Blokkene i periodesystemet

Blokkene i periodesystemet er sett av grunnstoffer som har til felles hvilken type atomorbital valenselektronene ligger i. Begrepet ser ut til å ha blitt først brukt av Charles Janet. Hver blokk er oppkalt etter sin karakteristiske orbital: s-blokk, p-blokk, d-blokk og f-blokk.

Blokk s, f, d og p i det periodiske systemet

Blokknavnene (s, p, d og f) er avledet fra den spektroskopiske notasjonen for verdien av et elektronets asimutale kvantenummer: skarp (0), prinsipiell (1), diffus (2) eller fundamental (3). Etterfølgende notasjoner fortsetter i alfabetisk rekkefølge, som g, h, etc., selv om elementer som hører hjemme i slike blokker ennå ikke er funnet.

Karakteristikk

Det er et omtrentlig samsvar mellom denne nomenklaturen av blokker, basert på elektronkonfigurasjonen, og sett med elementer basert på kjemiske egenskaper. S-blokken og p-blokken sammen anses vanligvis som hovedgruppeelementer, d-blokken tilsvarer overgangsmetallene, og f-blokken omfatter nesten alle lantanidene (som lantan) og aktinidene (som aktinium). Ikke alle er enige om det nøyaktige medlemskapet til hvert sett med elementer. For eksempel blir gruppe 12-elementene sink, kadmium og kvikksølv ofte sett på som hovedgruppe, snarere enn overgangsgruppe, fordi de er kjemisk og fysisk mer like p-blokkelementene enn de andre d-blokkelementene. Gruppe 3-elementene regnes noen ganger som hovedgruppeelementer på grunn av deres likheter med s-blokkelementene. Grupper (kolonner) i f-blokken (mellom gruppe 2 og 3) er ikke nummerert.

Helium er et s-blokkelement, med dets ytre (og eneste) elektroner i 1s atomorbital, selv om dets kjemiske egenskaper er mer lik p-blokkens edelgasser i gruppe 18 på grunn av dets fulle skall.

s-blokk

S-blokken, med s som står for "skarp" og asimutalt kvantenummer 0, er på venstre side av det konvensjonelle periodesystemet og er sammensatt av elementer fra de to første kolonnene pluss ett element i kolonnen lengst til høyre, ikke-metallene hydrogen og helium og alkalimetallene (i gruppe 1) og jordalkalimetaller (gruppe 2). Deres generelle valenskonfigurasjon er ns^1–2. Helium er et s-element, men finner nesten alltid sin plass helt til høyre i gruppe 18, over p-elementet neon. Hver rad i tabellen har to s-elementer.

Metallene i s-blokken (fra andre periode og utover) er for det meste myke og har generelt lave smelte- og kokepunkter. De fleste gir farge til en flamme.

Kjemisk er alle s-elementer unntatt helium svært reaktive. Metaller i s-blokken er svært elektropositive og danner ofte hovedsakelig ioniske forbindelser med ikke-metaller, spesielt med de svært elektronegative halogen-ikke-metallene.

p-blokk

P-blokken, med p som står for "prinsipiell" og asimutalt kvantenummer 1, er på høyre side av det konvensjonelle periodesystemet og omfatter elementer i gruppene 13 til 18. Deres generelle elektroniske konfigurasjon er ns² np^1–6. Helium, selv om det er det første elementet i gruppe 18, er ikke inkludert i p-blokken. Hver rad i tabellen har plass til seks p-elementer bortsett fra den første raden (som ikke har noen).

Denne blokken er den eneste som har alle tre typer elementer: metaller, ikke-metaller og metalloider. P-blokkelementene kan beskrives på gruppe-for-gruppe basis som: gruppe 13, icosagenene; 14, krystallogenene; 15, pnictogenene; 16, kalkogenene; 17, halogenene; og 18, heliumgruppen, sammensatt av edelgassene (unntatt helium) og oganesson. Alternativt kan p-blokken beskrives som inneholdende post-overgangsmetaller; metalloider; reaktive ikke-metaller inkludert halogenene; og edelgasser (unntatt helium).

P-blokkelementene er forenet ved at deres valens (ytterste) elektroner er i p-orbitalen. P-orbitalen består av seks flikete former som kommer fra et sentralt punkt med jevne vinkler. p-orbitalen kan inneholde maksimalt seks elektroner, derfor er det seks kolonner i p-blokken. Elementer i kolonne 13, den første kolonnen i p-blokken, har ett p-orbitalt elektron. Elementer i kolonne 14, den andre kolonnen i p-blokken, har to p-orbitale elektroner. Trenden fortsetter på denne måten til kolonne 18, som har seks p-orbitale elektroner.

Blokken er en høyborg for oktettregelen i dens første rad, men elementer i påfølgende rader viser ofte hypervalens. P-blokkelementene viser variable oksidasjonstilstander som vanligvis avviker med multipler av to. Reaktiviteten til elementer i en gruppe synker generelt nedover. (Helium bryter denne trenden i gruppe 18 ved å være mer reaktiv enn neon, men siden helium faktisk er et s-blokkelement, forblir p-blokkdelen av trenden intakt.)

