aatomi ehitus ja perioodilisussüsteem - Tallinna Kristiine Gümnaasium
aatomi ehitus ja perioodilisussüsteem - Tallinna Kristiine Gümnaasium
aatomi ehitus ja perioodilisussüsteem - Tallinna Kristiine Gümnaasium
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
AATOMI EHITUS JA<br />
PERIOODILISUSSÜSTEEM<br />
(Joonise allikas:<br />
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/37/Sciences_exactes.svg/256px-<br />
Sciences_exactes.svg.png )<br />
Antiika<strong>ja</strong>l arvati, et meid ümbritsev maailm koosneb<br />
tühjusest <strong>ja</strong> ainetest, mis koosnevad lõpmatust arvust<br />
üliväikestest <strong>ja</strong>gamatutest <strong>ja</strong> hävinematutest osakestest.<br />
Vana-Kreekia filosoofi Demokritose ettepanekul hakati<br />
selliseid <strong>ja</strong>gamatuid osakesi nimetama <strong>aatomi</strong>teks<br />
(atomos- kr. k. <strong>ja</strong>gamatu; aatom - “tomos”(lõikama) +<br />
“a” = “atomos” lõikamatu, <strong>ja</strong>gamatu).<br />
Demokritos (u. 460 – u. 370 e.Kr.)<br />
(Pildiallikas: http://kikurage1.hp.infoseek.co.jp/jellyfish/otheressais/demokrit.jpg )<br />
AATOMIMUDELITE AJALUGU<br />
Kui reaalse objekti või probleemi uurimine on kas võimatu, keerukas või<br />
kulukas, siis luuakse selle seadme või nähtuse kohta lihtsustatud jäljendus ehk<br />
mudel. Mudeli all mõistetakse objekti vähendatud või suurendatud <strong>ja</strong><br />
lihtsustatud koopiat. Kuna <strong>aatomi</strong>d on üliväikesed <strong>ja</strong> sellest tulenevalt ei ole neid<br />
ka võimalik vahetult uurida, siis <strong>aatomi</strong> <strong>ehitus</strong>e kohta ongi loodud kaudsete<br />
uurimustulemuste põh<strong>ja</strong>l mudelid.<br />
Koostanud: Janno Puks<br />
<strong>Tallinna</strong> Arte <strong>ja</strong> <strong>Kristiine</strong> <strong>Gümnaasium</strong><br />
1
1) DALTONI AATOMIMUDEL<br />
Nüüdisaegse <strong>aatomi</strong>käsitluse teooria ra<strong>ja</strong>s 19.sa<strong>ja</strong>ndi algul Briti füüsik <strong>ja</strong> keemik<br />
John Dalton. Dalton oletas, et kõik ained koosnevad <strong>aatomi</strong>test, mis erinevad<br />
üksteisest suuruse, kuju <strong>ja</strong> massi poolest. Dalton uskus, et <strong>aatomi</strong>d <strong>ja</strong>gamatud <strong>ja</strong><br />
püsivad ning need kujutavad endast väikesi kerakesi.<br />
John Dalton (1766-1844).<br />
(Pildiallikas: http://www.learner.org/courses/essential/physicalsci/images/s4.dalton.jpg )<br />
2) THOMSONI (ROSINAPUDINGU) AATOMIMUDEL<br />
19. sa<strong>ja</strong>ndi lõpul avastati, et <strong>aatomi</strong>d ei olegi <strong>ja</strong>gamatud, vaid need koosnevad<br />
omakorda veel väiksematest osakestest. Nimelt 1897. aastal avastas inglise<br />
teadlane Sir Joseph John Thomson <strong>aatomi</strong> koostisesse kuuluva elektroni. 1904.<br />
aastal pakkus ta väl<strong>ja</strong> uue <strong>aatomi</strong> mudeli. Selles ta kujutas <strong>aatomi</strong>t ette<br />
kerakesena, kus põhiosa ruumalast moodustas ühtlane positiivse laenguga mass,<br />
milles omakorda asetsesid negatiivsete laenguga elektronid. Thomsoni<br />
<strong>aatomi</strong>mudelit kutsutakse ka “rosinapudingu mudeliks”, selle järgi on aatom<br />
nagu ühtlane positiivse laenguga „puding”, milles on „rosinateks” elektronid.<br />
Sir Joseph John Thomson (1856 –1940)<br />
(Pildiallikas: http://www.wired.com/images/article/full/2008/04/jj_thompson_400px.jpg )<br />
Koostanud: Janno Puks<br />
<strong>Tallinna</strong> Arte <strong>ja</strong> <strong>Kristiine</strong> <strong>Gümnaasium</strong><br />
2
3) RUTHERFORDI (PLANETAARNE) AATOMIMUDEL<br />
1909. aastal tõestas inglise füüsik Sir Ernst Rutherford, et aatom on sees<br />
põhiliselt “tühi.” Põhiosa <strong>aatomi</strong> massist on koondunud <strong>aatomi</strong> keskel olevasse<br />
ülisuure tiheduse <strong>ja</strong> positiivse laenguga tuuma. 1911. aastal pakkus Rutherford<br />
väl<strong>ja</strong>, et aatom on justkui väike päikesesüsteem, milles päikest asendab tuum<br />
