Tabelul periodic

Elementele chimice sunt așezate în tabelul periodic în ordinea crescătoare a numărului atomic $Z$, adică a numărului de protoni din nucleu. Un atom neutru are tot atâția electroni câți protoni, deci $Z$ arată și câți electroni are atomul. Rândurile orizontale se numesc perioade și sunt șapte. Coloanele verticale se numesc grupe și sunt optsprezece, numerotate de la 1 la 18.

Poziția unui element se citește din repartiția electronilor pe straturi:

• numărul perioadei este egal cu numărul straturilor ocupate cu electroni;
• electronii de pe ultimul strat se numesc electroni de valență; la grupele 1 și 2 numărul grupei este chiar numărul lor, iar la grupele 13–18 numărul grupei este numărul lor plus 10.

Exemplu în pași, fosforul ($Z=15$):

1. Fosforul are 15 protoni, deci atomul neutru are 15 electroni.
2. Electronii se așază pe straturi: 2 pe primul, 8 pe al doilea și 5 pe al treilea, adică $2,8,5$.
3. Sunt trei straturi ocupate, deci fosforul este în perioada 3.
4. Pe ultimul strat sunt 5 electroni de valență, deci numărul grupei este $10+5=15$.

Elementele din aceeași grupă au proprietăți asemănătoare, pentru că au același număr de electroni de valență. Litiul ($2,1$), sodiul ($2,8,1$) și potasiul ($2,8,8,1$) sunt în grupa 1: toate sunt metale moi, care reacționează energic cu apa. Fluorul ($2,7$) și clorul ($2,8,7$) sunt în grupa 17 și au câte 7 electroni de valență; ambele sunt nemetale foarte reactive. Neonul ($2,8$) și argonul ($2,8,8$) au ultimul strat complet și sunt foarte puțin reactive; ele sunt în grupa 18, la fel ca heliul, care are doar 2 electroni.

Elementele aceleiași perioade au același număr de straturi, dar numărul electronilor de valență crește de la stânga la dreapta. În perioada 3, sodiul are 1 electron de valență, iar clorul 7; de aceea primul este metal, iar al doilea nemetal. Metalele ocupă partea stângă și centrul tabelului, iar nemetalele partea dreaptă. Tabelul a pornit de la ideea chimistului rus Dmitri Mendeleev (1869), care a ordonat elementele după masă și a observat că proprietățile se repetă; astăzi ordinea este dată de numărul atomic $Z$.

Configurația electronică pe substraturi leagă direct poziția în tabel de structura atomului. Perioadele au 2, 8, 8, 18, 18, 32 și 32 de elemente. Blocurile tabelului se numesc după substratul în care intră ultimul electron: blocul $s$ cuprinde grupele 1 și 2 (și heliul), blocul $p$ grupele 13–18, blocul $d$ grupele 3–12, iar lantanidele și actinidele formează blocul $f$. La elementele reprezentative, ultimul strat este $n{s}^{x}n{p}^y$, iar $x+y$ este numărul electronilor de valență: $n{s}^1$ înseamnă grupa 1, $n{s}^2$ grupa 2, $n{s}^{2}n{p}^5$ grupa 17.

Exemplu 1, siliciul ($Z=14$):

1. Configurația este $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^2$.
2. Cel mai mare număr de strat este 3, deci perioada 3.
3. Ultimul electron intră într-un substrat $p$, deci blocul $p$.
4. Valența este $3s^{2}3p^2$, adică 4 electroni, deci grupa $10+4=14$.

Exemplu 2, aluminiul ($Z=13$): configurația $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^1$ dă perioada 3, blocul $p$, 3 electroni de valență și grupa 13. Aluminiul este metal, deși aparține blocului $p$: blocul arată doar substratul ocupat ultimul, nu caracterul metalic.

Exemplu 3, problema inversă. Elementul din perioada 3, grupa 16, are trei straturi ocupate și 6 electroni de valență. Repartiția este $2,8,6$, deci $Z=2+8+6=16$: este sulful. Același raționament, pentru perioada 2 și grupa 2, dă $2,2$, adică $Z=4$ (beriliul).

Grupele principale poartă și nume de familii: grupa 1 (fără hidrogen) este a metalelor alcaline, grupa 2 a metalelor alcalino-pământoase, grupa 17 a halogenilor, iar grupa 18 a gazelor nobile. Cazuri speciale: hidrogenul ($1s^1$) este în grupa 1, deși este nemetal; heliul ($1s^2$) este în grupa 18, deoarece are primul strat complet, cu toate că se termină în $s$. Poziția se stabilește din atomul neutru: ionul $\mathrm{A}{\mathrm{l}}^{3+}$ are configurația neonului, dar aluminiul rămâne în perioada 3, grupa 13.