Oksygen og halogenene har en tendens til å danne mer ioniske forbindelser med metaller; de gjenværende reaktive ikke-metallene har en tendens til å danne mer kovalente forbindelser, selv om ionisitet er mulig når elektronegativitetsforskjellen er høy nok (f.eks. Li₃N). Metalloidene har en tendens til å danne enten kovalente forbindelser eller legeringer med metaller.

d-blokk

D-blokken, med d som står for "diffus" og asimutalt kvantenummer 2, er i midten av det periodiske systemet og omfatter elementer fra gruppe 3 til 12; det starter i 4. periode. Perioder fra den fjerde og utover har plass til ti d-blokkelementer. De fleste eller alle disse grunnstoffene er også kjent som overgangsmetaller fordi de opptar en overgangssone i egenskaper, mellom de sterkt elektropositive metallene i gruppe 1 og 2, og de svakt elektropositive metallene i gruppene 13 til 16. Gruppe 3 eller gruppe 12, mens fortsatt regnet som d-blokkmetaller, blir noen ganger ikke regnet som overgangsmetaller fordi de ikke viser de kjemiske egenskapene som er karakteristiske for overgangsmetaller, for eksempel flere oksidasjonstilstander og fargede forbindelser.

d-blokkelementene er alle metaller og de fleste har ett eller flere kjemisk aktive d-orbitale elektroner. Fordi det er en relativt liten forskjell i energien til de forskjellige d-orbitale elektronene, kan antallet elektroner som deltar i kjemisk binding variere. D-blokkelementene har en tendens til å vise to eller flere oksidasjonstilstander, som er forskjellige med multipler av én. De vanligste oksidasjonstilstandene er +2 og +3. Krom, jern, molybden, rutenium, wolfram og osmium kan ha formelle oksidasjonstall så lave som -4; iridium har den enestående distinksjonen å være i stand til å oppnå en oksidasjonstilstand på +9.

d-orbitalene (fire formet som firkløver, og den femte som en manual med en ring rundt) kan inneholde opptil fem par elektroner.

f-blokk

f-blokken, med f som står for "grunnleggende" og asimutalt kvantenummer 3, vises som en fotnote i en standard tabell med 18 kolonner, men er plassert i midten til venstre i en tabell med 32 kolonner i full bredde. Perioder fra den sjette og utover har plass til fjorten f-blokkelementer. Selv om disse elementene generelt ikke anses som en del av noen gruppe, anser noen forfattere dem for å være en del av gruppe 3. De kalles noen ganger indre overgangsmetaller fordi de gir en overgang mellom s-blokken og d-blokken i 6. og 7. rad (periode), på samme måte som d-blokkens overgangsmetaller gir en overgangsbro mellom s-blokken og p-blokken i 4. og 5. rad.

f-blokkelementene kommer i to serier, i periode 6 og 7. Alle er metaller. De f-orbitale elektronene er mindre aktive i kjemien til perioden 6 f-blokkelementer, selv om de gir noen bidrag: disse er ganske like hverandre. De er mer aktive i den tidlige perioden 7 f-blokkelementer, hvor energiene til 5f, 7s og 6d skjellene er ganske like; følgelig har disse elementene en tendens til å vise like mye kjemisk variabilitet som deres overgangsmetallanaloger. De senere f-blokkelementene oppfører seg mer som sine periode 6-motstykker.

f-blokkelementene forenes ved stort sett å ha ett eller flere elektroner i en indre f-orbital. Av f-orbitalene har seks seks lober hver, og den syvende ser ut som en manual med en smultring med to ringer. De kan inneholde opptil syv par elektroner, og blokken opptar derfor fjorten kolonner i det periodiske systemet. De er ikke tildelt gruppenummer, siden vertikale periodiske trender ikke kan skjelnes i en "gruppe" av to elementer.

De to 14-leddet radene av f-blokkelementene forveksles noen ganger med lantanidene og aktinidene, som er navn på sett med elementer basert på kjemiske egenskaper mer enn elektronkonfigurasjoner. Lantanidene er de 15 grunnstoffene som går fra lantan (La) til lutetium (Lu); aktinidene er de 15 grunnstoffene som går fra aktinium (Ac) til lawrencium (Lr).

g-blokk

En g-blokk, med asimutalt kvantenummer 4, er spådd å begynne i nærheten av element 121. Selv om g-orbitaler ikke forventes å begynne å fylle grunntilstanden før rundt element 124–126, er sannsynligvis allerede lav nok i energi til å begynne å delta kjemisk i element 121, lik situasjonen for 4f og 5f orbitalene.

Hvis trenden til de foregående radene fortsatte, ville g-blokken ha atten elementer. Imidlertid forutsier beregninger en veldig sterk uskarphet i periodisiteten i den åttende perioden, til det punktet at individuelle blokker blir vanskelige å avgrense. Det er sannsynlig at den åttende perioden ikke helt vil følge trenden til tidligere rader.