ning suures tühjuses liiguvad elektronid nagu planeedid umber päikese.<br />
Rutherfordi <strong>aatomi</strong>mudelis elektronidel ei ole kindlaid tiirlemisorbiite.<br />
Sir Ernst Rutherford (1871–1937)<br />
(Pildiallikas: http://www.astrosurf.com/luxorion/Physique/rutherford-ernest.jpg )<br />
4) BOHRI AATOMIMUDEL<br />
Rutherfordi <strong>aatomi</strong>mudelit arendas edasi taani teadlane Nils Bohr. Katsetele<br />
tuginedes esitas ta 1913. aastal uue mudeli, mille kohaselt <strong>aatomi</strong> keskel on tuum<br />
<strong>ja</strong> kindlal kaugusel sellest tiirlevad elektronid nagu planeedid tiirlevad kindlatel<br />
orbiitidel ümber Päikese.<br />
Nils Bohr (1885 –1962)<br />
(Pildiallikas: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6d/Niels_Bohr.jpg )<br />
Koostanud: Janno Puks<br />
<strong>Tallinna</strong> Arte <strong>ja</strong> <strong>Kristiine</strong> <strong>Gümnaasium</strong><br />
3
5) TÄNAPÄEVANE (KVANTMEHAANILINE) MUDEL<br />
Tänapäevane <strong>aatomi</strong>mudel kohaselt on elektronide liikumine <strong>aatomi</strong>s palju<br />
keerulisem, kui seda eeldab Bohri <strong>aatomi</strong>mudel. Nimelt tänapäevase mudeli<br />
kohaselt liiguvad elektronid ülikiirelt ümber tuuma, omamata a<strong>ja</strong>hetkel kindlat<br />
asukohta. Elektronide ülikiire liikumise tulemusena moodustub tuuma ümber<br />
negatiivse laenguga pilv ehk elektronpilv. Samasuguse analoogilise näite võib<br />
tuua argielust <strong>ja</strong>lgratta sõitmisel, kus ratta kiiresti pöörlemisel ei ole võimalik<br />
näha üksikuid kodaraid ning need nagu oleksid <strong>ja</strong>otunud ühtlaselt kogu ratta.<br />
AATOMI EHITUSE MUDELID<br />
Daltoni <strong>aatomi</strong>mudel<br />
Thomsoni <strong>aatomi</strong>mudel<br />
Rutherfordi <strong>aatomi</strong>mudel<br />
Koostanud: Janno Puks<br />
<strong>Tallinna</strong> Arte <strong>ja</strong> <strong>Kristiine</strong> <strong>Gümnaasium</strong><br />
4
5<br />
Bohri <strong>aatomi</strong>mudel<br />
Tänapäevane <strong>aatomi</strong>mudel<br />
(Joonisteallikad:<br />
https://reich-chemistry.wikispaces.com/file/view/dalton_model_of_the_atom.gif/31487385<br />
https://reich-chemistry.wikispaces.com/Fall.2008.MMA.deboer1.Timeline<br />
http://www.clemson.edu/caah/history/FacultyPages/PamMack/lec122sts/Thomson_model_E.jpg<br />
http://astronomy.nmsu.edu/nicole/teaching/ASTR110/lectures/lecture18/slide01.html<br />
http://www.rso.utah.edu/images/training/atom.gif<br />
http://www.beyondbooks.com/psc92/images/00080041.jpg )<br />
Aatom on üliväike aineosake, mis koosneb elektronidest <strong>ja</strong> <strong>aatomi</strong>tuumast.<br />
Aatomid erinevad üksteisest massi, mõõtmete <strong>ja</strong> sisemise <strong>ehitus</strong>e poolest.<br />
Aatomite mõõtmed on nii väikesed, et neid pole võimalik otseselt mõõta. Sellegipoolest on<br />
kaudsete<br />
-10<br />
määramiste tulemusena kindlaks tehtud, et <strong>aatomi</strong>te keskmiseks läbimõõduks on 10 m.<br />
See tähendab seda, et kui asetada 10 miljonit <strong>aatomi</strong>t üksteise järele kõrvuti ritta, siis nad<br />
moodustaksid kokku rea, mille pikkus oleks kõigest 1 mm.<br />
-24 -22<br />
Kaudsete määramiste tulemusena on kindlaks tehtud ka <strong>aatomi</strong> mass, mis 10 m <strong>ja</strong> 10 m vahel.<br />
Nii väikeste arvudega on tülikas arvutada <strong>ja</strong> seepärast kasutatakse <strong>aatomi</strong> kõigub massi<br />
väljendamiseks erilist aatommassiühikut (amü).<br />
Koostanud: Janno Puks<br />
<strong>Tallinna</strong> Arte <strong>ja</strong> <strong>Kristiine</strong> <strong>Gümnaasium</strong><br />
-24
Amü võrdub 1/12 süsiniku <strong>aatomi</strong> massiga <strong>ja</strong> see on 1,66 * 10 g.<br />
Aatomi massi aatommassiühikutes nim. aatommassiks.<br />
-24<br />
1amü = 1,66 * 10 g<br />
Elektronid on negatiivse laenguga aineosakesed, mis tiirlevad ringikujuliselt<br />
ümber <strong>aatomi</strong>tuuma. Elektronid tiirlevad ümber <strong>aatomi</strong>tuuma kindlatel<br />
