Dažādas ķīmisko elementu periodiskās tabulas: antīkās, Mendeļējeva orģināls, taisnstūra, piramīdas un gliemežvāka formas

Senajam iedalījumam, ka pasaule sastāv no zemes, gaisa, uguns un ūdens varētu atrast savdabīgu sakarību mūsdienu ķīmija.Patiešām, dzīvības un ģeoloģiskie procesi norisinās praktiski pilnībā skābekļa (gaiss) atmosfēra un ūdens šķīdumos. Uguns ir pats reakcijas mehānisms, kad piemēram metāns (zeme) sadeg gaisa atmosfērā.

CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H20

Šajā vienādojumā, kurš katru dienu notiek gāzes krāsnīs piedalās viss.


Zeme + Gaiss -- Uguns --> Zeme + Ūdens

Sanāk zeme ir visi neorganiskie un organiskie savienojumi izņemot skābekli un ūdeni. Starp dabiskajiem elementiem antīkajā pasaulē kā atsevišķas substances dažreiz izdalīja arī koku vai metālu.

Pirmatnējā periodiskā tabula, kuru rezumēja senajā Grieķijā filozofs un dzejnieks Empedokls

Tomēr liekas negodīgi iedalīt O2 un H2O atsevišķos elementos kā "ūdeni" un "gaisu", bet neskaitāmus simtiem tūkstošu iespējamu citu ķīmisku savienojumu tikai kā "zeme", tomēr pētot bioķīmiju, dabiskās norises cilvēka organismā, ūdens un gaisa ietekmi uz iežiem, sāļiem ir jāsecina, ka gaisa un ūdens nepieciešamība ir ievērojama.

Viena no Mendeļējeva tabulas pirmajām versijām ar nesadalītām blakus grupām

Dmitrijs Mendeļējevs 1869. gadā sastādīja tabulu ar savā laikā zināmajiem elementiem (un paredzot nākotnē iespējamos). Praktiski visas viņa prognozes piepildījās. Atsevišķa izmaiņa piemēram ir ūdeņradim, jo oriģināli tas bija novietots 7A grupā virs fluora un blakus hēlijam. Šī nebija "kļūda", bet drīzāk metodes izmaiņa, kas veicināja šo un citas pārmaiņās. Mendeļējevs sastādīja tabulu pēc elementu masas. Tagad tā tiek sastādīta pēc protonu skaita kodolā (jo dēļ iespējamajiem izotopiem ne visi elementi mūsdienu tabulā ir ar pieaugošu masu).



Vislielākais iedalījums periodiskajā tabulā pastāv starp blokiem. To kurā bloka ietilpst elements nosaka tā elektronu konfigurācija jeb elektronu daudzums. Katram atomam ir elektronu apvalks, kurā elektroni izkārtojas noteiktās orbitālēs. Pāšā pēdējajā enerģijas līmenī (ārējajā orbitālē) elektronu skaits nosaka to orbitāļu formu, šī forma var būt s - sfēriska, p - hanteles veida, d veida un f veida. Orbitāles katram elementam ir redzamas zemāk.

Šī bilde izskaidro iepriekšējo bildi ar s, d, p un f blokiem.

Orbitāļu forma var būt vēl īpatnējāka, ja orbitāles hibridizējas molekulās. Tāpat katra elementa vietu tabulā nosaka 4 kvantu skaitļi (netiks šeit apskatīts). Svarīgi ir nesajaukt vārdu orbīta no vārda orbitāle. Agrākie ķīmiķi vēlējas vilkt paralēles starp planētu kustību ap sauli un elektronu kustību ap atoma kodolu. Tomēr orbitāle ir tikai reģions kurā elektronam  ir 90% iespēja atrasties. Mūsu planētai Zeme nav 90% iespēja atrasties uz tās orbītas, tā riņķo samērā precīzi. Šī atšķirība ir izskaidrojama ar to, ka elektronam piemīt gan daļiņas, gan viļņa īpašības (kā arī niecīgā masa).


