Maturski rad:Periodni sistem elemenata -Ribić Nedža

1. MATURSKI RAD
PERIODNI SISTEM
ELEMENATA
Predmet: Fizika
Mentor: prof. Mirjana Drmić- Malić
Učenik: Ribić Nedža

2. SADRŽAJ:
1) UVOD
2) HISTORIJA I RAZVOJ PERIODNOG SISTEMA
ELEMENATA
3) DIMITRIJ IVANOVIČ MENDELJEJEV
4) MODERNI PERIODNI SISTEM ELEMENATA
5) PERIODIČNOST SVOJSTAVA ELEMENATA

3. 6) FIZIKA ATOMA
7) ELEKTRONSKA KONFIGURACIJA ATOMA I
PERIODNI SISTEM ELEMENATA
8) PRIMJERI ELEKTRONSKE KONFIGURACIJE
NA HEMIJSKIM ELEMENTIMA
9) ELEKTRONSKA KONFIGURACIJA
ELEMENATA PERIODNOG SISTEMA
10) LITERATURA

4. 1) UVOD
• Periodni sistem elemenata- tabelarni prikaz
hemijskih elemenata sistematizovanih na osnovu
ponavljajućih osobina, te njihovih atomskih brojeva.
• Dimitrij I. Mendeljejev- imao najviše uspjeha u
sistematizaciji hemijskih elemenata u jednu tablicu.
• 2019. g.- proglašena godinom periodnog sistema
elemenata (Organizacija Ujedinjenih naroda za
obrazovanje, nauku i kulturu).

5. 2) HISTORIJA I RAZVOJ PERIODNOG
SISTEMA ELEMENATA
• Razvojem prirodnih nauka u XVII. i XVIII.,
naročito u XIX. stoljeću dolazi do otkrivanja
velikog broja hemijskih elemenata.
• Raste potreba za njihovom sistematizacijom.

6. Johann Döbereiner i trijade
• 1. pokušaj sistematizacije (1817.)- J. Döbereiner
• Pokazao da relativna masa stroncija leži približno
na sredini između relativnih masa kalcija i barija
te ih je smjestio u istu grupu.
• Zaključio da je relativna atomska masa srednjeg
elementa u grupi jednaka aritmetičkoj sredini
relativnih atomskih masa preostala 2 elementa.
• U grupama su se nalazila po 3 hemijska
elementa- nazvao ih je trijadama.

7. Alexandre-Émile Béguyer de
Chancourtois i "Zemaljski vijak"
• Prvi je uočio da su periodičnost svojstava
elemenata i promjena atomskih masa povezane.
• Elementi koji imaju slična hemijska i fizička
svojstva nalaze se jedni ispod drugih, ali zbog
podjele spirale na 16 dijelova nisu se sve grupe
sličnih elemenata nalazile na ravnoj liniji.

8. Lothar Meyer- suosnivač
modernog periodnog sistema
• 1864. objavio knjigu u kojoj zagovara novu
podjelu elemenata koja se temelji na valenciji i
fizičkim svojstvima.
• U stupce je stavio elemente koji imaju ista fizička
svojstva. Elemente je podijelio u 2 grupe: glavne i
sporedne.
• Ostavio je prazna mjesta za još neotkrivene
elemente. Kasnije je tiskao drugu knjigu u kojoj je
dopunio svoju tablicu.

9. 3) DIMITRIJ IVANOVIČ MENDELJEJEV
Periodni sistem elemenata
D.I.Mendeljejeva
• U martu 1869. godine na
sastanku Ruskog
hemijskog društva,
najavio je tablicu svrstanu
po relativnim atomskim
masama i hemijskim
svojstvima čistih tvar u 6
vertikalnih grupa.

10. • Mendeljejev je obrazložio svoju tablicu:
1. Veličina relativne atomske mase određuje
svojstva elemenata, a samim time i svojstva čistih
tvari
2. Elementi, poredani po veličini njihovih relativnih
atomskih masa pokazuju periodičnost svojstava
3. Elementi koji fale u sistemu takvog svrstavanja
moraju se naknadno pronaći u prirodi .
4. Relativne atomske mase elemenata moraju
odgovarati položaju elemenata u sistemu.

