Lotukerfið

Úr Wikipediu, frjálsa alfræðiritinu
Jump to navigation Jump to search

Lotukerfið er yfirlit yfir öll þekkt frumefni á töfluformi. Efnunum er raðað í töfluna eftir atómnúmeri og hún sýnir hvernig margir eðliseiginleikar efnanna breytast í gegnum töfluna. Hvert efni er sýnt með sætistölu sinni og efnatákni.

Lotukerfið byggist á lotuvirkni frumefnanna sem fer eftir atómtölu þeirra. Taflan skiptist í fjóra hluta sem eru nokkurn veginn ferkantaðir og nefnast blokkir. Raðirnar nefnast lotur og dálkarnir flokkar. Frumefni í sama flokki hafa svipaða eiginleika. Með lotukerfinu er hægt að sjá mynstur þar sem málmleysi (að halda í sínar gildisrafeindir) er vaxandi frá vinstri til hægri og upp í töflunni, en málmeiginleikar (að láta gildisrafeindir af hendi) fara vaxandi í hina áttina. Þessir eiginleikar frumefnanna ráðast af rafeindahýsingu þeirra.

Fyrsta lotukerfið sem var almennt viðurkennt var lotukerfi Dmitris Mendelejevs frá 1869. Hann setti fram lögmálið um lotuvirkni frumefnanna byggða á atómmassa þeirra. Þar sem frumefnin voru ekki öll þekkt á þeim tíma voru eyður í töflunni og Mendelejev notaði lögmálið um lotuvirkni til að sjá fyrir hverjir eiginleikar efnanna sem vantaði væru. Lotulögmálið var viðurkennt sem eitt af grundvallarlögmálum efnisheimsins seint á 19. öld og á 20. öld urðu uppgötvanir í kjarneðlisfræði og skammtafræði til þess að skýra hana út frá samsetningu atóma. Þegar Glenn T. Seaborg uppgötvaði árið 1945 að aktíníð tilheyrðu f-blokk fremur en d-blokk varð til sú framsetning lotukerfisins sem algengust er í dag. Lotukerfið er ómissandi hluti af nútímaefnafræði.

Taflan sýnir ýmis grundvallareinkenni efnanna. Til eru fleiri kerfi, sem sýna eiginleika frumefnanna, annaðhvort í meiri smáatriðum eða frá öðru sjónarhorni. Lotukerfið hefur haldið áfram að þróast með nýjum uppgötvunum. Í náttúrunni finnast engin frumefni með sætistölu yfir 94, en efni með hærri sætistölu hafa verið búin til í tilraunastofum. Í dag eru fyrstu 118 frumefnin þekkt, sem mynda sjö fyrstu raðir töflunnar, en eftir er að staðfesta að eiginleikar þyngstu efnanna samræmist þeirra stað í kerfinu. Ekki er vitað hvort taflan muni halda áfram að stækka umfram þessar sjö raðir. Annars konar framsetningar lotukerfisins hafa verið búnar til og deilt er um hver sé hentugasta framsetningin.

Yfirlit[breyta | breyta frumkóða]

Þrívíddarlíkön af rafeindahvelum vetnislíkra frumeinda sem sýna líkindaþéttleika og fasa (g-svigrúm og hærri ekki sýnd).

Frumeindir eru minnstu einingar alls venjulegs efnis. Frumeindir eru mjög smáar, um einn tíu milljarðasti af metra í þvermál, svo innri bygging þeirra stýrist af skammtaaflfræði.[1] Frumeindir eru gerðar úr litlum jákvætt hlöðnum kjarna, úr jákvætt hlöðnum róteindum og hlutlausum nifteindum, sem er umkringdur skýi af neikvætt hlöðnum rafeindum. Hleðslurnar jafna hver aðra út svo frumeindin er óhlaðin.[2] Rafeindirnar taka þátt í efnahvörfum en ekki kjarninn.[2] Þegar frumeindir taka þátt í efnahvörfum geta þær misst eða grætt rafeindir og myndað jákvætt eða neikvætt hlaðnar jónir. Þær geta líka deilt rafeindum milli sín.[3]