kaugustel. Asukohti, kus elektronid kindlatel kaugustel ümber <strong>aatomi</strong>tuuma<br />
tiirlevad, nim. elektronkihtideks. Mida kaugemal on elektronkiht tuumast, seda<br />
suurema energiaga elektronid seal tiirlevad. Tuumale kõige lähemal asuvat<br />
elektronkihti nim. esimeseks elektronkihiks. Tuumast kõige kaugemal asuvat<br />
elektronkihti nim. väliseks elektronkihiks. Ümber <strong>aatomi</strong>tuuma erinevatel<br />
elektronkihtidel tiirlevaid elektrone kokku nim. elektronkatteks.<br />
Igasse elektronkihti mahub KINDEL arv elektrone!<br />
2 * n² - selle valemi abil arvutatakse väl<strong>ja</strong>, kui palju mahub maksimaalselt<br />
elektrone antud elektronkihti. n- tähistab antud elektronkihti.<br />
Näiteks arvutame, kui palju mahutab maksimaalselt 1 elektronkiht elektrone. Kui valemis n asemele<br />
panna 1, siis saame 2 * (1)² ehk 2*1 =2. Seega mahub esimesele elektronkihile maksimaalselt 2<br />
elektroni. Näiteks arvutame, kui palju mahub maksimaalselt elektrone 3-ndale elektronkihile. Kui<br />
valemis n asemel panna 3 , siis saame 2 * (3)² ehk 2 * 9 = 18. Seega mahub kolmandale<br />
elektronkihile maksimaalselt 18 elektroni.<br />
NB!!! Antud valemiga ei saa arvutada maksimaalset elektronide arvu välises elektronkihis, sest<br />
välisele elektronkihile mahub maksimaalselt alati kuni 8 elektroni, mitte rohkem.<br />
Aatomituum on <strong>aatomi</strong> keskel paiknev aineosake, mis koosneb tuumaosakestest<br />
ehk nukleonitest. Aatomituum on <strong>aatomi</strong>st ligi 100000 korda väiksem.<br />
Nukleoniteks prootonid <strong>ja</strong> neutronid. Prootonid <strong>ja</strong> neutronid koosnevad<br />
omakorda kvarkidest. Prootonitel on positiivne elektrilaeng, neutronitel laeng<br />
puudub ehk neutronid on elektriliselt neutraalsed. Kuna prootonitel on<br />
positiivne laeng <strong>ja</strong> neutronitel laeng puudub, siis on <strong>aatomi</strong>tuumal alati positiivne<br />
laeng. Tuumas olevate prootonite positiivsete laengute summat nim.<br />
tuumalaenguks. Aatomituumas olevate prootonite arv on võrdne elektronkattes<br />
olevate elektronide arvuga, mistõttu alati aatom on elektriliselt neutraalne.<br />
Elementaarosakeseks nim. looduses kõige väikemaid eksisteerivaid aineosakesi,<br />
mida enam väiksemateks <strong>ja</strong>gada ei saa. Elementaarosakesteks on kvargid <strong>ja</strong><br />
elektronid.<br />
Elementaarlaenguks nim. looduses kõige väiksemat eksisteerivat elektrilaengut.<br />
Looduses kõige väiksem eksisteeriv täisarvuline positiivne elektrilaeng on<br />
prootonil <strong>ja</strong> kõige väiksem täisarvuline negatiivne elektrilaeng on elektronil.<br />
Prootonid <strong>ja</strong> neutronid on elektronidest ligi 1800 korda suurema massiga.<br />
Seepärast moodustabki <strong>aatomi</strong>tuum põhiosa <strong>aatomi</strong> massist. Aatomituumas on<br />
ainetihedus ülisuur, kuna enamik <strong>aatomi</strong>massi on koondunud väga väikese<br />
läbimõõduga <strong>aatomi</strong>tuuma sisse.<br />
Koostanud: Janno Puks<br />
<strong>Tallinna</strong> Arte <strong>ja</strong> <strong>Kristiine</strong> <strong>Gümnaasium</strong><br />
6
electron – elektron<br />
proton - prooton<br />
neutron - neutron<br />
nucleus - <strong>aatomi</strong>tuum<br />
(Joonise allikas:<br />
http://www.biblelife.org/heavymetal-atom.jpg<br />
Tuumas olevateks aineosakesteks on laenguta neutronid <strong>ja</strong> positiivse laenguga prootonid.<br />
Teoreetiliselt peaksid samanimeliselt laetud prootonid üksteisest eemale tõukuma <strong>ja</strong> seetõttu ka tuum<br />
lagunema koost. Seda aga ei juhtu, sest prootonite <strong>ja</strong> neutronite vahel esineb eriline jõud, mida nim.<br />
tuumajõuks. See esineb ainult <strong>aatomi</strong>tuuma sees nukleonite vahel ning väl<strong>ja</strong>poole <strong>aatomi</strong>tuuma tema<br />
mõju ei ulatu. Tuumajõu tõmbejõud on nii suur, et see ületab tunduvalt prootonitevahelisi<br />
