Anorgaaniline Keemia/Perioodilisusseadus

Allikas: Vikiõpikud
Jump to navigation Jump to search

Perioodilisustabel organiseerib keemilised elemendid nende keemiliste ning füüsikaliste omaduste järgi. Perioodilisus ilmneb selles, kuidas keemilised ja füüsikalised omadused aatomnumbreid mööda liikudes muutuvad. Mõned tuntumad omadused muutuvad perioodis või rühmas nagu ionisatsioonienergia, elektronafiinsus, elektronegatiivsus ja atomisatsiooni entalpia. Lisaks taolistele omadustele leiduvad aga ka sarnasused, mis ilmnevad diagonaalselt või süstemaatiliselt läbi perioodilisustabeli.[1]

Diagonaalsed suhted[muuda]

Diagonaalsed suhted

Iga rühma esimene element omab ka diagonaalset suhet elemendiga, mis asub sellest all paremal. Taoline suhe tuleneb aatomiraadiuse, laengutiheduse ning paljude keemiliste omaduste sarnasusest. Seda võib näiteks märgata fluoriidide, oksiidide ja hüdriidide sidemete tüüpides. Keemilisest vaatevinklist on diagonaalne suhe siiski vaid oluline kolme kõige sarnasema paari puhul, milleks on liitium ja magneesium, berüllium ja alumiinium ning boor ja räni. [2]

Liitiumi ja magneesiumi sarnasused[muuda]

  • Li on kõvaduselt sarnasem 2. rühma elementidele kui leelismetallidele
  • Li moodustab oksiidi 2. rühma sarnaselt Li2O, erinevalt leelismetallide Nt Na2O2 või KO2 oksiididest
  • Nii Li kui Mg CO32−, PO43− ja F soolad on vähelahustuvad, ka teiste 2. rühma elementide vastavad soolad on mittelahustuvad
  • Li on võimeline andma Mg sisaldava Grignardi reaktiivi sarnaseid ühendeid
  • Sarnane laengutihedus
  • Li on ainus leelismetall, mis moodustab nitriidi Li3N, kõik 2. rühma metallid moodustavad ka nitriide
  • Li ja Mg karbonaadid lagunevad sarnaselt, teise leelismetallide karbonaadid ei lagune kuumutamisel nõnda. Li2CO3 → Li2O + CO2 [2]

Berülliumi ja alumiiniumi sarnasused[muuda]

  • Mõlemad metallid tekitavad õhu käes pinnale kaitsva oksiidikihi
  • Mõlemad on amfoteersed ning moodustavad sarnaseid kompleksanioone, nt [Be(OH)4] 2− ja [Al(OH)4] 2−
  • Mõlemad moodustavad karbiide, mis sisaldavad C4 iooni, kuid ülejäänud 2. rühma elemendid moodustavad karbiide, mis sisaldavad C22− iooni. [2]

Boori ja räni sarnasused[muuda]

  • Boori oksiid B2O3 on tahke ja happeline nagu ka räni oma SiO2. Al oksiid on amfoteerne ning C oksiid hoopis gaaasiline.
  • Mõlemal esinevad sarnased happelised vormid: boorhape H3BO3 ja ränihape H4SiO4.
  • Mõlemad moodustavad hapnikuga sarnaseid polümeere
  • Mõlemad moodustavad tuleohtlikke gaasilisi hüdriide. [2]

Metall-mittemetall redel[muuda]

Metallide ja mittemetallide vahel leidub diagonaalne eristav joon. Elemendid, mis jäävad joonest alla vasakule poole on suures osas metalsete omadustega ning elemendid, mis jäävad joonest üles ning paremale omavad kasvavalt mittemetallilisi omadusi. Elemente, mis asuvad redelil nimetatakse metalloidideks ehk poolmetallideks. Metalloidid omavad kohati nii metalseid kui mittemetalseid omadusi. [1]

Tihti nimetatakse metalloidideks: B, Si, Ge, As, Sb, Te. Harvemini ka: Al, Se, C, At, Po.

Metalloidid perioodilisustabelis
Omadused Metallid Mittmetallid Metalloidid
Elektrondonoorsus/aktseptoorsus Elektrondonoorsed Elektronaktseptoorsed Võivad olla nii donoorsed kui aktseptoorsed
Ioonid Katioonid Anioonid Moodustavad mõlemaid
Oksiidide iseloom Aluselised Happelised Amfoteersed
Soojusjuhtivus Hea Halb Pooljuht
Elektrijuhtivus Hea Halb Pooljuht
Taotavus Taotavad Mittetaotavad Enamasti mittetaotavad
Plastilisus Plastsed Mitteplastsed Enamasti mitteplastsed
Metalne läige Olemas Puudub Olemas

Ratsu käimisviis[muuda]

Ratsu käimisviisi saame täheldada gruppides 11–15, kus see väljendub ühendite sarnaste oksüdatsiooniastmete esinemises males tuntud ratsusammu liikumise jagu. Ehk siis elemendil grupis n ja perioodis m leidub sarnasusi elemendiga grupis n+2 ja perioodis m+1. Seda põhjustavad ioonide sarnased laengud ja suurused (seega ka sarnased laengutihedused) ning Tl, Pb, Sn ja Bi puhul tuleneb see inertpaari efektist. Mõni element omab sarnasusi rohkem kui ühe teise elemendiga.

