Oxidační čísla
Atomový poloměr
Ionizační energie
Elektronová afinita
Elektronegativita
Polarizovatelnost, polarizační schopnost
Kovové ­ nekovové vlastnosti
4
Skupina, Perioda
Skupina: opakující se elektronová konfigurace určuje
podobnost chemických vlastností
Perioda: postupné zaplňování elektronové slupky a vzrůst
náboje jádra určuje postupnou změnu vlastností
5
Pravidla pro obsazování orbitalů elektrony
Nejprve se obsazují orbitaly s nejnižší energií ­ Aufbau
(výstavbový) princip
Pouze dva elektrony do jednoho orbitalu s opačným spinem ­
Pauliho princip
Maximální počet nespárovaných elektronů v energticky
degenerovaných atomových orbitalech ­ Hundovo
pravidlo
Obsazení orbitalů elektrony může změnit pořadí energií
6
Elektronové konfigurace nepřechodných prvků
Prvky hlavních skupin = nepřechodné prvky = s- a p-prvky
Zaplňují s a p orbitaly Oxidační stav se mění o 2
CO CO2
SO2 SO3 PCl3 PCl5
Alkalické kovy: ns1
Kovy alkalických zemin: ns2
Triely: ns2 np1
Tetrely: ns2 np2
Pniktogeny: ns2 np3
Chalkogeny: ns2 np4
Halogeny: ns2 np5
Vzácné plyny: ns2 np6 velmi stabilní konfigurace
7
Vlastnosti nepřechodných prvků
Oxidační stav se mění o 2
Diamagnetické = nemají nepárové elektrony
Bezbarvé
8
Elektronové konfigurace přechodných prvků
Prvky vedlejších skupin = přechodné prvky = d-prvky
Zaplňují (n-1)d a ns orbitaly Oxidační stav se mění o 1
3d, 4d, 5d prvky
Alespoň v jedné sloučenině mají neúplně obsazené d orbitaly
Neplatí pro skupinu Zn (M2+ = d10) , donedávna neplatilo pro
Sc (M3+ = d10), připraveny sloučeniny Sc1+
Dřívější přechodné prvky ­ oxofilní, 3. ­ 7. skupina
Pozdější přechodné prvky ­ chalkofilní, 7. ­ 12. skupina
9
Vlastnosti přechodných prvků
Oxidační stav se mění o 1
Více oxidačních stavů
Paramagnetické
Barevné
10
Charakteristická oxidační čísla 3d prvků
Cu2+Cu+
Zn2+
Ni2+
Co3+Co2+
FeO4
2-Fe3+Fe2+
MnO4
-MnO4
2-MnO4
3-Mn4+Mn3+Mn2+
CrO4
2-Cr3+Cr2+
VO2
+VO2+V3+V2+
Ti4+Ti3+
Sc3+Sc+
7654321
11
12
Změna pořadí energetických hladin 4s/3d
Ar [Ne] 3s2 3p6 (4s0)
K [Ar] 4s1 (3d0 4p0)
Ca [Ar] 4s2 (3d0 4p0)
Sc [Ar] 3d1 4s2 (4p0)
Ti [Ar] 3d2 4s2 (4p0)
13
Změna pořadí energetických hladin 4s/3d
Pořadí energií hladin je
výsledkem experimentálního
měření
Roste efektivní náboj jádra
Stínění elektronů
14
Vyšší stabilita zpola zaplněných orbitalů
15
La
16
Elektronové konfigurace lanthanoidů
Xe [Kr] 4d10 5s2 5p6 E(4f) > E(6s)
Cs [Xe] 6s1
Ba [Xe] 6s2
La [Xe] 5d1 6s2 přechodný
Ce [Xe] 4f1 5d1 6s2 E(4f) < E(6s), E(5d)
Pr [Xe] 4f3 6s2
Eu [Xe] 4f7 5s2 5p6 5d0 6s2
Gd [Xe] 4f8 5s2 5p6 5d0 6s2
