Περιοδικός Πίνακας - Συσχέτιση αριθμητικών ιδιοτήτων των στοιχείων

 

Εισαγωγή

Κατά τα τελευταία 130 χρόνια έχουν εμφανισθεί στη βιβλιογραφία περισσότερες από 600 διαφορετικές μορφές περιοδικών πινάκων. Ένας από τους πρώτους πίνακες σχεδιάσθηκε από τον Ρώσσο χημικό Dimitri Mendeleyev το 1869. Σωστά η ανακάλυψη του περιοδικού πίνακα αποδίδεται στον Mendeleyev, επειδή ο πίνακάς του βασιζόταν σε αυστηρά επιστημονικές αρχές. Είναι εκπληκτικό το ότι ο Mendeleyev σχεδίασε τον πίνακά του 27 χρόνια πριν από την ανακάλυψη του ηλεκτρονίου (Joseph Tomson, 1896) και 42 χρόνια πριν την ανακάλυψη του θετικά φορτισμένου πυρήνα (Ernest Rutherford, 1911).      

Οι κατακόρυφες αλληλουχίες στοιχείων του πίνακα ονομάζονται ομάδες, ενώ οι οριζόντιες ονομάζονται περίοδοι. Τα στοιχεία της ίδιας ομάδας χαρακτηρίζονται από εκπληκτική ομοιότητα στις χημικές ιδιότητες και σχεδόν πάντοτε παρατηρείται μια ομαλή μεταβολή στις αριθμητικές τιμές των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων τους. Το γεγονός αυτό επέτρεψε στον Mendeleyev να προβλέψει τις ιδιότητες ενός αριθμού "απόντων" στοιχείων, δεκαετίες πριν από την ανακάλυψή τους.

 

Applet 

Με το applet αυτό ο χρήστης μπορεί γρήγορα να βρει να συγκρίνει μεταξύ τους τις αριθμητικές τιμές διαφόρων ιδιοτήτων των στοιχείων. Για διευκόλυνση, οι ιδιότητες αυτές έχουν χωρισθεί στις παρακάτω 4 ομάδες:

Χημικές ιδιότητες: ατομικός αριθμός - ατομικό βάρος - ακτίνα (ατομική) - ακτίνα (ομοιοπολική) - ακτίνα (Van der Waals) - ηλεκτροαρνητικότητα (Pauling) - ηλεκτροαρνητικότητα (Allred) - ηλεκτροαρνητικότητα (απόλυτη) - δραστικό πυρηνικό φορτίο (Slater)

Φυσικές ιδιότητες: σημείο τήξης - σημείο βρασμού - πυκνότητα (στους 20οC) - γραμμομοριακός όγκος - θερμική αγωγιμότητα (στους 27οC) - ηλεκτρική αγωγιμότητα - συντελεστής γραμμικής διαστολής - ενθαλπία τήξης - ενθαλπία εξάτμισης - ενθαλπία ατομοποίησης - μέτρο Young - μέτρο ακαμψίας - μέτρο όγκου (bulk modulus).

Ηλεκτρονιακές ιδιότητες: ηλεκτρονιακή συγγένεια - ηλεκτρονιακή συνάρτηση έργου (έργο εξαγωγής) - Ενέργεια 1ου έως και 4ου ιοντισμού.

Διάφορες ιδιότητες: αφθονία στο φλοιό της γης - αφθονία στη θάλασσα - αφθονία στον ήλιο - σκληρότητα (κλίμακα ορυκτών) - σκληρότητα (Brinell)

Η ομάδα των ιδιοτήτων μπορεί να επιλεγεί με κλικ στο αντίστοιχο ραδιοπλήκτρο και η επιθυμητή ιδιότητα με κλικ στα πλήκτρα ">>" ή "<<". Το χρώμα της θέσης κάθε στοιχείου αποκτά απόχρωση ενδεικτική της τιμής της ιδιότητας (χρωματική κλίμακα: λευκό/πορτοκαλί/κόκκινο). Με κίνηση του δρομέα μέσα στον περιοδικό πίνακα η τιμή της επιλεγμένης ιδιότητας κάθε στοιχείου (κάτω από τον δρομέα) εμφανίζεται στο επάνω μέρος του πίνακα. Εκεί εμφανίζονται και οι αντίστοιχες μονάδες και περιπτωσιακά ο αλλοτροπικός τύπος του στοιχείου για τον οποίο ισχύει η τιμή της ιδιότητας.

