Nota ulang kaji: Jadual Berkala Unsur

Nota ini mengerjakan bab Jadual Berkala Unsur satu standard kandungan pada satu masa. Seluruh bab ini menghargai satu kemahiran sahaja: membaca kedudukan unsur dan menggunakannya untuk meramal struktur, sifat dan kereaktifan. Simpan nota ini di sebelah soalan kertas lepas dan gunakannya untuk menyemak penaakulan anda, bukan sekadar jawapan.

4.1 Perkembangan jadual berkala

Peperiksaan mengharapkan anda menyusun urutan saintis yang membina jadual dan menyatakan sumbangan setiap seorang.

• Antoine Lavoisier mengelaskan bahan yang diketahui kepada logam dan bukan logam, satu isihan kasar yang pertama.
• Johann Döbereiner menyusun unsur bersifat serupa kepada triad bertiga, dengan jisim atom relatif unsur tengah lebih kurang purata dua yang lain.
• John Newlands memperkenalkan hukum oktaf: apabila disusun mengikut jisim atom yang meningkat, setiap unsur kelapan mempunyai sifat serupa, seperti nada pada tangga muzik.
• Dmitri Mendeleev menyusun unsur mengikut jisim atom relatif yang meningkat, mengumpulkan yang bersifat kimia serupa dalam lajur, dan, yang paling penting, meninggalkan ruang kosong untuk unsur yang belum ditemui serta meramal sifatnya. Ramalannya kemudian disahkan.
• Henry Moseley menyusun semula jadual mengikut nombor proton yang meningkat, dan inilah asas jadual berkala moden yang membetulkan beberapa tempat yang tersilap susunan mengikut jisim.

4.2 Kumpulan dan kala

Dalam jadual moden, unsur disusun mengikut nombor proton yang meningkat. Lajur menegak ialah kumpulan dan baris mendatar ialah kala.

• Bagi kumpulan utama, nombor kumpulan memberitahu bilangan elektron valens; nombor kala memberitahu bilangan petala berisi. Natrium (2.8.1) berada dalam Kumpulan 1, Kala 3.
• Unsur dalam kumpulan yang sama mempunyai bilangan elektron valens yang sama, jadi sifat kimianya serupa.

Aliran merentasi kala (kiri ke kanan): nombor proton naik satu setiap langkah; satu elektron valens ditambah ke petala yang sama; bilangan petala kekal sama; jejari atom mengecil kerana cas nukleus yang bertambah menarik petala lebih dekat; dan unsur berubah daripada berlogam kepada bukan logam.

Aliran menuruni kumpulan (atas ke bawah): bilangan petala bertambah satu setiap langkah; saiz atom membesar; tetapi bilangan elektron valens kekal sama, dan itulah sebabnya kumpulan mengekalkan sifat keluarganya.

4.3 Kumpulan 1: logam alkali

Litium, natrium, kalium dan yang lain masing-masing mempunyai satu elektron valens. Ia logam lembut, berkilau keperakan, berketumpatan rendah yang mengkonduksi elektrik, dan sangat reaktif, jadi ia disimpan di dalam minyak parafin.

• Dengan air ia membentuk hidroksida logam beralkali dan gas hidrogen: contohnya, natrium menghasilkan natrium hidroksida dan hidrogen sambil meluncur di permukaan air.
• Dengan oksigen ia membentuk oksida logam putih yang larut dalam air memberi alkali.
• Menuruni kumpulan, kereaktifan meningkat. Atom menjadi lebih besar, satu elektron valens itu berada lebih jauh dari nukleus dan dipegang kurang kuat, jadi ia lebih mudah dilepaskan, dan melepaskan elektron itulah yang diperlukan oleh tindak balas.

4.4 Kumpulan 17: halogen

Fluorin, klorin, bromin dan iodin masing-masing mempunyai tujuh elektron valens dan wujud sebagai molekul dwiatom.

• Warnanya makin pekat dan keadaan fizikalnya berubah menuruni kumpulan: klorin gas kuning kehijauan, bromin cecair perang kemerahan, iodin pepejal ungu kehitaman, jadi takat lebur dan takat didih naik menuruni kumpulan.
• Ia bertindak balas dengan air, dengan ferum membentuk halida, dan dengan alkali.
• Menuruni kumpulan, kereaktifan menurun. Atom menjadi lebih besar, jadi nukleus menarik elektron yang masuk kurang kuat, sedangkan menerima elektron itulah yang diperlukan oleh tindak balas halogen.
• Dalam tindak balas penyesaran, halogen yang lebih reaktif menyesarkan halogen yang kurang reaktif daripada larutan garamnya, klorin menyesarkan bromin daripada kalium bromida, dan larutan bertukar perang.