Gd [Xe] 4f7 5s2 5p6 5d1 6s2 4f zpola zaplněný
Lu [Xe] 4f14 5d1 6s2 4f zcela zaplněný
17
Elektronové konfigurace aktinoidů
Rn [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p6 E(5f) > E(7s)
Fr [Rn] 7s1
Ra [Rn] 7s2
Ac [Rn] 6d1 7s2 přechodný
Th [Rn] 5f2 7s2 E(5f) < E(7s), E(6d)
Am [Rn] 5f7 7s2
Cm [Rn] 5f7 6d1 7s2
Lr [Rn] 5f14 6d1 7s2
18
Tvorba oktetu
19
Elektronová slupka
Valenční sféra ­ atomové orbitaly, nejvzdálenější od jádra, zcela
nebo zčásti zaplněné, které leží nad elektronovou
konfigurací nejbližšího nižšího vzácného plynu
Valenční sféra rozhoduje o fyzikálních a chemických vlastnostech
Vnitřní elektrony ­ elektronové "jádro" ­ všechny nižší zcela zaplněné
elektronové hladiny vzácných plynů, neúčastní se chemických reakcí
20
Velikost atomů
Atomové poloměry
Aproximace atomu jako nepružné koule, r = 10-10 m
Kovalentní poloměr = polovina vzdálenosti mezi dvěma
stejnými atomy
Diamant
Vzdálenost atomů C = 1.54 
Kovalentní poloměr = 0.77 
21
Velikost atomů
Ve skupině atomové poloměry rostou ­ zaplňování vyšších (n)
orbitalů elektrony, elektrony dále od jádra
Vliv zaplněných d-orbitalů: r(Al) > r(Ga)
Al [Ne] 3s2 3p1 (3d0)
Ga [Ar] 3d10 4s2 4p1
22
Velikost atomů
Vliv zaplněných d-orbitalů: r(Al) > r(Ga)
23
Poloměry maximální elektronové hustoty orbitalů
Atomové číslo, Z
24
Atomové poloměry (pm)
25
Kovalentní poloměry, rcov ()
r(2s) > r(2p)
r(3s)  r(3p)
Atomové číslo, Z
26
Velikost atomů
Atomové poloměry v periodě klesají: elektrony se přidávají do
orbitalů se stejným n, rostoucí Z ­ kladný náboj jádra ­
způsobuje relativní smrštění
Lanthanoidová kontrakce: vnější orbital je stále 6s, elektrony se
doplňují do 4f, roste Z,
poloměry klesají od La 169 pm po Lu 153 pm
27
Atomové poloměry, pm
28
Atomové poloměry, 
Atomové číslo, Z
29
Atomové poloměry přechodných kovů
Atomové poloměry kovů 1. přechodné periody jsou nejmenší s
minimem u Co, Ni.
Atomové poloměry kovů 2. a 3. přechodné periody jsou podobné.
Způsobeno lanthanidovou kontrakcí ­ zaplněné 4f14 špatně stíní
vnější slupku
30
Atomové poloměry přechodných kovů, pm
31
Atomové číslo, Z
32
33
Atomové poloměry přechodných kovů, pm
34
Iontové poloměry
vzrůstají ve skupině
35
Iontové poloměry
Izoelektronové ionty: N3- > O2- > F- > Na+ > Mg2+ > Al3+
S rostoucím Z a rostoucím kladným nábojem klesá poloměr
Fe2+ > Fe3+ Pb2+ > Pb4+
S rostoucím kladným nábojem klesá poloměr
36
37
Ionizace
Ionizace = odtržení elektronu z atomu (nebo iontu)
Vynaložení energie = vždy endotermický děj
Elektron nejdále od jádra je odtržen nejsnadněji, nejslaběji vázán.