11. Periodni zakon
• Mendeljejeva definicija zakona periodičnosti:
''Svojstva hemijskih elemenata, a također i
svojstva njihovih jedinjenja, nalaze se u
periodičkoj ovisnosti o veličini relativnih atomskih
masa elemenata.''
(Mendeljejeva prva tablica)

12. 4) MODERNI PERIODNI SISTEM
ELEMENATA
• Temelji se na periodnom sistemu kojeg je
postavio Mendeljejev.
• Sastoji se od 18 grupa (vertikalni stupci) i 6
perioda (horizontalni redovi).
• Unutar jedne grupe, hemijski elementi imaju
međusobno slične osobine.
• Unutar jedne periode osobine hemijskih
elemenata su različite.

13. (Današnji periodni sistem elemenata)

14. • Na osnovu svojstava, elemente u periodnom
sistemu dijelimo na metale, polumetale i nemetale.
(Položaj metala, polumetala i nemetala u periodnom sistemu)

15. • Grupe periodnog sistema elemenata imaju
posebne nazive.
(Nazivi grupa elemenata)

16. • Kod modernog
periodnog sistema
postoji problem
položaja vodika.
• Atom vodika je najjednostavniji atom koji se
sastoji od 1 protona i 1 elektrona.
• Zbog jednog elektrona vodik pokazuje sličnosti s
alkalnim metalima i halogenim elementima.
• Kod nekih periodnih sistema smješten je na
sredinu kao poseban element.

17. Obilježja
zajednička
alkalnim
metalima
• Ima jednaku elektronsku
konfiguraciju valentne
ljuske.
• Reaguje sa halogenim
elementima pri čemu
nastaju spojevi opće
formule:
HX (X = F, Cl, Br, I)
Obilježja zajednička
halogenim
elementima
• Kod alkalnih metala veza s
halogenim elemento-ionska,
a veza u spoju HX je
kovalentna.
• Vodik pri sobnoj temperaturi-
gas, a alkalni metali – čvrste
tvari.
• Potreban im je 1
elektron za postizanje
elektronske konfiguracije
plemenitog gasa.
• U elementarnom stanju
pojavljuju se kao
dvoatomarna molekula.
Obilježja
različita od
halogenih
elemenata
Obilježja
razlličita od
alkalnih metala
• Vodik ima samo 1
valentni elektron.

18. 5) PERIODIČNOST SVOJSTAVA
ELEMENATA
Radijus atoma
• Predstavlja rastojanje od centra jezgre do
krajnjeg elektrona.
• Unutar jedne periode atomski radijus se
smanjuje sa lijeve ka desnoj strani.
• Porastom atomskog broja raste naboj jezgre
nakon čega jezgra jače privlači elektrone, pa
se radijus smanjuje.

19. (Shematski prikaz međusobnog odnosa radijusa elemenata prema
njihovom položaju u periodnom sistemu)
• Unutar jedne grupe atomski radijus raste odozgo
prema dolje zato što atomi većeg rednog broja
imaju više elektrona koji se međusobno odbijaju.

20. Ionski radijus
• Ionski radijus je radijus aniona ili kationa.
• Kada atom u hemijskoj reakciji jedan ili više
elektrona:
IZGUBI
• on postaje pozitivno nabijeni ion ili kation
• njegov radijus se smanji
• radijus kationa je manji od radijusa pripadnog
atoma
PRIMI
• on postaje negativno nabijeni ion ili anion
• njegov radijus se poveća
• radijus aniona je veći od radijusa pripadnog
atoma.

21. • Energija ionizacije je energija potrebna da se
elektron otrgne iz atoma.
• Prva energija ionizacije je energija potrebna da
se otrgne prvi elektron iz električki nenabijene
čestice.
• Druga energija ionizacije je energija potrebna
da se otrgne drugi elektron, te je veća od prve
energije ionizacije.

22. • Energija ionizacije atoma raste unutar iste periode
sa lijeve ka desnoj strani,a unutar jedne grupe
opada odozgo ka dolje.
(Shematski prikaz međusobnog odnosa energija ionizacije
u periodnom sistemu)

23. Afinitet prema elektronu
• Sposobnost nekog hemijskog elementa da
oduzme elektrone nekog drugog hemijskog
elementa.
• Unutar periode afinitet prema elektronu raste sa
lijeve ka desnoj strani, a unutar grupe raste
odozdo ka gore.
Elektronegativnost
• Sposobnost atoma nekog elementa da oduzme
elektrone atomu drugog elementa s kojim se
hemijski vezuje.
• Raste sa lijeve ka desnoj strani u periodi, te
odozdo prema gore u grupi periodnog sistema.