tõukejõude ning nii hoiabki ta prootoneid <strong>ja</strong> neutroneid koos, takistades samaaegselt ka<br />
<strong>aatomi</strong>tuuma koost lagunemast.<br />
Elektronidel on negatiivne laeng, aga <strong>aatomi</strong>tuumal positiivne laeng. Teoreetiliselt peaksid<br />
vastasmärgiliselt laetud elektronid <strong>ja</strong> <strong>aatomi</strong>tuum tõmbuma ning elektronid kukkuma tuumale. Seda<br />
aga ei juhtu, sest elektronid liiguvad tuuma ümber ülisuure kiirusega (8 miljonit km/h). Sellise suure<br />
kiiruse juures tekivad tsentrifugaaljõud, mis tasakaalustavad külgetõmbejõude elektronide <strong>ja</strong><br />
<strong>aatomi</strong>tuuma vahel. Tsentrifugaaljõu tõttu ei kukugi elektronid kunagi tuumale.<br />
KEEMILINE ELEMENT<br />
Antiika<strong>ja</strong>l pidasid kreeklased nel<strong>ja</strong>ks algelemendiks maad, tuld, õhku <strong>ja</strong> vett. Aristoteles lisas sinna<br />
hulka veel viienda elemendi - eetri.<br />
Alkeemikud pidasid algelementideks väävlit, elavhõbedat ning soola, millest oli võimalik saada<br />
erinevates vahekordades teisi elemente. Antiika<strong>ja</strong>l <strong>ja</strong> alkeemia perioodil tunti seitset metallilist<br />
elementi, milleks olid kuld, hõbe, vask, raud, plii, tina <strong>ja</strong> elavhõbe. Mittemetallidest tunti väävlit <strong>ja</strong><br />
süsnikku. Aegade jooksul avastati järjest enam juurde uusi keemilisi elemente, kuid samas mõnel<br />
juhul peeti ekslikult elementideks ka selliseid liitaineid nagu on vesi <strong>ja</strong> sool. Isegi kuulus prantsuse<br />
keemik Antoine Lavoisier pidas näiteks ka soojust <strong>ja</strong> valgust elementideks.<br />
Keemiliseks elemendiks nim. ühe <strong>ja</strong> sama tuumalaenguga <strong>aatomi</strong>te liiki.<br />
1750. aastaks tunti 15 elementi, ent 18. saj. keskpaigaks aga juba 63. Tänapäeval<br />
on teada 118 keemilist elementi, millest 91 esineb looduses, ülejäänud on aga<br />
loodud tehislikult inimese poolt tuumareaktsioonide abil.<br />
Koostanud: Janno Puks<br />
<strong>Tallinna</strong> Arte <strong>ja</strong> <strong>Kristiine</strong> <strong>Gümnaasium</strong><br />
7
Igal elemendil on oma sümbol <strong>ja</strong> tähis. Näiteks alkeemia perioodil tähistasid<br />
alkeemikud kulda, ringina, mille keskel oli täpp <strong>ja</strong> näiteks hõbedat poolkuuna.<br />
Kuna elementide <strong>ja</strong> nende ühendite arv pidevalt kasvas, siis kasvas ka nende<br />
sümbolite arv. Lõpuks oli neid juba nii palju, et nende keeruliste <strong>ja</strong><br />
eriskummaliste kujude tõttu oli neid väga raske meelde jätta <strong>ja</strong> neist aru saada.<br />
Nüüdisaegse keemiliste elementide tähistusviisi aluseks on võetud rootsi keemiku<br />
Jöns Jacob Berzeliuse poolt 19. sa<strong>ja</strong>ndi algul tehtud ettepanek hakata keemilisi<br />
elemente tähistama sümbolitega, mis saadakse elemendi ladinakeelse nimetuse<br />
esitähest või esitähest <strong>ja</strong> mõnest järgnevast tähest.<br />
Alkeemikute erinevad kulla üleskirjutusviisid<br />
Alkeemikute erinevad metallide üleskirjutusviisid<br />
Koostanud: Janno Puks<br />
<strong>Tallinna</strong> Arte <strong>ja</strong> <strong>Kristiine</strong> <strong>Gümnaasium</strong><br />
8<br />
Alumiinium<br />
Koobalt<br />
Vask<br />
Raud<br />
Plii<br />
Elavhõbe<br />
Nikkel
9<br />
Vask<br />
Teras<br />
Tina<br />
(Jooniste allikas: http://www.purplehell.com/riddletools/alchemy.htm )<br />
Keemiliste elementide nimetuste saamise lähtekohad<br />
1) Taevakehade nimede järgi: He -Helios = Päike; Te -Tellus = Maa ; Se – Selene =Kuu ; U-<br />
Uraan ; Pd –asteroid Pallas, Pu – Pluuto<br />
2) Mütoloogilise päritolu järgi: Nb - Niobe = Tantalose tütar; Ta – tantaal - Tantalos; Th -<br />
piksejumal Thor; V – armastusjumalanna Vanadis; Pm – Prometheus<br />
3) Geograafiliste nimetuste alusel<br />
a) Kontinentiude järgi: Eu - Euroopa <strong>ja</strong> Am - Ameerika<br />
b) Riikide järgi: Ga – gallia = Prantsusmaa; Fr – Francia = Prantsusmaa; Ge- Germania; Ru –<br />