Odtržení druhého a dalších elektronů z kationtu je ještě více
energeticky náročné:
Odtržením elektronu se sníží e-e repulze, poruší se rovnováha mezi
e-e repulzí a přitažlivými silami mezi jádrem a elektrony
Velikost atomu (iontu) se zmenší.
Kationty jsou vždy menší než neutrální atomy, anioty jsou vždy
větší než neutrální atomy
38
Ionizační energie
IE = energie potřebná k odtržení nejslaběji vázaného elektronu
atomu v plynné fázi [kJ mol-1]. Míra síly vazby elektronu v
daném orbitalu
Získáme interakcí atomů v plynné fázi s energetickými částicemi,
např. e-.
M(g) M(g)
+ + e- První IE IE1 > 0 [kJ mol-1]
M(g)
+ M(g)
2+ + e- Druhá IE IE2 >> 0 [kJ mol-1]
1. IE < 2. IE < 3. IE < 4. IE < .......
Každá další ionizace je energeticky náročnější: stejné Z, menší
počet e je držen pevněji, separace náboje nevýhodná
39
Ionizační energie
40
Prvních osm ionizačních energií Cl, kJ mol-1
41
Ionizační energie
Odtržení valenčních elektronů ­ IE postupně vzrůstá s
růstem pozitivního náboje
Odtržení vnitřních elektronů ­ velice energeticky náročné,
rozrušení uzavřených slupek s konfigurací vzácných plynů
(neexistují sloučeniny s ionty Na2+, Mg3+, Al4+, ...)
Číslo skupiny = počet valenčních elektronů = maximální
pozitivní oxidační číslo
42
Ionizační energie, IE (kJ mol-1)
Atomové číslo, Z
43
Ionizační energie, IE (kJ mol-1)
44
Ionizační energie, IE (kJ mol-1)
45
Trendy ionizační energie
IE klesá ve skupině, valenční elektrony jsou vázány nábojem
jádra slaběji se zvyšujícím se n a s rostoucí vzdáleností
elektronů od jádra (Al, Ga)
IE roste v periodách, s rostoucím Z jsou elektrony stále silněji
poutány k jádru.
Důsledky vysoké stability zpola a zcela zaplněných slupek:
Vysoká IE vzácných plynů
IE(B) < IE(Be) IE(O) < IE(N)
46
První ionizační energie jako funkce Z
Atomové číslo, Z
47
Ionizační energie
Atomové číslo, Z
48
Elektronová afinita
EA = energie uvolněná (EA < 0) nebo pohlcená (EA > 0) při
připojení elektronu k atomu nebo iontu.
První EA většinou < 0, výjimka Be, N, .....
Druhá EA vždy > 0, připojení e- k aniontu je energeticky
nevýhodné, kompenzováno uvolněním mřížkové energie
Oxidy, O2-
EA1(O) < 0
EA2(O) > 0
49
První elektronová afinita (kJ mol-1)
Atomové číslo, Z
50
První elektronová afinita (kJ mol-1)
Atomové číslo, Z
51
První elektronová afinita (kJ mol-1)
52
První elektronová afinita (kJ mol-1)
53
Elektronová afinita
54
Elektronegativita podle Paulinga
Schopnost atomu přitahovat vazebné elektrony v kovalentní vazbě
Disociační energie polární vazby A-B je větší než průměr
disociačních energií nepolárních vazeb A-A a B-B.
ED(AB) = {ED(AA) × ED(BB)} + 
 = 96.48 (A - B)2
F = 4.0 Pauling
F = 3.98 dnešní hodnota
Linus Pauling (1901-1994)
NP za chemii 1954, za mír 1963
55
Elektronegativita podle Paulinga
ED(F2) = 154.8 kJ mol-1
ED(Br2) = 192.5 kJ mol-1
ED(BrF) = 238.5 kJ mol-1
ED(BrF) = {ED(F2) × ED(Br2)} + 
 = 96.48 (A - B)2
F = 3.98
Br = ?