24. • Cezij je najmanje, a flour najviše elektronegativan
element.
(Shematski prikaz međuodnosa elektronegativnosti elemenata)

25. 6) FIZIKA ATOMA
Modeli atoma
Thomsonov model atoma
-
Statički model atoma, tzv.
model voćnog kolača.
Rutherfordov model
atoma -
planetarni model atoma

26. Bohrov model atoma
• Bohr je zadržao ideju Rutherovog planetarnog
modela, ali kako bi sačuvao elektrodinamičke
zakone i objasnio linijski spektar atoma vodika,
postavlja dva postulata:
• I Bohrov postulat: Atom se može nalaziti u
određenim stacionarnim stanjima, u kojima niti
emituje niti apsorbuje elektro-magnetno
zračenje, iako se kreće ubrzano.
• Energija elektrona u takvim stacionarnim
stanjima strogo je određena vrijednošću od E1
do E7 nivoa.

27. • II Bohrov postulat: Pri prelazu atoma iz jednog u
drugo stacionarno stanje, atom emituje ili
apsorbuje elektro-magnetno zračenje uz
frekvenciju, te je to stanje određeno razlikom
početnog i konačnog stanja sistema.
E=Em-En
E=h
h=6.625 ∙ 10-34 Js -Planckova konstanta
m, n - cijeli brojevi, označavaju redni broj
kvantnog nivoa
m > n -emisija kvanta energije
m < n -apsorpcija kvanta energije

28. Primjena Bohrovih postulata na vodikov atom
• Provjera Bohrovih postulata izvršena je na
vodikovom atomu uz pomoć uslova u kojima su
se izjednačavale klasične i kvantne vrijednosti
pojedinih veličina.
• 1. uslov
• Izjednačavanjem centripetalne Coulombove sile s
centrifugalnom │Fr│=│Fcp│dobijemo:
𝒎𝒗 𝟐
𝒓
=
𝒌𝒒 𝟐
𝒓 𝟐

29. • 2. uslov
• Količina kretanja L jednaka je proizvodu tzv.
redukovane Planckove konstante i neke
cjelobrojne vrijednosti (n=1, 2, 3).
L= mvr =nℏ
ℏ=
𝒉
𝟐𝝅
= 1,05441*𝟏𝟎−𝟑𝟒
𝑱𝒔
𝒗 𝟏 =
𝒌𝒆 𝟐
ℏ
≈ 𝟐𝟐 ∙ 𝟏𝟎 𝟔
𝒎
𝒔
𝒗 𝒏 =
𝒗 𝟏
𝒏
𝒓 𝟏 =
ℏ
𝒎𝒌𝒆 𝟐
≈ 𝟓, 𝟐𝟗 ∙ 𝟏𝟎 −𝟏𝟏 𝒎

30. 𝑬 𝟏 = −
𝒎𝒆 𝟒
𝟖𝜺 𝟐ℏ 𝟐
= −𝟏𝟑, 𝟔 𝒆𝑽
𝑬 𝒏 =
𝑬 𝟏
𝒏 𝟐
𝒓 𝒏= 𝒏 𝟐∗ 𝒓 𝟏
𝜔1 =
𝑘2 𝑒4 𝑚
ℏ3
≈ 𝟒𝟏𝟐𝟓 ∙ 𝟏𝟎 𝟏𝟑
𝒓𝒂𝒅
𝒔
𝝎 𝒏 =
𝝎 𝟏
𝒏 𝟑

31. b𝒇 𝟏 =
𝒌 𝟐 𝒆 𝟒 𝒎
ℏ 𝟑 𝟐𝝅
≈ 𝟔𝟓𝟔, 𝟖 ∙ 𝟏𝟎 𝟏𝟑 𝑯𝒛
𝒇 𝒏 =
𝒇 𝟏
𝒏 𝟑
𝑻 𝟏=
ℏ 𝟑 𝟐𝝅
𝒌 𝟐 𝒆 𝟒 𝒎
≈ 𝟎, 𝟎𝟎𝟏𝟓𝟐 ∙ 𝟏𝟎−𝟏𝟑 𝒔
𝑻 𝒏 = 𝑻 𝟏 ∙ 𝒏 𝟑
𝑘 − Kulonova konstanta 𝑘 =
1
4𝜋𝜀0
= 9 ∙ 109
𝑁 𝑚2
𝐶2
,
𝑒 − elementarni naboj , 𝑚 − masa elektrona, ε0 −𝐩𝐞𝐫𝐦𝐭𝐢𝐯𝐧𝐨𝐬𝐭 vakuuma

