2.2 Periodesystemet

Hva er periodesystemet?

Periodesystemet er en systematisk oversikt over alle kjente grunnstoff. Det er et av de viktigste verktøyene i kjemien.

I dag kjenner vi til 118 grunnstoff. Periodesystemet organiserer disse på en måte som gjør at vi kan:
- Se sammenhenger mellom grunnstoffene
- Forutsi egenskaper til grunnstoff
- Forstå hvorfor grunnstoff oppfører seg som de gjør

Periodesystemet ble utviklet av den russiske kjemikeren Dmitrij Mendelejev i 1869. Han ordnet grunnstoffene etter økende masse og la merke til at egenskapene gikk igjen i et periodisk mønster.

Oppbygning av periodesystemet

Periodesystemet er organisert i grupper og perioder.

Perioder (vannrette rekker)

Periodene er de vannrette rekkene i periodesystemet. De er nummerert fra 1 til 7.

- Periodenummeret forteller hvor mange elektronskall atomet har
- Periode 1: Grunnstoff med 1 elektronskall (H, He)
- Periode 2: Grunnstoff med 2 elektronskall (Li, Be, B, C, N, O, F, Ne)
- Periode 3: Grunnstoff med 3 elektronskall (Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar)

Grupper (loddrette kolonner)

Gruppene er de loddrette kolonnene i periodesystemet. De er nummerert fra 1 til 18.

- Gruppenummeret forteller hvor mange valenselektroner atomet har (for hovedgruppene)
- Gruppe 1: 1 valenselektron
- Gruppe 2: 2 valenselektroner
- Gruppe 13: 3 valenselektroner
- Gruppe 14: 4 valenselektroner
- Gruppe 15: 5 valenselektroner
- Gruppe 16: 6 valenselektroner
- Gruppe 17: 7 valenselektroner
- Gruppe 18: 8 valenselektroner (fullt skall)

Viktig: Grunnstoff i samme gruppe har like mange valenselektroner og derfor lignende kjemiske egenskaper.

Viktige grunnstoffgrupper

Noen grupper har fått egne navn fordi grunnstoffene i gruppen har spesielle egenskaper.

Gruppe 1: Alkalimetallene

Eksempler: Litium (Li), natrium (Na), kalium (K)

Egenskaper:
- 1 valenselektron
- Svært reaktive (avgir lett elektronet for å få fullt skall)
- Myke metaller
- Reagerer kraftig med vann og danner hydrogengass
- Må oppbevares i olje for å hindre reaksjon med luft

Eksempel: Natrium + vann → Natriumhydroksid + hydrogengass
$$2\text{Na} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaOH} + \text{H}_2$$

Gruppe 2: Jordalkalimetallene

Eksempler: Magnesium (Mg), kalsium (Ca)

Egenskaper:
- 2 valenselektroner
- Reaktive, men mindre enn alkalimetallene
- Hardere enn alkalimetallene
- Danner hvite oksider
- Viktige i kroppen (kalsium i bein og tenner)

Gruppe 17: Halogenene

Eksempler: Fluor (F), klor (Cl), brom (Br), jod (I)

Egenskaper:
- 7 valenselektroner
- Svært reaktive (tar gjerne opp 1 elektron)
- Finnes som tomolekylære molekyler (F₂, Cl₂, Br₂, I₂)
- Giftige i fri form
- Farger: F₂ (lys gul), Cl₂ (gulgrønn), Br₂ (rødbrunt), I₂ (mørk lilla)
- Tilstandsform: F₂ og Cl₂ (gass), Br₂ (væske), I₂ (fast)

Eksempel: Klor + natrium → Natriumklorid (bordsalt)
$$\text{Cl}_2 + 2\text{Na} \rightarrow 2\text{NaCl}$$

Gruppe 18: Edelgassene

Eksempler: Helium (He), neon (Ne), argon (Ar)

Egenskaper:
- 8 valenselektroner (fullt skall) - unntatt helium som har 2
- Svært ureaktive (inerte)
- Fargeløse gasser
- Finnes som enkeltatomer, ikke molekyler
- Reagerer ikke med andre grunnstoff under normale forhold

Hvorfor er de ureaktive?
Edelgassene har fulle valensskall, som er en svært stabil konfigurasjon. De "ønsker" ikke å ta opp eller avgi elektroner.

Metaller og ikke-metaller

Periodesystemet kan deles inn i metaller og ikke-metaller.

Metaller

Plassering: Venstre og midt i periodesystemet (ca. 80% av grunnstoffene)

Egenskaper:
- Leder elektrisk strøm
- Leder varme godt
- Metallglans (blank overflate)
- Formbare (kan hamres til plater)
- Smidige (kan trekkes til tråd)
- Høy smeltetemperatur (de fleste)
- Solid ved romtemperatur (unntatt kvikksølv)

Eksempler: Jern (Fe), kobber (Cu), gull (Au), aluminium (Al)

Ikke-metaller

Plassering: Høyre i periodesystemet

Egenskaper:
- Leder ikke elektrisk strøm (isolatorer)
- Leder ikke varme
- Ingen metallglans (matte)
- Sprø (knuser lett)
- Lave smeltetemperaturer
- Mange er gasser ved romtemperatur

Eksempler: Oksygen (O), karbon (C), svovel (S), klor (Cl)

Halvmetaller

Plassering: Langs "trappelinjen" mellom metaller og ikke-metaller

Egenskaper:
- Egenskaper mellom metaller og ikke-metaller
- Leder strøm middels godt (halvledere)
- Viktige i elektronikk (f.eks. silisium i datachips)

Eksempler: Silisium (Si), germanium (Ge), arsen (As)

Periodetrender

Egenskapene til grunnstoffene endrer seg systematisk i periodesystemet. Dette kalles periodetrender.

Atomradius

Atomradiusen er størrelsen på atomet.

Trend nedover i en gruppe:
- Atomradiusen øker nedover i gruppen
- Hvert nye periode betyr ett nytt elektronskall
- Flere skall = større atom

Trend bortover i en periode:
- Atomradiusen minker bortover i perioden
- Flere protoner i kjernen trekker elektronene nærmere
- Samme antall skall, men sterkere tiltrekning

Eksempel:
- Litium (Li) er større enn fluor (F) (samme periode, Li til venstre)
- Litium (Li) er mindre enn natrium (Na) (samme gruppe, Na lenger ned)

Ioniseringsenergi

Ioniseringsenergi er energien som trengs for å fjerne et elektron fra et atom.

Trend nedover i en gruppe:
- Ioniseringsenergien minker nedover i gruppen
- Valenselektronene er lengre fra kjernen
- Lettere å fjerne elektroner som er langt fra kjernen

Trend bortover i en periode:
- Ioniseringsenergien øker bortover i perioden
- Sterkere tiltrekning mellom kjerne og elektroner
- Vanskeligere å fjerne elektroner

Eksempel:
- Natrium (Na) har lav ioniseringsenergi (avgir lett sitt ene valenselektron)
- Fluor (F) har høy ioniseringsenergi (holder hardt på sine elektroner)

Elektronegativitet

Elektronegativitet er et mål på hvor sterkt et atom tiltrekker seg elektroner i en kjemisk binding.

Trend:
- Øker bortover i en periode
- Minker nedover i en gruppe
- Fluor (F) har høyest elektronegativitet av alle
- Fransium (Fr) har lavest elektronegativitet

Betydning:
Elektronegativitet bestemmer hvilken type binding som dannes:
- Stor forskjell i elektronegativitet → ionebinding
- Liten forskjell → kovalent binding