Orbitāles nav tikai smukas ģeometriskas figūras. Tās nosaka katra elementa ķīmiskās īpašības. To kas par elementu katrs ir nosaka tā bāziskums-amfotēriskums-skābums (jeb metāliskums), jonizācijas enerģija un elektrontieksme. Elektrontieksme nosaka cik daudz enerģijas tiks atdots, kad atomam tiks pievienots elektrons. Jonizācijas enerģija ir pretējais: cik daudz enerģijas ir jāpievieno, lai atoms atdotu elektronu. Visvieglāk elektronu pievieno 7A grupas elementi (halogēni), jo tiem pietrūkst tikai 1 elektrons, lai aizpildītu ārējo enerģijas līmeni. 1A grupas elementi jeb sārmi viegli elektronus atdod.

Metāliskums jeb bāziskums-amfotēriskums-skābums nosaka kādu savienojumu veidos elements. Nemetāliskie elementi veido skābus oksīdus (Kā SO2), metāliskie (sārmi) bazīskos (Na2O). Tālāk šie oksīdi reakcijā ar ūdeni attiecīgi veido skābes un bāzes. Amfotērie elementi var veidot gan bāzes, gan skābes. Piemērs ir hroms, kurš veido gan hroma hidroksīdu Cr(OH)3, gan ir vāja hromskābē ar sāļiem hromātiem.


Mūsdienu tabula ar ļoti precīzām elementu grupām ārpus periodiem un rindām.
Dažādās krāsas redzamās grupas ir: sārmi, sārmzemju elementi, pārejas metāli, nemetāli, pusmetāli, metāli, halogēni, cēlgāzes, lantanoīdi un aktanoīdi. Fundamentālu dzīvības procesu norisē piedalās tikai sārmi, sārmzemju elementi, halogēni, un nemetāli. Kā mikroelementus cilvēka organisms izmanto praktiski visus periodiskās tabulas elementus niecīgos daudzumos. Organiskajā ķīmijā izmanto tikai nemetālus un halogēnus (ar retiem izņēmumiem). 6A grupu dažreiz sauc arī par halkogēniem.

Šāda īpatnēja ķīmiskā tabula ir viena no daudzām kuras ir izveidotas

Ar ko atšķiras elementu grupas? Visīpatnējākās ir cēlgāzes (8A grupa) kā Hēlijs, Neons, Argons un Kriptons. Cēlgāzes nereaģē ar citiem elementiem un neveido savienojumus. Tas ir tādēļ, ka tām ir aizpildīts ārējais enerģijas līmenis. 

Laboratorija eksistē atsevišķi cēlgāzu savienojumi, kuri ir iegūti īpašos apstākļos. Piemēram ksenona heksaflourīds XeF6. Visas cēlās gāzes atrodas atmosfērā brīvā veida. Industriāli tās iegūst sašķidrinot gaisu. Argons un citas cēlgāzes tiek izmantotas bezgaisa atmosfēras nodrošināšanai (piemēram metināšanai).

No praktiska viedokļa iespējams labāka periodiskā tabula

Sārmi ir elementi ar vienu brīvu elektronu ārējajā enerģijas līmenī, kā piem. Nātrijs, Kālijs. Tie viegli reaģē ar skābekli un ūdeni veidojot oksīdus un hidroksīdus. Brīva veidā dabā nav sastopami, jo ir daudz aktīvāki par citiem metāliem un izspiež tos no sāļiem. Bioķīmijā Nātrijs un Kālijs jonu veidā nodrošina elektrisko spriegumu šūnās un starpšūnu šķīdumā.

Elementu atklāšanas laiki

Sārmzemju metāli ir mazāk aktīvi, bet arī veido hidroksīdus (daži tikai ar aizstāšanās reakciju šķīdumā jonu veidā). Ievērojams ir Kalcijs, jo tas plaši sastopams iežos un veido cilvēka organismā kaulus un regulē centrālo nervu sistēmu.

Pārejas metāliem ir aizpildītas s un p orbitāles. Tas padara to īpašības relatīvi līdzīgas. Tiem ir raksturīgs metālisks spīdums, laba elektrovadītspēja, starp atomiem pastāv metāliskā saite un stingrs kristālrežģis (pretstati nemetāliem kuri ir amorfi). Lantanoīdi un aktanoīdi ir f elementi un tiem ir ļoti līdzīgas ķīmiskās īpašības, daudzi no tiem ir retzemju elementi.