32. Spektralne serije H atoma
• 1908. godine utvrđeno je da se talasne dužine
spektralnih serija vodika mogu izraziti po formuli:
𝟏
𝝀
= 𝑹
𝟏
𝒏 𝟐
−
𝟏
𝒎 𝟐
gdje je R konstanta Ridberga 𝑹 = 𝟏, 𝟏 ∙ 𝟏𝟎 𝟕 𝟏
𝒎
,
a m i n predstavljaju energetske nivoe (m>n).
• Frekvenciju  možemo izraziti kao  =
𝑐
𝜆
pa formula
može poprimiti oblik (R'=R∙ 𝑐) :
 = 𝑅′
1
𝑛2
−
1
𝑚2

33. • Prikazane su različite spektralne serije H atoma u
ovisnosti od energetskog nivoa n.
• Prelazak elektrona sa bilo kojeg nivoa m na:
n=1- Lymanova serija
n=2- Balmerova serija
(Borove
kružnice i
spektralne
serije H)
n=3- Pašenova serija
n=4- Brahetova serija
n=5- Pfundova serija

34. 7) ELEKTRONSKA KONFIGURACIJA
ATOMA I PERIODNI SISTEM
ELEMENATA
• Periodni sistem odražava elektronsku
konfiguraciju atoma.
• Elementi iste grupe imaju jednake elektronske
konfiguracije zadnje orbitale.
• Nova perioda u periodnom sistemu elemenata
počinje kada se počne popunjavati nova
orbitala.

35. (Četiri bloka periodnog sistema elemenata)
• s-blok: alkalni metali, zemnoalkalni metali, vodik i
helij
• p-blok: 6 grupa (borova, ugljikova, dušikova,
halkogeni i halogeni elementi te plemeniti gasovi)
• f-blok: lantanoidi i aktinoidi
• d-blok: (prelazni elementi) u periodnom sistemu
se nalaze od 3. do 11. grupe.

36. Raspodjela elektrona po energetskim nivoima
• Energetski nivoi ili ljuske u kojima se mogu
nalaziti elektroni označavaju se slovima K, L, M,
N, O, P, Q .
• Unutar ljuske elektroni se raspoređuju u
podljuske koje se označavaju slovima s, p, d, f.
• Unutar podljuske elektroni se nalaze u
orbitalama.
• Atomska orbitala je matematička funkcija koja
opisuje svojstva elektrona u atomu.
Uz pomoć nje izračunavaju se fizikalne veličine
stanja (npr. energija elektrona ili udaljenost
elektrona od jezgre).

37. Paulijev princip isključenja (zabrane)
• Švicarski fizičar Wolfgang
Pauli uveo je 1924. godine
princip isključenja
(zabrane) koji glasi:
'U atomu ne mogu postojati
dva ili više elektrona koji
imaju iste vrijednosti sva
četiri kvantna broja.’
• Pauli je za otkriće tog
principa 1945. godine
dobio Nobelovu nagradu.

38. Elektronska konfiguracija i kvantni brojevi
• Elektronska konfiguracija je raspodjela elektrona po
orbitalama koje su određene kvantnim brojevima.
• Kvantni brojevi su odraz električnih i magnetnih sila
koje djeluju unutar atoma.
(Elektronska konfiguracija atoma vodika)
(Shematski prikaz elektronske konfiguracije vodika)

39. • Postoje četiri kvantna broja:
1) glavni kvantni broj n
2) orbitalni kvantni broj l
3) magnetni kvantni broj me
4) magnetni kvantni broj spina
IME SIMBOL MOGUĆE VRIJEDNOSTI
Glavni N 1,2,3..
Orbitalni L 0,1,2,3,...(n-1)
Magnetni me -l,(-l+1),...-1,0,+1,... (l-1),...l
Magnetni
spinski
ms - 1/2, + 1/2

40. • Broj elektrona u određenoj vrsti orbitale
zapisujemo kao desni gornji indeks na oznaci
orbitale.
• Orbitale se popunjavaju elektronima redom od
orbitala niže prema orbitalama više energije.
(Shematski prikaz
raspodjele ljusaka i
orbitala)