Ruthenia = Venemaa,; Po – Polonia = Poola<br />
c) Saarte järgi: Cu – cuprum = Küpros<br />
d) Jõgede järgi: Re – Rhenus = Rein<br />
e) Pealinnade järgi: Ho – Holmia = Stokholm; Hf – Hafnia = Kopanhaagen; Lu – Lutetia (asula<br />
Pariisi kohal)<br />
f) Poolsaarte järgi: Sc – skandinavia<br />
g) Kohanimede järgi: Cf – California; Db – Dubna; Y, Yb, Er, Tb – Ytterby küla<br />
4) Teadlaste nimede järgi: Cm – kuurium – Curie; Es – einsteinium – Einstein; Md- mendeleevium –<br />
Mendelejev; Fm –fermium – Fermi; Gd – gadoliinium – Gadolin; Lr – lavrentsium – Lawrence; No<br />
– nobeelium – Nobel; Rf – rutherformium – Rutherford; Bh – Bohrium – Bohr<br />
5) Mineraalide nimetuste järgi: Li – lithos = kivi; Be – berüll; Si – silex =ränikivi; B- baurax<br />
(booraks)<br />
6) Iseloomuliku omaduste põh<strong>ja</strong>l: Cl – cloros = rohekas; Br – bromos = hais; F –fluere = voolama;<br />
Cr – chroma = värvus; Os –osme = lõhn; P – phos = valgus + phoros = kand<strong>ja</strong>; Ba – barys = raske;<br />
Tc - tehchnetos = tehislik, tehislikult saadud; H - hydrogenium = veetekita<strong>ja</strong>; O - oxygenium =<br />
happe tekita<strong>ja</strong>; Ag - argunas = läikiv, särav.<br />
Koostanud: Janno Puks<br />
<strong>Tallinna</strong> Arte <strong>ja</strong> <strong>Kristiine</strong> <strong>Gümnaasium</strong>
Ühe <strong>ja</strong> sama keemilise elemendi <strong>aatomi</strong>d võivad üksteisest erineda <strong>aatomi</strong>tuumas<br />
olevate neutronite poolest. Isotoop on keemilise elemendi teisend, kus prootonite<br />
arv on sama, aga neutronite arv erinev. Seega isotoobid erinevad üksteisest<br />
neutronite arvu poolest.<br />
Tuntumateks isotoopideks on näiteks vesiniku isotoobid:<br />
1) tavaline vesinik (prootium) – tuumas on 1 prooton <strong>ja</strong> 0 neutronit<br />
2) raske vesinik (deuteerium) – tuumas on 1 prooton <strong>ja</strong> 1 neutron<br />
3) üliraske vesinik ( triitium) – tuumas on 1 prooton <strong>ja</strong> 2 neutronit<br />
Rasketel elementidel on tavaliselt palju isotoope, kergematel on enamasti üks isotoopidest väga<br />
levinud <strong>ja</strong> ülejäänusid leidub looduslikus segus vähe. Näiteks on element kloor kahe isotoobi 34 Cl <strong>ja</strong><br />
36<br />
Cl segu – siit ka aatommassi vahepealne väärtus 35,45.<br />
Veel mõned tuntumad radioaktiivsed isotoobid:<br />
40<br />
K – annab põhilise osa elusorganisme mõjutavast kiirgusest<br />
14<br />
C – kasutatakse süsinikku sisaldavate muististe ( puusüsi,…) vanuse määramiseks<br />
60<br />
Co – raadiumi aseaine meditsiinis<br />
235 8<br />
U – kasutatakse energeetikas (poolestusaeg 7,04*10 aastat)<br />
Kuna enamik <strong>aatomi</strong>massi asub <strong>aatomi</strong>tuumas, siis seepärast loetaksegi terve<br />
<strong>aatomi</strong> mass ligikaudu võrdseks tuumaosakeste massiga <strong>ja</strong> seda nimetatakse<br />
massiarvuks (A). Seega massiarv on võrdne tuumas olevate prootonite <strong>ja</strong><br />
neutronite masside summaga (A = p + n)<br />
Kõik elemendid on pandud järjekorda <strong>ja</strong> elemendi järjekorranumbrit<br />
nimetatakse <strong>aatomi</strong>numbriks (Z). Elemendi <strong>aatomi</strong>number on võrdne prootonite<br />
arvuga, elektronide arvuga <strong>ja</strong> tuumalaenguga.<br />
Kui näiteks <strong>aatomi</strong>number on 5, siis järelikult on <strong>aatomi</strong>tuumas ka 5 prootonit, tuumalaeng on +5 <strong>ja</strong><br />
elektronkattes 5 elektroni. Kui on va<strong>ja</strong> leida neutronite arvu <strong>aatomi</strong>tuumas, siis selleks peab <strong>aatomi</strong><br />
massiarvust (A) lahutama prootonite arvu (p) ehk n = A - p<br />
Näiteks leiame naatriumi <strong>aatomi</strong>tuumas paiknevate neutronite arvu. Naatrium asub<br />
perioodilisustabelis järjekorranumbri 11 all. Kuna järjekorra number tähistab ka prootonite arvu, siis<br />
seega naatriumi <strong>aatomi</strong> tuumas on 11 prootonit. Naatriumi massiarvuks on ümardades 23. Lähtudes<br />
