Periodický zákon

Znázornění periodického zákona

Periodický zákon, který prezentoval 6. března 1869 Dmitrij Ivanovič Mendělejev, vychází z pravidelně se opakujících vlastností prvků. Hlavní myšlenka zákona zní: Vlastnosti prvků jsou periodickou funkcí jejich atomových hmotností, tzn. u prvků se pravidelně opakují podobné vlastnosti. Prvky s podobnými vlastnostmi mají stejný počet valenčních elektronů.

Chemické a fyzikální vlastnosti prvků závisejí na jejich atomových hmotnostech. Dnes je známo, že to není úplně pravda a i Mendělejev věděl, že hmotnost jodu je menší než hmotnost telluru. Přesto ho zařadil do své tabulky správně, protože se domníval, že jeho hmotnost byla určena špatně.

Roku 1913 pozoroval Henry Moseley pravidelnosti v rentgenových spektrech prvků. Objevil protonové číslo Z, zdůvodnil oprávněnost řadové posloupnosti prvků podle Mendělejeva a opravil formulaci periodického zákona. Vlastnosti prvků jsou periodickou funkcí jejich atomového čísla (dnes protonové číslo).

Základní teze

Základní teze jeho přednášky pro Ruskou chemickou společnost v březnu 1869:

• Prvky, uspořádané podle atomové hmotnosti, vykazují periodicitu ve svých vlastnostech a chování.
• Prvky se stejným chováním mají téměř stejnou atomovou hmotnost (například platina, iridium, osmium) nebo atomová hmotnost se rovnoměrně zvyšuje (například draslík, rubidium, cesium).
• Uspořádání prvků nebo skupin prvků odpovídá jejich hodnotě a až na výjimky jejich charakteristickému chování.
• Nejhojnější prvky mají malé atomové hmotnosti.
• Atomová hmotnost určuje vlastnosti prvku, stejně jako vlastnosti molekuly jsou určeny její velikostí.
• Lze očekávat objev dalších prvků, například analogů hliníku a křemíku s atomovou hmotností mezi 65 a 75.
• Atomová hmotnost některých prvků může být korigována tímto uspořádáním. Například atomová hmotnost teluru musí být mezi 123 a 126. Nemůže to být 128.
• Některé charakteristické vlastnosti lze předpovědět na základě atomové hmotnosti.

Mendělejev později napsal, že když psal knihu o chemii, hledal klasifikaci chemických prvků. Kromě atomové hmotnosti se řídil jejich vlastnostmi:

• podobnosti při tvorbě sloučenin
• elektrochemické chování a valence
• krystalová forma sloučenin
• sklon k izomorfismu

Potvrzení periodického zákona

Mendělejev díky svému periodickému zákonu předpověděl existenci a některé vlastnosti několika neobjevených prvků. Pojmenoval je podle umístění v tabulce.

• ekaaluminium (česky (první) po hliníku)
• ekabor ((první) po boru)
• ekasilicium ((první) po křemíku)

O několik let později byly tyto tři prvky objeveny a dostaly své názvy – gallium, skandium a germanium. Jejich vlastnosti se shodovaly s těmi předpovězenými a tak došlo k potvrzení periodického zákona, všeobecnému uznání jeho platnosti a ukončení snahy jej vyvrátit.

Další předpovězené prvky:

• dvitellur (druhý po telluru)^{[pozn. 1]}
• ekajod
• ekamangan
• dvimangan^[1]
• ekacesium

Limity periodického zákona

Periodický zákon je nutno chápat jako zákon empirický, přibližný, jehož předpovědi periodického opakování vlastností založených zejména na valenčních elektronech nejsou absolutní. Skutečné chemické vlastnosti prvků jsou dány fundamentálními kvantově mechanickými zákony pro elektronový obal atomů, u těžších prvků jsou ovlivněné i relativistickými důsledky.