56
Paulingova elektronegativita
70.4475218297HI
130.75396218367HBr
170.992122218432HCl
431.927077218565HF
%
iontovosti
B - A ED(BB)
kJ mol-1
 ED(AA)
kJ mol-1
ED(A-B)
kJ mol-1
A-B
57
Elektronegativita podle Mullikena
Orbitálové elektronegativity
M =  (IE +EA)
M = 3.15 P
58
Elektronegativita podle Allreda a Rochowa
Coulombova síla s jakou jádro přitahuje vazebné elektrony
F = (1/40) (Z*e/r2)
AR = A (Z*/r2) + B
59
Elektronegativita
60
Elektronegativita
61
Elektronegativita
Atomové číslo, Z
62
Vzájemná polarizace iontů
Mn+
Am-
63
Polarizovatelnost,  [m3]
Míra deformace rozložení elektronů v atomu nebo iontu
vlivem vnějšího elektrického pole (jiné nabité částice)
Změna objemu elektronového oblaku vlivem jednotkového
náboje,  [m3]
Velikost  závisí na pevnosti s jakou váže jádro vnější
elektrony, velikosti atomu, iontu, počtu elektronů.
Měkký atom (ion, molekula) = snadno podléhá deformaci
Tvrdý atom (ion, molekula) = odolává deformaci
64
Polarizovatelnost atomů, 106 pm3
Cs
Rb
K
Na
Li
Atom
52.9
43.7
41.6
24.4
24.0

Xe
Kr
Ar
Ne
He
Atom
1.322
1.419
1.329
1.027

3.99
2.46
1.62
0.39
0.20

C(ar)
C(2)
C(3)
C(4)
Atom
5.530
3.465
2.317
0.321
0.408

Br
I
Cl
F
H
Atom
65
Polarizační schopnost
Roste se zvyšujícím se nábojem
Roste s klesajícím poloměrem
q/r nábojová hustota
Al3+ tvrdý kation
Cs+ měkký kation
66
Teploty tání prvků hlavních skupin (K)
67
Teploty tání přechodných kovů
68
Kovové ­ nekovové vlastnosti
69
Kovové ­ nekovové vlastnosti
70
Kovy
Struktutra nejtěsnější uspořádání, vysoké koordinační číslo, velké
atomy, nízké ionizační energie, vysoká polarizovatelnost, kovová
vazba všesměrová.
71
72
Kovová vazba
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+ +
+
+
+ +
+
+
+ Ionty
Delokalizované
electrony
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+ +
+
+
+ +
+
+
++
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+ +
+
+
+ +
+
+
+ Ionty
Delokalizované
electrony
73
Nekovy
Kovalentní vazby silné, silně směrové, dobrý překryv orbitalů,
malé atomy, vysoká ionizační energie, malá polarizovatelnost,
slabé vdW interakce
74
Metaloidy - polokovy
Slabší kovalentní vazby, velikost atomů a polarizovatelnost
umožňuje vdW interakce, sekundární vazby
75
Metaloidy - polokovy
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
12 13 14 15 16 17 18
B
Al
C
Si
Ge
Sn
Pb
N
P
As
Sb
Bi
O
S
Se
Te
Po
F
Cl
Br
I
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
12 13 14 15 16 17 18
B
Al
C
Si
Ge
Sn
Pb
N
P
As
Sb
Bi
O
S
Se
Te
Po
F
Cl
Br
I
r/IE
Nekovy
Polokovy
Kovy
Skupina
76
Metaloidy - polokovy
B C N O F
Al Si P S Cl
Ga Ge As Se Br
In Sn Sb Te I
Tl Pb Bi Po At
77
16. skupina
O a S - nekovy
Se - nekovové a polokovové modifikace (allotropy)
Te - polokov
Po - kov s velmi vzácnou strukturou
78
79
Te
Te - polokov
80
Se
Šedý selen
Červený selen
nekov
polokov
81