valemist n = A – p <strong>ja</strong> pannes arvud valemisse, saame n = 23 – 11 = 12. Seega naatriumi <strong>aatomi</strong><br />
tuumas on 12 neutronit.<br />
Koostanud: Janno Puks<br />
<strong>Tallinna</strong> Arte <strong>ja</strong> <strong>Kristiine</strong> <strong>Gümnaasium</strong><br />
10
KEEMILISTE ELEMENTIDE<br />
PERIOODILISUSSÜSTEEM<br />
Tänapäeval tuntakse 118 keemilist elementi. Kuna elemendid sarnanevad<br />
üksteisega teatud tunnuste <strong>ja</strong> omaduste poolest, siis seetõttu valitseb nende<br />
hulgas teatud korrapärasus. Seda teades saame kõiki elemente süstematiseerida<br />
<strong>ja</strong> paigutada nad tabelisse, mida nim. keemiliste elementide<br />
<strong>perioodilisussüsteem</strong>iks ehk perioodilisustabeliks.<br />
19. sa<strong>ja</strong>ndi keskpaigaks tunti üle 60 keemilise elemendi <strong>ja</strong> seetõttu juba siis püüti<br />
neid süstematiseerida. Perioodilisussüsteeme on püütud väljendada nii<br />
tasapinnaliste tabelite, spiraalidena või kujunditega, aga ka ruumiliselt. Kokku<br />
tuntakse tänapäeval üle 700 süsteemi väljenduskuju.<br />
Kõige täielikuma <strong>ja</strong> ülevaatlikuma süsteemi esitas 1869. aasta märtsis vene<br />
keemik Dmitri Mendelejev. Ta reastas tol hetkel tuntud olnud 63 elementi<br />
aatommassi kasvu järjekorras ritta ning siis paigutas sarnaste omadustega<br />
elemendid üksteise alla, väites, et "elementide omadused on aatommassidest<br />
perioodilises sõltuvuses". Saadud tabel oligi lähedane tänapäeval kasutatavale<br />
tabelile. Ta leidis, et selliselt paigutatult korduvad teatud hulga elementide järel<br />
enam-vähem sarnaste omadustega elemendid.<br />
Dmitri Mendelejev<br />
(1834 – 1907)<br />
(Pildiallikas: http://leerling.tcc-lyceumstraat.nl/grassroots/periodieksysteem/Cr/men13.jpg )<br />
Kuna tol a<strong>ja</strong>l veel paljusid elemente ei tuntud, siis jättis ta nende <strong>ja</strong>oks tabelisse<br />
tüh<strong>ja</strong>d kohad, ennustades sellega geniaalselt ette vastavate elementide hilisema<br />
avastamise (skandium, gallium, germaanium).<br />
Koostanud: Janno Puks<br />
<strong>Tallinna</strong> Arte <strong>ja</strong> <strong>Kristiine</strong> <strong>Gümnaasium</strong><br />
11
Timothy Stowe<br />
konstrueeritud alternatiivne<br />
keemiliste elementide<br />
perioodilisustabel<br />
12<br />
Thoedor Benfey<br />
konstrueeritud<br />
alternatiivne keemiliste<br />
elementide<br />
perioodilisustabel<br />
(Joonise allikas:<br />
http://www.glencoe.com/sec/science/chemistry/mc/pow/images/Image46.gif )<br />
(Joonise allikas: http://a-p-systems.org/img/13.gif )<br />
Koostanud: Janno Puks<br />
<strong>Tallinna</strong> Arte <strong>ja</strong> <strong>Kristiine</strong> <strong>Gümnaasium</strong>
Kuna <strong>aatomi</strong> <strong>ehitus</strong>t tol a<strong>ja</strong>l veel ei tuntud, siis võttis Mendelejev keemiliste<br />
elementide süstematiseerimisel aluseks aatommassi <strong>ja</strong> sõnastas 1869. aastal<br />
perioodilisusseaduse järgnevalt:<br />
keemiliste elementide ning neist moodustunud liht- <strong>ja</strong> liitainete omadused on<br />
perioodilises sõltuvuses elemendi aatommassist.<br />
20. sa<strong>ja</strong>ndi algul võeti perioodilisusseaduse aluseks massiarvu asemel<br />
järjekorranumber ehk tuumalaeng, sest keemiliste elementite perioodilisuse<br />
kordumise aluseks on <strong>aatomi</strong>te elektronkatte <strong>ehitus</strong>e perioodiline kordumine.<br />
Sellest tulenevalt kõlab tänapäevane perioodilisusseadus järgnevalt:<br />
keemiliste elementide ning neist moodustunud liht- <strong>ja</strong> liitainete omadused on<br />
perioodilises sõltuvuses <strong>aatomi</strong>numbrist ehk tuumalaengust!<br />
Perioodilisustabelis on iga elemendi <strong>ja</strong>oks oma lahter. Sellesse märgitakse<br />
elemendi tähis, <strong>aatomi</strong>number <strong>ja</strong> aatommass (aatommassiühikutes). Kui on<br />
ruumi, siis ka elemendi nimetus <strong>ja</strong> muud andmed.<br />