Struktura elektronového obalu podle výstavbového principu (s předpokladem platnosti Madelungova pravidla) má své výjimky u některých přechodných a vnitřně přechodných kovů. Pro valenční slupku také s rostoucím protonovým číslem roste vliv relativistických korekcí, které začínají být významné již na konci 7. periody periodické tabulky.^{[pozn. 2]} Pro prvky s protonovým číslem nad 120 kvantově mechanické výpočty se započtením relativistických efektů provedené pro různé modely rozšířené periodické tabulky navíc nepotvrzují ani periodicitu se stoupajícím protonovým číslem.^{[8][9][10][11]}

Poznámky

1. v sanskrtu eka: jedna (1); dvi: dvě (2), použito ve smyslu první či druhý následující po, myšleno pod v příslušném sudém či lichém podsloupci sloupce skupiny původní krátké Mendělejevově periodické tabulky prvků
2. Experimenty ukázaly, že supertěžké prvky jsou mnohem méně reaktivní než jejich lehčí homology, což se přičítá právě silnějším relativistickým relativistickým efektům.^[2][3] Provedené relativistické kvantově-mechanické výpočty ukazují, že oganesson má již natolik velké protonové číslo, že vzhledem k velikosti obalu začíná ve spin-orbitální interakci nad LS vazbou převažovat vazba jj a klasický popis uspořádání obalu do slupek a orbitalů se již nejeví jako korektní, ale že jeho struktura je bližší Fermiho elektronovému plynu.^[4][5][6][7] Očekávání vlastností, obdobných jako u lehčích vzácných plynů, proto nemusí být naplněno.

Reference

1. KARPENKO, Vladimír. VĚDA NA PŘELOMU: Rok 1938, předehra. Neviditelný pes [online]. 2009-03-04 [cit. 2017-09-06]. Dostupné online. 
2. YAKUSHEV, A.; KHUYAGBAATAR, J.; DÜLLMANN, Ch. E.; BLOCK, M.; CANTEMIR, R. A.; COX, D. M.; DIETZEL, D. Manifestation of relativistic effects in the chemical properties of nihonium and moscovium revealed by gas chromatography studies. Frontiers in Chemistry [online]. Frontiers Media S.A., 2024-09-23 [cit. 2024-11-06]. Roč. 12: 1474820. Dostupné online. ISSN 2296-2646. DOI 10.3389/fchem.2024.1474820. PMID 39391836. (anglicky) 
3. HOUSER, Pavel. Chemie utratěžkých prvků moscovia (115) a nihonia (113) má souviset s relativistickými efekty. SCIENCEmag.cz [online]. 2024-11-06 [cit. 2024-11-06]. Dostupné online. 
4. ŠTRAJBLOVÁ, Jana. Aktualita z fyziky: Zapeklité atomy oganessonu. Kapitola Články. Matfyz.cz [online]. Univerzita Karlova, Matematicko-fyzikální fakulta, 23. duben 2018. Dostupné online. 
5. BALL, Philip. Immense oganesson projected to have no electron shells. Chemistry World [online]. Royal Society of Chemistry, 9. říjen 2017. Dostupné online. (anglicky) 
6. WILSON, Angela K. Heaviest Element Has Unusual Shell Structure. Kapitola Viewpoint, s. 1–2. Physics [online]. American Physical Society, 31. leden 2018. Svazek 11, čís. 10, s. 1–2. Dostupné online. PDF [1]. (anglicky) 
7. JERABEK, Paul; SCHUETRUMPF, Bastian; SCHWERDTFEGER, Peter; NAZAREWICZ, Witold. Electron and Nucleon Localization Functions of Oganesson: Approaching the Fermi-Gas Limit [online]. 2017-07-27, rev. 2017-09-29. Dostupné online. (anglicky) 
8. FRICKE, Burkhard; GREINER, Walter; WABER, James Thomas. The Continuation of the Periodic Table up to Z = 172. The Chemistry of Superheavy Elements [online]. Berlín: Springer-Verlag, 1971 [cit. 2015-09-13]. Dostupné online. (anglicky) 
9. FRICKE, Burkhard; WABER, James Thomas. Theoretical predictions of the chemistry of superheavy elements. Amsterdam: Elsevier Publishing Cornpany, 1971. (anglicky) 
10. PYYKKÖ, Pekka. The Physics behind Chemistry and the Periodic Table [online]. Helsinki: University of Helsinki, 2011-07. Dostupné online. (anglicky) 
11. SLAVÍČEK, P.; MUCHOVÁ, E. Meze periodické tabulky. S. 202. Chemické listy [online]. 2019-04-15. Roč. 113, čís. 4, s. 202. Dostupné online. ISSN 1213-7103. 

Související články

• Periodická tabulka
• Dmitrij Ivanovič Mendělejev

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu Periodický zákon na Wikimedia Commons

Portály: Chemie