Kõige huvipakkuvamaks paariks on Ag(I) ja Tl(I). Mõlema elemendi ioonid on madala laengutihedusega ning nende halogeniidid (va fluoriidid) on lahustumatud. Nende mitmete soolade sulamistäpid on ligilähedased, näiteks: AgNO3 (212 °C) ja TlNO3 (206 °C).[2]

Grupp 11 Grupp 12 Grupp 13 Grupp 14 Grupp 15 Grupp 16
Cu (+1), +2 Zn +2 Ga +3
Ag +1, (+3) Cd +2 In (+1), +3 Sn +2, (+4) Sb +3, (+5)
Tl +1, +3 Pb +2, (+4) Bi +3, (+5) Po +2, +4

n ja n+10 elemendid[muuda]

Elemendil n võib leiduda sarnasusi keemilistes valemites ning moodustatavates struktuurides elementidega, mis asuvad rühmas n+10. See efekt esineb peamiselt seosena pearühmas asuva elemendi kõrgeima oksüdatsiooniastme ning vastavas oksüdatsiooniastmes üleminekumetalli vahel. Sarnasused leiduvad juba elektronkonfiguratsioonis ning ilmnevad ka sulamispunktides ja muudes omadustes. Omadused on kõige ligilähedasemad 3. perioodi pearühmade elementide ning üleminekumetallide esimese rea puhul. 1. rühma ning 11. rühma puhul suuri sarnasusi ei ole. [2]

Alumiinium ja skandium[muuda]

Al3+ omab ideaalgaasi elektronkonfiguratsiooni nagu ka 3. rühma ioonid, sulamistäpp asub tal kõrgemal kui ülejäänud 13. rühmal, sarnanedes rohkem 3. rühma kõrgetele temperatuuridele. Al palju negatiivsem elektroodipotentsiaalgi on lähemal Sc-le kui ühelegi teisele 13. rühma elemendile. Lisaks moodustavad nad ka sarnaseid ühendeid nagu näiteks hüdroksiide ning mõningates struktuurides on Al ja Sc isomorfsed.[2]

14. rühm ja titaanium IV[muuda]

Titaanium (IV) ühendid sarnanevad olulisel määral tina(IV) ühenditele. Nende oksiidid on isostruktuursed ning mõlemad tõmbuvad kuumutades kollakaks. Nende kloriididel on sarnased sulamistäpid ning keemistemperatuurid ja mõlemad käituvad Lewise hapetena ja hüdrolüüsuvad vees. [2]

Fosfor ja vanadium V[muuda]

Hoolimata faktist, et vanaadium on metall ning fosfor mittemetall, leidub ka nende vahel sarnasusi, nimelt nende oksüdatsiooniastmes V. Näiteks PO4 3− ja VO43− on mõlemad tugevad alused. Lisaks moodustavad mõlemad elemendid mitmeid erinevaid polümeerseid anioone nagu seda on unikaalsed P4O124− ja V4O124−. [2]

Väävel ja kroom VI[muuda]

Väävel ja kroom moodustavad mitmeid sarnaseid ühendeid nagu CrO3 ja SO3, CrO2Cl2 ja SO2Cl2, CrO42− ja SO42−, Cr2O72− ja S2O72−. Sarnasusi esineb ka osade ühendide füüsikalistes ja keemilistes omadustes. Näiteks SO2Cl2 ja CrO2Cl2 mõlemad lagunevad vees ning on ka sarnasused nende sulamis- ja keemistemperatuuris. [2]

Kloor ja mangaan VII[muuda]

Kloori ja mangaani oksoanioonid ClO4 ja MnO4 on tugevalt oksüdeerivad ja nende soolad on isomorfsed. Sellele lisaks on ühendid Cl2O7 ja Mn2O7 toatemperatuuril vedelad ning mõlemad elemendid moodustavad ka IV oksüdatsiooniastmes oksiide: ClO2 ja MnO2.[2]

Ksenoon ja osmium VIII[muuda]

Mõned sarnasused ilmnevad oksüdatsiooniastmes VIII, mõlemad moodustavad oksiide OsO4 ja XeO4 ning oksüfluoriide XeO2F4 ja OsO2F4 ning XeO3F2 ja OsO3F2. Lisaks esineb sarnasusi ka oksüdatsiooniastmes VI: leiduvad XeF6 ja OsF6.[2]

Magneesium ja tsink[muuda]