Frumeindir eru flokkaðar eftir fjölda róteinda (og þannig líka rafeinda) sem þær hafa.[2] Þessi fjöldi ræður sætistölu frumeindarinnar, sem er oft táknuð með Z[4] (úr þýsku Zahl „tala“). Hver sætistala samsvarar því tegund af frumeind. Þessar tegundir eru kallaðar frumefni. Lotukerfið flokkar frumefnin á skipulegan hátt. Frumefnið vetni hefur sætistöluna 1, helín hefur sætistöluna 2, litín sætistöluna 3, og svo framvegis. Nöfn frumefnanna, eins og þau koma fyrir á latínu, eru stytt í eins eða tveggja stafa efnatákn. Efnatáknin fyrir vetni, helín og litín eru þannig H, He og Li.[4] Nifteindir hafa engin áhrif á stöðu frumefnanna, en hafa áhrif á þyngd þeirra. Frumeindir með jafnmargar róteindir en mismikinn fjölda nifteinda nefnast samsætur (ísótópar) sama frumefnis.[4] Í náttúrunni koma frumefnin fyrir sem blanda ólíkra samsæta. Þar sem fjöldi hverrar samsætu er oftast svipaður hafa frumefni vel skilgreindan atómmassa, sem er meðaltal massa frumeinda þess frumefnis eins og þær koma fyrir í náttúrunni.[5]

Í dag eru 118 þekkt frumefni og þau fyrstu 94 finnast í náttúrunni. Af þessum 94 frumefnum eru 80 stöðug, þrjú (bismút, þórín og úran) eru geislavirk og sundrast, en gera það svo hægt að mikið magn þeirra er enn til frá því jörðin myndaðist. Hin 11 efnin eru líka geislavirk og sundrast svo hratt að eina ástæðan fyrir því að þau finnast í náttúrunni er að þau halda áfram að myndast við sundrun þóríns og úrans. Öftustu 24 frumefnin í lotukerfinu eru svo geislavirk óstöðug efni sem hafa verið búin til á rannsóknarstofum.[4]

Lotukerfið er myndræn framsetning á lotulögmálinu[6] sem kveður á um að eiginleikar og innri gerð frumefnanna eru lotufall sætistölu þeirra.[7] Frumefnunum er raðað í lotukerfið eftir rafeindahýsingu þeirra,[8] sem myndar reglulegt mynstur sem skýrir lotubundna eiginleika frumefnanna í lotukerfinu.[9]

Lotur og flokkar[breyta | breyta frumkóða]

Hver lárétt lína í töflunni nefnist lota og er taflan nefnd í samræmi við það. Hver dálkur töflunnar nefnist efnaflokkur eða bara flokkur. Í stöðluðu lotukerfi, eins og því sem sjá má hér á eftir, eru 18 flokkar. Öll efni sem eru saman í flokki hafa svipaða efnaeiginleika, sem byggist á því að gildisrafeindir þeirra eru jafnmargar.

Flokkakerfi[breyta | breyta frumkóða]

Til eru um þrjú mismunandi flokkakerfi. Eitt þeirra notast við arabíska tölustafi og það er kerfið sem hér er notað og er einnig alþjóðlegur staðall; annað notar eingöngu rómverska tölustafi ( I, II, III, IV, …) og hið þriðja notar blöndu af rómverskum tölustöfum og latneskum bókstöfum (I, II, IIIb, IVb, …)

Staðlaða lotukerfið[breyta | breyta frumkóða]

