06.05.2013 Views

aatomi ehitus ja perioodilisussüsteem - Tallinna Kristiine Gümnaasium

aatomi ehitus ja perioodilisussüsteem - Tallinna Kristiine Gümnaasium

aatomi ehitus ja perioodilisussüsteem - Tallinna Kristiine Gümnaasium

SHOW MORE
SHOW LESS

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

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!