Magneesiumi ning tsingi vahel on mitmeid sarnasusi: nad on isomorfsed, nende ioonid on värvitud, nad moodustavad sarnaseid hüdraatkatteid (Mg(OH2)62+ ja Zn(OH2)62+), nende kloriidid ja sulfaadid on veeslahustuvad, ent karbonaadid mitte ning moodustatavad kloriidid on hügroskoopsed ja kovalentse sidemega, Mg hüdroksiid on aluseline ja Zn oksiid amfoteerne.[2]

”Combo” elemendid[muuda]

Combo elemendid

“Combo” elementide näol on tegu isoelektriliste ühenditega, millel on klassikaliselt 8 valentselektroni ning sarnane struktuurne ülesehitus. "Combo efekti" võib defineerida kui kombinatsiooni (nx) rühma elemendi ja (n+x) rühma elemendi vahel moodustamaks n rühma elemendile sarnaseid ühendeid. Võime seda näha näiteks CO ning N2 puhul, neil mõlemal on sarnased keemistemperatuurid (vastavalt −190 °C ja −196 °C) ja neid on ka võimalik üksteisega isoelektriliselt asendada: Cr(CO)6 asemel Cr(CO)4(N2)2. Parimaks näiteks on aga boori ning lämmastiku kombinatsioon, mis saab matkida süsiniku ühendeid nagu grafiit või isegi aromaatseid benseeni ringe. “Combo” elementide aspekt on oluline pooljuhtide seisukohalt. Nimelt nende samade isoelektrooniliste kombinatsioonidega on võimalik kokku panna soovitud omadustega pooljuhte. Näiteks Ga ja N paar moodustab Si-le analoogse pooljuhi. [2]

Elementide grupid[muuda]

Perioodilisustabelis on tekkinud ka mõningad grupid, kus grupisiseselt elemendid omavad samalaadseid struktuure või omadusi.

Fe, Co ja Ni triaad[muuda]

Raud, koobalt ning nikkel moodustavad triaadi, mille kõik ühendid: on ferromagnetilised, omavad kahte valentselektroni, keskmise soojus- ja elektrijuhid, moodustavad sarnaseid ühendeid mõningatel pH-del.

Plaatina grupp[muuda]

Plaatina grupi moodustab Ru, Os, Rh, Ir, Pd ja Pt heksaad. Neil kõigil on kõrge sulamistäpp ja nende aatomiraadius on aatommassi kohta suhteliselt väike. Tugevalt oksüdeerivates tingimustes tekivad nendest mittelahustuvad oksiidid. Saab täheldada ka sarnaseid oksüdatsiooniastmeid: Ru ja Os puhul VIII – RuO4 ja OsO4 ning Rh, Ir, Pd ja Pt puhul IV - RhO2, IrO2, PdO2, PtO2.

Lantanoidid[muuda]

Lantanoidideks loetakse 15 erinevat elementi La kuni Lu. Neil on niivõrd sarnased omadused, et tihti on neid raske segudes üksteisest isegi eraldada. Nad kõik omavad stabiilset oksüdatsiooniastet III või IV ning nende suurimaks omapäraks on lantanoidne kontraktsioon, mille tõttu aatominumbri suurenedes aatomiraadius hoopis kahaneb. Efekt tuleneb sellest, et lantanoidide rivis toimub 4f orbitaali täitumine ning selle orbitaali tuumavarjestus on väike, mistõttu vasakult paremale kasvav tuumalaeng tõmbab väliskihi elektrone tugevamini enda poole. [1]

Aktinoidid[muuda]

Aktinoidideks on 15 elementi Ac kuni Lr. Kõik aktinoidid on radioaktiivsed ning mürgised. Sellega suures osas ka nende sarnasus lõppeb, nende keemilised omadused ei kulge ühtlaselt ning igal elemendil on oma karakteristlikud omadused.

Isomorfism ioonilistes ühendites[muuda]

Üks ioon on võimeline võres teise asendama, kui neil on sama laeng ning nende raadius ei erine rohkem kui 20% võrra. Seda võime täheldada näiteks mineraalides – safiirides, mis põhiliselt koosnevad Al2O3-st, leidub ka Ti2O3. Isomorfne asendus võib toimuda ka erinevate laengutega ioonide poolt, kui nende raadiused on sarnased asendatava iooniga, tingimusel, et katioonide laengute summa jääb asendades samaks. Näiteks CaTiO3-le leidub sarnane ühend NaWO3. [2]

Viited[muuda]

  1. 1,0 1,1 1,2 Atkins, Peter, and Tina Overton. Shriver and Atkins' inorganic chemistry. Oxford University Press, USA, 2010, pp. 257-273.
  2. 2,00 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 2,10 2,11 2,12 2,13 2,14 Rayner-Canham, Geoffrey W., Geoff Rayner-Canham, and Tina Overton. Descriptive inorganic chemistry. Macmillan, 2003, pp. 191-225.