Flokkur →
Lota ↓
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 1
H

2
He
2 3
Li
4
Be

5
B
6
C
7
N
8
O
9
F
10
Ne
3 11
Na
12
Mg

13
Al
14
Si
15
P
16
S
17
Cl
18
Ar
4 19
K
20
Ca
21
Sc
22
Ti
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
31
Ga
32
Ge
33
As
34
Se
35
Br
36
Kr
5 37
Rb
38
Sr
39
Y
40
Zr
41
Nb
42
Mo
43
Tc
44
Ru
45
Rh
46
Pd
47
Ag
48
Cd
49
In
50
Sn
51
Sb
52
Te
53
I
54
Xe
6 55
Cs
56
Ba
57–71
*
72
Hf
73
Ta
74
W
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
Hg
81
Tl
82
Pb
83
Bi
84
Po
85
At
86
Rn
7 87
Fr
88
Ra
89-103
**
104
Rf
105
Db
106
Sg
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
Ds
111
Rg
112
Cn
113
Nh
114
Fl
115
Mc
116
Lv
117
Ts
118
Og

* Lantaníð 57
La
58
Ce
59
Pr
60
Nd
61
Pm
62
Sm
63
Eu
64
Gd
65
Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
69
Tm
70
Yb
71
Lu
** Aktiníð 89
Ac
90
Th
91
Pa
92
U
93
Np
94
Pu
95
Am
96
Cm
97
Bk
98
Cf
99
Es
100
Fm
101
Md
102
No
103
Lr
Efnaflokkar í lotukerfinu
Alkalímálmar Jarðalkalímálmar Lantaníð Aktiníð Hliðarmálmar
Tregir málmar Málmungar Málmleysingjar Halógenar Eðalgastegundir
Efnisástand frumefna við staðalaðstæður[breyta | breyta frumkóða]
  • þau sem eru í rauðum lit eru í gasformi.
  • þau sem eru í grænum lit eru í vökvaformi.
  • þau sem eru í svörtum lit eru í föstu formi.
Náttúrulegt ástand frumefna[breyta | breyta frumkóða]
  • Þessi frumefni hafa samsætur sem eru eldri en jörðin (forsöguleg frumefni).
  • Þessi frumefni verða til af náttúrulegum orsökum við hrörnun annarra efna.
  • Þessi frumefni hafa verið framleidd á tilraunastofum, en ekki fundist í náttúrunni.

Tilvísanir[breyta | breyta frumkóða]

  1. Feynman, Richard; Leighton, Robert B.; Sands, Matthew (1964). „2. The Relation of Wave and Particle Viewpoints“. The Feynman Lectures on Physics. 3. Addison–Wesley. ISBN 0-201-02115-3. Afrit af upprunalegu geymt þann 19. október 2021. Sótt 15. ágúst 2021.
  2. 2,0 2,1 2,2 Feynman, Richard; Leighton, Robert B.; Sands, Matthew (1964). „2. Basic Physics“. The Feynman Lectures on Physics. 1. Addison–Wesley. ISBN 0-201-02115-3. Afrit af upprunalegu geymt þann 17. febrúar 2021. Sótt 15. ágúst 2021.
  3. Gonick, First; Criddle, Craig (2005). The Cartoon Guide to Chemistry. Collins. bls. 17–65. ISBN 0-06-093677-0.
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 International Union of Pure and Applied Chemistry (2005). Nomenclature of Inorganic Chemistry (PDF). ISBN 0-85404-438-8.
  5. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights (2019). „Standard Atomic Weights“. www.ciaaw.org. International Union of Pure and Applied Chemistry. Afrit af upprunalegu geymt þann 8. ágúst 2020. Sótt 7. febrúar 2021.
  6. Eric Scerri. 2020, The Periodic Table, Its Story and Its Significance, 2nd edition, Oxford University Press, New York, ISBN 978-0190914363 . p. 17
  7. „periodic law“. Merriam-Webster Dictionary. Sótt 29. mars 2021.
  8. Jensen, William B. (2009). „Misapplying the Periodic Law“. Journal of Chemical Education. 86 (10): 1186. Bibcode:2009JChEd..86.1186J. doi:10.1021/ed086p1186.
  9. Feynman, Richard; Leighton, Robert B.; Sands, Matthew (1964). „19. The Hydrogen Atom and The Periodic Table“. The Feynman Lectures on Physics. 3. Addison–Wesley. ISBN 0-201-02115-3. Afrit af upprunalegu geymt þann 19. október 2021. Sótt 15. ágúst 2021.

Tenglar[breyta | breyta frumkóða]