41. • Istovrsne orbitale popunjavaju se po Hundovom
pravilu, prema kojem se orbitale popunjavaju tako
da najveći broj elektrona bude nesparen, jer je
tada energija najmanja, a atom najstabilniji.
Redoslijed popunjavanja naziva se pravilo
dijagonala.
(Pravilo dijagonala)

42. 8) PRIMJERI ELEKTRONSKE
KONFIGURACIJE NA HEMIJSKIM
ELEMENTIMA
2
He
helij
4,003
1.
Z=2
A=4
𝑒−
= 𝑝+
= 2
n= A-Z = 2
2.
n=1
l= 0
me=0
ms=
−
+ 1
2
3. 1s2 K 2
2
4. E1= −13,6 eV
v1 = 22 ∙ 106
m
s
r1 = 5,29 ∙ 10−11 m
ω1 = 4124,5 ∙ 1013
rad
s
f1 = 656,8 ∙ 1013
Hz
T1 = 0,00152 ∙ 10−13
s
- iz grupe plemenitih
gasova
- bezbojan je, bez mirisa
i okusa
- poslije vodika najlakši
- od svih plinova
najmanje topiv u vodi

43. 79
Au
zlato
197,0
1.
Z=79
A=197
𝑒−
= 𝑝+
= 79
n= A-Z = 118
3.
1s2 K 2
2s22p6 L 8
3s23p63d10 M 18
4s24p64d104f14 N 32
5s25p65d9 O 17
6s2 P 2
79
2.
n=6
l= 0,1,2,3,4,5
me= -5,-4,-3,-2,-
1,0,1,2,3,4,5
ms=
−
+ 1
2
4.
E6 =
E1
36
= −0,378eV
v6 =
v1
6
= 3,667 ∙ 106
m
s
r6 = 36 ∙ r1 = 190,44 ∙ 10−11
m
ω6 =
ω1
216
= 19,097 ∙ 1013
rad
s
f6 =
f1
216
= 3,0407 ∙ 1013
Hz
T6 = 216 ∙ T1 = 0,328 ∙ 10−13s
L6 = 6ℏ = 6,3246 ∙ 10−34
Js
-plemeniti metal sjajne
žute boje
-u prirodi postoji samo u
elementarnom stanju
-veoma mekano,
podatno, žilavo
-dobar vodič topline i
elektriciteta.
- radioaktivni izotop Au
198, s vremenom
poluraspada 2,67 dana,
koristi se u medicinskoj
radioterapiji za tretiranje
kancerogenih tumora.

44. • Na primjerima je prikazano kako se uz pomoć
položaja hemijskog elementa u periodnom sistemu,
te primjenom formula izvučenih iz Bohrovih uslova,
može odrediti dosta osobina određenog hemijskog
elementa.
• 1.korak: pomoću atomskog i masenog broja
dolazimo do broja protona, elektrona i neutrona.
• 2.korak: određujemo kvantne brojeve pomoću
periode u kojoj se element nalazi.
• 3.korak: određujemo elektronsku konfiguraciju
čitanjem periodnog sistema ili pravilom dijagonala.
• 4.korak: primjenom formula iz Bohrovih uslova
dolazimo do brzine, poluprečnika, energije, ugaone
brzine, frekvencije, perioda, te momenta količine
impulsa na kvantnom nivou.

45. 9) ELEKTRONSKA KONFIGURACIJA
ELEMENATA PERIODNOG SISTEMA
ELEMENT ELEKTRONSKA
KONFIGURACIJA
• PRIMJERI:

46. Neki od izuzetaka:
• ..
• .
• ..

47. 10) LITERATURA
1. Drago G.:Povijest kemije, Novi Liber, Zagreb, 2001.
2. Fahrudin K., Slavenka V., Josip S. :Fizika sa zbirkom
zadataka za četvrti razred srednje škole, Svjetlost, Sarajevo,
1998.
3. Milan Đ., Rajko M., Hamid T.: Fizika za drugi razred
usmjerenog obrazovanja, Svjetlost, Sarajevo, 1984.
4. Nada B.: Fizika 4- udžbenik za četvrti razred gimnazija,
Luk, Zagreb, 2001.
5. Stjepan L.: Opća i anorganska kemija- prvi dio, Školska
knjiga, Zagreb, 1995.
6. http://www.pse.pbf.hr/hrvatski/elementi/c/spojevi.html

49. HVALA NA
PAŽNJI!