Lungimea perioadelor decurge din numărul de electroni pe care îi pot primi substraturile care se completează. În perioada 2 se completează $2s$ (2 electroni) și $2p$ (6 electroni), în total 8 elemente. În perioada 3 se completează $3s$ și $3p$, tot 8 elemente. În perioada 4 se completează $4s$ (2 electroni), $3d$ (10 electroni) și $4p$ (6 electroni): $2+10+6=18$ elemente.

Exemplu 4, de la poziție la ion. Grupa indică și sarcina pe care o are, în compuși, ionul stabil al elementului: elementele din grupele 1, 2 și 13 formează cationi cu sarcina $+1$, $+2$ și respectiv $+3$, iar cele din grupele 15, 16 și 17 formează anioni cu sarcinile $-3$, $-2$ și $-1$ (regula: $18-$ numărul grupei). Pentru magneziu (grupa 2) și azot (grupa 15) rezultă $\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}$ și ${\mathrm{N}}^{3-}$. Cel mai mic multiplu comun al sarcinilor $2$ și $3$ este $6$: trei ioni $\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}$ dau $+6$, iar doi ioni ${\mathrm{N}}^{3-}$ dau $-6$, deci formula este $\mathrm{M}{\mathrm{g}}_3{\mathrm{N}}_2$.

Poziția în tabel permite anticiparea formulei unui compus ionic. Elementul cu repartiția $2,8,1$ (grupa 1) formează cationul $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$, iar elementul cu repartiția $2,6$ (grupa 16) formează anionul ${\mathrm{O}}^{2-}$. Neutralitatea electrică cere formula $\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{O}$, nu $\mathrm{NaO}$. La Bac, structura învelișului se cere pentru perioadele 1, 2 și 3, iar elementele se clasifică în blocurile $s$, $p$ și $d$.

Exemplu în stilul admiterii, complement grupat. Se dau patru afirmații despre elementul cu $Z=17$:

1. se află în perioada 3;
2. aparține blocului $p$;
3. are 7 electroni de valență;
4. formează cu sodiul compusul $\mathrm{NaC}{\mathrm{l}}_2$.

Variantele de răspuns:

• A. Numai 1, 2 și 3 sunt corecte
• B. Numai 1 și 3 sunt corecte
• C. Numai 2 și 4 sunt corecte
• D. Numai 4 este corectă
• E. Toate sunt corecte sau toate sunt false

Rezolvare: repartiția $2,8,7$ confirmă afirmațiile 1 și 3; ultimul electron intră în substratul $3p$, deci și afirmația 2 este adevărată; clorul formează $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$, iar sarcinile se anulează în $\mathrm{NaCl}$, deci afirmația 4 este falsă. Sunt adevărate 1, 2 și 3. Răspuns: A.

Exemplu în stilul complementului simplu. Azotul ($Z=7$) și fosforul ($Z=15$) au repartițiile $2,5$ și $2,8,5$. Ambele au 5 electroni de valență, deci sunt în aceeași grupă (15), dar în perioade diferite (2 și 3). Într-o astfel de problemă, separă mai întâi perioada (straturile), apoi grupa (electronii de valență). Pentru formulă, folosește apoi regula grupei: magneziul (grupa 2) și clorul (grupa 17) dau $\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}$ și $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$, deci $\mathrm{MgC}{\mathrm{l}}_2$.

Tabelul periodic de printat (PDF, color și alb-negru)

Tabelul are toate cele 118 elemente, cu numărul atomic, simbolul, denumirea în română și masa atomică relativă rotunjită ca la școală (Cl 35,5). Grupele au ambele notații: IUPAC 1–18 și A/B, ca în manualele românești. Varianta alb-negru deosebește clasele de elemente prin hașuri, ca să se vadă și la o imprimantă fără culori.

• Tabelul periodic, color (PDF)PDF, A4. Fără cont.
• Tabelul periodic, alb-negru (PDF)PDF, A4. Fără cont.

Greșeli frecvente

• Greșit: Ionul ${\mathrm{Mg}}^{2+}$ se mută în grupa 18 deoarece are configurație de neon.
  Corect: grupa elementului se stabilește din atomul neutru, magneziul fiind în grupa 2.
• Greșit: Numărul grupei indică numărul straturilor ocupate.
  Corect: numărul perioadei indică straturile ocupate, iar numărul grupei (la grupele principale) este legat de numărul electronilor de valență.
• Greșit: Heliul este în grupa 2, fiindcă are 2 electroni de valență.
  Corect: heliul are primul strat complet și este în grupa 18, alături de neon și argon.
• Greșit: Toate elementele din blocul $p$ sunt nemetale.
  Corect: aluminiul ($3s^{2}3p^1$) este metal, deși aparține blocului $p$.

Înainte și după