 

Πώς δημιουργούμε ένα διάγραμμα συσχέτισης ιδιοτήτων

Για να δημιουργήσουμε ένα διάγραμμα συσχέτισης (correlation plot), δηλ. διάγραμμα των τιμών μιας ιδιότητας Α ως προς τις τιμές μιας ιδιότητας Β, θα πρέπει πρώτα να επιλεγούν οι δύο ιδιότητες (Α και Β) από τα αντίστοιχα "παράθυρα" στο κάτω μέρος του applet.

Στη συνέχεια ο χρήστης θα πρέπει να επιλέξει τα στοιχεία που θέλει να εμφανισθούν (ως σημεία) στο διάγραμμα κάνοντας κλικ στο πλήκτρο "Select Elements". Φυσικά, για να επιλεγεί ένα στοιχείο θα πρέπει να υπάρχουν αριθμητικά δεδομένα και για τις δύο επιλεγμένες ιδιότητες, διαφορετικά το στοιχείο αποκλείεται αυτόματα (η θέση του αποκτά το χρώμα υποβάθρου του applet).

Με click στη θέση ενός στοιχείου το αντίστοιχο στοιχείο επιλέγεται ή αποκλείεται. Οι θέσεις των επιλεγμένων στοιχείων έχουν ένα γαλάζιο χρώμα, ενώ οι θέσεις εκείνων που αποκλείονται έχουν ένα κοκκινωπό χρώμα. Για επίσπευση της επιλογής ή αποκλεισμού του συνόλου των στοιχείων μπορούμε να κάνουμε κλικ στα τετραγωνάκια "Select All" και "Exclude All".

Από τη στιγμή που ο χρήστης με τους παραπάνω τρόπους έχει επιλέξει τα στοιχεία που θέλει να εμφανισθούν στο διάγραμμα συσχέτισης, το διάγραμμα εμφανίζεται αυτόματα με κλικ στο πλήκτρο "Correlation Plot". Κάθε σημείο του διαγράμματος αντιστοιχεί σε ένα από τα επιλεγμένα στοιχεία, το σύμβολο του οποίου βρίσκεται σε ένα μικρό τετραγωνάκι που εκπροσωπεί το σημείο.

Τυπικό διάγραμμα συσχέτισης της θερμοκρασίας βρασμού ως προς τη θερμοκρασία τήξης όλων των στοιχείων για τα οποία υπάρχουν δεδομένα δείχνεται (σε σμίκρυνση) στο παρακάτω σχήμα. Από το διάγραμμα μπορεί κανείς να δει ότι σε γενικές γραμμές υπάρχει κάποια συσχέτιση μεταξύ αυτών των δύο φυσικών ιδιοτήτων.

 

Παρακάτω δείχνεται το διάγραμμα log(αφθονίας στο φλοιό της γης, σε ppm) ως προς τον ατομικό αριθμό αποκλειστικά για τα στοιχεία των λανθανιδών. Είναι εμφανής η χαρακτηριστική τάση εναλλαγής (ζιγκ-ζαγκ) της τιμής της αφθονίας για τα στοιχεία αυτά.

 

Με αυτό το applet ο χρήστης μπορεί να σχηματίσει ένα μεγάλο αριθμό διαγραμμάτων συσχέτισης, όπως επίσης και να εξετάσει τον τρόπο μεταβολής των τιμών των διαφόρων ιδιοτήτων μεταξύ των στοιχείων μιας ομάδας ή μιας περιόδου.

Βιβλιογραφία

Οι περισσότερες από τις αριθμητικές τιμές των ιδιοτήτων των στοιχείων ελήφθησαν από το: J. Emsley, "The Elements", 2nd ed., Oxford University Press, 1992.

 

ΠΡΟΣΟΧΗ:  

Αν το applet δεν "παίζει" κάνετε κλικ εδώ.

Αν το applet δεν φαίνεται κάνετε κλικ εδώ.

Για μια πλήρη λίστα των applet κάνετε κλικ εδώ.

Υπεύθυνος σελίδας: Καθ. Κωνσταντίνος Η. Ευσταθίου