4.5 Kumpulan 18: gas adi

Helium, neon, argon dan yang lain mempunyai petala valens penuh yang stabil (helium 2 elektron, yang lain 8). Kerana susunannya sudah stabil, ia lengai secara kimia, wujud sebagai atom tunggal (monoatom) dan merupakan gas tidak berwarna.

• Kegunaannya terus daripada sifat lengai dan, bagi helium, ketumpatan rendah: helium dalam belon dan kapal udara, neon dalam lampu paparan, dan argon sebagai isian lengai dalam mentol lampu dan kerja kimpalan.
• Menuruni kumpulan, saiz atom, takat didih dan ketumpatan semuanya meningkat.

4.6 Kala 3 dan unsur peralihan

Merentasi Kala 3, natrium, magnesium, aluminium, silikon, fosforus, sulfur, klorin, argon, nombor proton naik, saiz atom mengecil, dan unsur beralih daripada logam kepada metaloid kepada bukan logam. Oksidanya berubah daripada berbes (natrium, magnesium) melalui amfoterik (aluminium) kepada berasid (fosforus, sulfur).

Unsur peralihan ialah blok logam seperti ferum, kuprum, zink, kromium dan mangan. Sifat istimewanya wajar dihafal:

• ia membentuk ion dan sebatian berwarna;
• ia menunjukkan nombor pengoksidaan berubah-ubah (ferum sebagai Fe²⁺ dan Fe³⁺, kuprum sebagai Cu⁺ dan Cu²⁺);
• ia bertindak sebagai mangkin (ferum dalam proses Haber, vanadium(V) oksida dalam proses Sentuh, nikel dalam penghidrogenan);
• ia membentuk ion kompleks, dan ialah logam keras, kuat dengan takat lebur dan ketumpatan tinggi.

Cara menggunakan nota ini: ramal daripada kedudukan

Tabiat paling bernilai dalam bab ini ialah menukar kedudukan menjadi ramalan. Diberi kumpulan dan kala sesuatu unsur, nyatakan bilangan elektron valens dan petalanya, tentukan sama ada ia logam atau bukan logam, dan ramalkan bagaimana saiz serta kereaktifannya berbanding jirannya. Bagi unsur Kumpulan 1 atau Kumpulan 17, sentiasa justifikasikan aliran kereaktifan dengan tiga idea yang sama, saiz atom, jarak petala valens daripada nukleus, dan betapa mudah elektron dilepaskan atau diterima.

Seorang guru satu-ke-satu boleh menyemak bahawa setiap aliran yang anda nyatakan disokong oleh sebab susunan elektron dan bukan dibiarkan sebagai fakta kosong, di situlah markah diperoleh atau hilang merentasi kertas bertulis Kimia SPM. Kerana kumpulan dan kala muncul semula dalam Ikatan Kimia dan dalam setiap perbandingan kereaktifan kemudian, mengukuhkan penaakulan ini sekarang membayar balik sepanjang Tingkatan 4 dan Tingkatan 5.

Penaakulan langkah demi langkah: membandingkan dua logam

Andaikan anda mesti membandingkan kereaktifan natrium dan kalium dengan air. Kedua-duanya Kumpulan 1 dengan satu elektron valens, jadi kedua-duanya bertindak balas memberi hidroksida dan hidrogen. Kalium lebih ke bawah dalam kumpulan, jadi ia mempunyai lebih petala dan atom lebih besar; elektron valensnya lebih jauh dari nukleus dan dipegang kurang ketat, jadi ia lebih mudah dilepaskan dan kalium lebih reaktif. Tulis jawapan dalam urutan itu, kedudukan, struktur, kemudian ramalan, dan markah mengikut.

Ringkasan aliran yang wajib dikuasai

Simpan satu jadual aliran dalam kepala anda dan uji diri tanpa melihat. Merentasi kala: nombor proton naik, elektron valens bertambah, petala kekal, saiz atom mengecil, sifat berubah daripada logam kepada bukan logam, dan oksida beralih daripada berbes kepada berasid. Menuruni Kumpulan 1: kereaktifan meningkat kerana elektron valens lebih senang dilepaskan. Menuruni Kumpulan 17: kereaktifan menurun kerana elektron lebih sukar diterima. Menuruni Kumpulan 18: takat didih meningkat kerana atom lebih besar. Apabila anda boleh menyebut setiap baris ini beserta sebab elektronnya, anda sudah bersedia untuk soalan ramalan yang menjadi tumpuan bab ini.