(Joonise allikas: http://www.miksike.ee/docs/elehed/8klass/elemendid/8-4-11-1.htm )<br />
Perioodilisustabel <strong>ja</strong>otub 7 perioodiks <strong>ja</strong> 18 rühmaks (8A <strong>ja</strong> 10 B rühma).<br />
Perioodideks loetakse ridu, mis kulgevad tabelis vasakult paremale <strong>ja</strong> perioodi<br />
number näitab elektronkihtide arvu ümber <strong>aatomi</strong>tuuma. Esimest kolme<br />
perioodi nimetatakse lühikesteks perioodideks, kuna seal on vähe elemente.<br />
Nel<strong>ja</strong>ndat, viiendat, kuuendat <strong>ja</strong> seitsmendat perioodi nimetatakse pikkadeks<br />
perioodideks, kuna nad sisaldavad esimeste perioodidega võrreldes palju<br />
elemente.<br />
Rühmadeks loetakse ridu, mis kulgevad tabelis ülevalt alla. A-rühma number<br />
näitab elektronide arvu välisel elektronkihil. B-rühmades olevate elementide<br />
<strong>aatomi</strong>te välisel elektronkihil on tavaliselt 2 elektroni, harvem 1 elektron (Ag,<br />
Cu, Ag, Cr jt).<br />
ÜLESANNE:<br />
Leida fosfori (P) <strong>aatomi</strong> <strong>ehitus</strong>ega seotud kõik komponendid ehk prootonite arv, elektronide arv,<br />
aatommass, neutronite arv, tuumalaeng, väliselektronide arv <strong>ja</strong> elektronkihtide arv.<br />
Koostanud: Janno Puks<br />
<strong>Tallinna</strong> Arte <strong>ja</strong> <strong>Kristiine</strong> <strong>Gümnaasium</strong><br />
13
Prootonite arv = järjekorranumber, see on 15<br />
Elektronide arv = järjekorranumber, see on 15<br />
Aatommass = reeglina lahtris keemilise elemendi sümboli all olev arv, see on 31<br />
Neutronite arv = aatommass – prootonite arv, seega 31 – 15, see on 16<br />
Tuumalaeng = prootonite arvuga, see on +15<br />
Väliselektronide arv = A-rühma number, see on 5<br />
Elektronkihtide arv = perioodi number, see on 3<br />
Perioodilisussüsteemi I A rühma elemente (väl<strong>ja</strong> arvatud vesinik) nimetatakse<br />
leelismetallideks, II A rühma elemente (väl<strong>ja</strong> arvatud berüllium <strong>ja</strong> magneesium)<br />
leelismuldmetallideks, VII A rühma elemente halogeenideks <strong>ja</strong> VIII A rühma<br />
elemente väärisgaasideks.<br />
Perioodilisussüsteemi seaduspärasused<br />
1) Liikudes perioodis vasakult paremale, jääb samaks elektronkihtide arv, kuid suureneb<br />
elektronide arv väliskihil. Liikudes rühmas ülevalt alla, jääb samaks elektronide arv väliskihil, ent<br />
suureneb elektronkihtide arv.<br />
2) Liikudes perioodis vasakult paremale <strong>aatomi</strong> raadius väheneb <strong>ja</strong> vastupidi. See on tingitud<br />
sellest, et ühe perioodi elementidel on võrdne arv elektronkihte, aga erinev tuumalaeng. Liikudes<br />
perioodis vasakult paremale suureneb tuumalaeng suureneb <strong>ja</strong> seetõttu tõmmatakse elektronkihte<br />
tugevamini <strong>aatomi</strong>tuuma poole, millega kaasnebki <strong>aatomi</strong> raadiuse vähenemine.<br />
3) Liikudes rühmas ülevalt alla suureneb <strong>aatomi</strong> samuti raadius, kuna väliselektronide arv jääb<br />
samaks, ent suureneb elektronkihtide arv.<br />
4) Liikudes tabelis vasakult paremale <strong>ja</strong> alt üles suurenevad elementide mittemetallilised omadused<br />
<strong>ja</strong> vähenevad metallilised omadused. Liikudes tabelis paremalt vasakule <strong>ja</strong> ülevalt alla suurenevad<br />
elementide metallilised omadused <strong>ja</strong> vähenevad mittemetallilised omadused.<br />
5) Liikudes rühmas ülevalt alla suurenevad metallide keemilised aktiivsused. See on tingitud sellest,<br />
et elektronkihtide kasvades kaugeneb väline elektronkiht <strong>aatomi</strong>tuumast <strong>ja</strong> nende külgetõmme<br />
väheneb. Selle tagajärjel saavad elektronid väliskihilt ka kergemini eralduda.<br />
6) Liikudes rühmas alt üles suurenevad mittemetallide keemilised aktiivsused. See on tingitud<br />
sellest, et elektronkihtide vähenedes on seda tugevam side <strong>aatomi</strong>tuumaga. Selle tagajärjel saab<br />
element ka kergemini elektrone endaga liita.<br />
Koostanud: Janno Puks<br />
<strong>Tallinna</strong> Arte <strong>ja</strong> <strong>Kristiine</strong> <strong>Gümnaasium</strong><br />
14
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18<br />
I II III IV V VI VII VIII I II III IV V VI VII VIII<br />
A A B B B B B B B B A A A A A A<br />
1<br />
H<br />
3<br />
Li 4<br />
Be<br />
11<br />
Na 12<br />
Mg<br />
19<br />
K 20<br />
Ca<br />
37<br />
Rb 38<br />
Sr<br />
55<br />
Cs 56<br />
Ba<br />
87<br />
Fr 88<br />
Ra<br />
15<br />
5<br />
B<br />
6<br />
C<br />
7<br />
N<br />
13<br />
Al 14<br />
Si 15<br />
P<br />
8<br />
O<br />
9<br />
F<br />
2<br />
He<br />
10<br />
Ne<br />
16<br />
S 17<br />
Cl 18<br />
Ar<br />
21<br />
Sc 22<br />
Ti 23<br />
V 24<br />
Cr 25<br />
Mn 26<br />
Fe 27<br />
Co 28<br />
Ni 29<br />
Cu 30<br />
Zn 31<br />
Ga 32<br />
Ge 33<br />
As 34<br />
Se 35<br />
Br 36<br />
Kr<br />
39<br />
Y 40<br />
Zr 41<br />
Nb 42<br />
Mo 43<br />
Tc 44<br />
Ru 45<br />
Rh 46<br />
Pd 47<br />
Ag 48<br />
Cd 49<br />
In 50<br />
Sn 51<br />
Sb 52<br />
Te 53<br />
I<br />
* 71<br />
Lu 72<br />
Hf 73<br />
Ta 74<br />
W 75<br />
Re 76<br />
Os 77<br />
Ir 78<br />
Pt 79<br />
Au 80<br />
Hg 81<br />
Tl 82<br />
Pb 83<br />
Bi 84<br />
Po 85<br />
At 86<br />
Rn<br />
** 103<br />
Lr 104<br />
Rf 105<br />
Db 106<br />
Sg 107<br />
Bh 108<br />
Hs 109<br />
Mt 110<br />
Ds 111<br />
Rg 112<br />
Uub 113<br />
Uut 114<br />
Uuq 115<br />
Uup 116<br />
Uuh 117<br />
Uus 118<br />
Uuo<br />
* Lantanoidid 57<br />
La 58<br />
Ce 59<br />
Pr 60<br />
Nd 61<br />
Pm 62<br />
Sm 63<br />
Eu 64<br />
Gd 65<br />
Tb 66<br />
Dy 67<br />
Ho 68<br />
Er 69<br />
Tm 70<br />
Yb 71<br />
Lu<br />
** Aktinoidid 89<br />
Ac 90<br />
Th 91<br />
Pa 92<br />
U 93<br />
Np 94<br />
Pu 95<br />
Am 96<br />
Cm 97<br />
Bk 98<br />
Cf 99<br />
Es 100<br />
Fm 101<br />
Md 102<br />
No 103<br />
Lr<br />
Perioodilisustabeli elementide grupid<br />
Leelismetallid Leelismuldmetallid Lantanoidid Aktinoidid Metallid Poolmetallid Mittemetallid Väärisgaasid<br />
(Tabeli allikas:<br />
http://et.wikipedia.org/wiki/Keemiliste_elementide_perioodilisuss%C3%BCsteem )<br />
KEEMILISTE ELEMENTIDE LEVIK<br />
Universum - vesinik (70 - 95%) <strong>ja</strong> heelium (5-10%). Iseloomulik on see, et<br />
paarisarvulise järjekorranumbriga elemente on rohkem kui paarituarvuliste<br />
järjenumbritega elemente.<br />
Maakoor ( litosfäär ) - maakoore paksus on 5 – 75 km, suurem kontinentide all,<br />
väiksem ookeanide põh<strong>ja</strong>s. Enamlevinud elemendid on hapnik (ligi 50%), räni<br />
(ligi 27 %), alumiinium (8%), raud <strong>ja</strong> kaltsium (4%). Üldiselt moodustuvad 8<br />
keemilist elementi 99 % maakoore massist – O, Si, Al, Na, Fe, Ca, Mg, K.<br />
Koostanud: Janno Puks<br />
<strong>Tallinna</strong> Arte <strong>ja</strong> <strong>Kristiine</strong> <strong>Gümnaasium</strong><br />
54<br />
Xe
Vesikond (hüdrosfäär) – hapnik (86%), vesinik (11%).<br />
Õhkkond (atmosfäär) – maad ümbritsev gaasikiht, mis ulatub kuni 1200 km<br />
kõrguseni Maast. Peamine osa õhumassist asub Maa lähedases kihis<br />
(troposfääris), kus pooluste osas ulatub see 8 km <strong>ja</strong> ekvaatori kohal kuni 18 km<br />
kõrguseni Maast. Enamlevinud elemendid on lämmastik (78%), hapnik (21%).<br />
Biosfäär – moodustab selle osa litosfäärist, hüdro- <strong>ja</strong> atmosfäärist, mis on<br />
hõlmatud elusorganismide poolt. Biosfääri ülemine piir ulatub 20-25 km Maast<br />
(osonosfäärini) <strong>ja</strong> alumine piir 7 km sügavuseni litosfääris. Elusorganismide<br />
põhielementideks on süsinik, hapnik, vesinik <strong>ja</strong> lämmastik, mis kokku<br />
moodustavad 96 % elusainest. Inimorganismis on rohkem levinud hapnikku<br />
(61%), süsinikku (23%), vesinikku (10 %), lämmastikku (2,6 %), fosfori,<br />
kaltsiumi <strong>ja</strong> kaaliumi.<br />
Koostanud: Janno Puks<br />
<strong>Tallinna</strong> Arte <strong>ja</strong> <strong>Kristiine</strong> <strong>Gümnaasium</strong><br />
16