Układ okresowy pierwiastków
– nie tak łatwo go narysować

Z okazji rozpoczęcia nowego roku szkolnego opowiem Wam ciekawą historię. Wyjątkowo nie będzie ona o „Atomkach”. 🙂

Wstęp

Pięć lat temu potrzebowałem prostego układu okresowego, który mógłbym przy różnych okazjach rozdawać uczniom. Układ ten musiał spełniać następujące warunki:

być czarno-biały, aby łatwo drukować go na zwykłej drukarce laserowej,
być bezpłędny i aktualny (w każdym aspekcie),
zawierać (aż i tylko): symbole, polskie nazwy, liczby i masy atomowe oraz elektroujemności pierwiastków.

Po długich poszukiwaniach okazało się, że taki twór w ogóle nie istnieje. Układy okresowe dostępne w internecie albo zawierają błędy, albo są nieaktualne, a najczęściej oba te czynniki występują jednocześnie. W szczególności, wielką katastrofą okazały się układy okresowe przygotowane przez CKE i kuratoria – te dołączane do konkursów kuratoryjnych oraz do egzaminu maturalnego. W związku z tym nie pozostało mi nic innego, jak tylko samemu narysować porządny układ okresowy pierwiastków.

Poniżej link do pliku PDF dla tych, którzy nie chcą przeczytać tej historii do końca. Gorąco jednak zachęcam do przeczytania całości.

Układ okresowy pierwiastków „Atomki”
Układ Okresowy Pierwiastków - Atomki
[210 kB]

Jak powstawał mój układ okresowy

Gdy przystępowałem do tej roboty nie zdawałem sobie sprawy, że otwieram puszkę Pandory. Praca, która na początku wydawała się dosyć prosta, zamieniła się w wielodniową przygodę, która okazała się bardzo pouczająca.

Układ układu

O tym, że w każdym podręczniku istnieje de facto inny układ okresowy pierwiastków nie muszę Was przekonywać. Każdy autor rysuje go jak mu w duszy gra. Weźmy przykład lantanowców. Raz lantan jest lantanowcem - a raz nie jest; raz lantanowców jest 14 - a raz 15; raz zaczynają się po grupie drugiej - a raz dopiero po grupie trzeciej itd.

Zastanawiałem się, czy jest jakiś oficjalny wzór układu okresowego. Okazało się, że tak - zamieszcza go na swojej stronie IUPAC, czyli Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej.

Polskie nazwy

Nie uwierzycie, ale musicie. Po długich poszukiwaniach skonstatowałem ze zdumieniem, że nie istnieje oficjalny spis polskich nazw pierwiastków. Dla pierwiastków 101‑109, 112‑118 istnieją opinie Komisji Terminologii Chemicznej PTChem, zaś pierwiastki 110 i 111 każdy nazywa jak chce – w szczególności inaczej robi to polska Wikipedia (Darmsztadt, Roentgen), a inaczej układ okresowy Adamantanu (Darmstadt, Rentgen). Pozostali autorzy lawirują między tymi wersjami.

Uznałem, że tam gdzie oficjalna nazwa jest ustalona, to ją zastosuję. Zaś tam gdzie jej nie ma (pierwiastki 110 i 111) – przyjmę wariant maksymalnie spolszczony.

Masy atomowe

Panta rhei. Okazuje się, że masy atomowe pierwiastków dosyć systematycznie się zmieniają. Istnieje specjalna komisja, która zajmuje się wyłącznie publikowaniem tych mas (CIAAW). Skorzystałem z najnowszych oficjalnych danych tej komisji i przygotowałem całkowicie od nowa masy atomowe dla wszystkich pierwiastków.

Oficjalne masy podawane są w sposób bardzo niejednolity. Przede wszystkim rzuca się w oczy, że publikowane są z różną dokładnością dla różnych pierwiastków. Czasami zawierają poziom ufności. Jakby jeszcze tego było mało, to często podawane są w formie przedziałów. Tam, gdzie komisja podawała przedział, wyciągałem średnią arytmetyczną. Wszystkie masy zostały przeze mnie zaokrąglone do drugiego miejsca po przecinku, gdyż w warunkach szkolnych to absolutnie wystarczy.

Najtrwalsze izotopy

W przypadku pierwiastków promieniotwórczych o stosunkowo krótkim czasie rozpadu – czyli wszystkich poza uranem i torem – podawanie mas atomowych nie ma sensu. W takiej sytuacji podaje się masy najtrwalszych znanych izotopów. Dla pierwiastków znanych od lat powinny one pozostawać bezdyskusyjne. Nic bardziej mylnego.

Sprawa rozbija się o technet. Informacje podawane przez Tablice Chemiczne Mizerskiego, polską Wikipedię oraz portal PTable.com są sprzeczne z oficjalną bazą nuklidów, za którą idzie angielska Wikipedia. Reszta nuklidów się zgadza. W przypadku technetu postanowiłem zaufać źródłom oficjalnym i podaję masę wynikającą z oficjalnej bazy nuklidów.

Jednak dla transaktynowców, w związku ze stale trwającym postępem w tej dziedzinie, masy najtrwalszych izotopów trzeba systematycznie aktualizować. Ostatnią taką aktualizację przeprowadziłem w lipcu 2024.

Elektroujemność

Na deser opiszę Wam problem elektroujemności według Paulinga. Jeszcze do niedawna cały polski świat edukacyjny korzystał z Tablic Chemicznych Mizerskiego. Od lat wszyscy nauczyciele i uczniowie pamiętają, że tlen ma elektroujemność 3,5, wodór 2,1 itd. Powielały te liczby wszystkie polskie podręczniki na wszystkich poziomach edukacyjnych. Jednak dane te są już nieaktualne. Czasami różnice są naprawdę spore - np. dla uranu (Mizerski: 1,7; Wikipedia EN: 1,38).

Aby nie mącić uczniom w głowach, początkowo mój układ zawierał wartości zgodne z Mizerskim. Jednak w 2020 zaszła w nim zasadnicza zmiana w związku z opublikowaniem przez Centralną Komisję Egzaminacyjną informatora o egzaminie ósmoklasisty z chemii. Roczniki rozpoczynające w 2020 roku klasę siódmą miały jako pierwsze zdawać egzamin z przedmiotu dodatkowego. Do wyboru była również chemia – dlatego powstał ten informator. Potem rząd zrezygnował z dodatkowego egzaminu, jednak precedens i dokument pozostały.

W tym dokumencie na stronie 13 znajduje się układ okresowy pierwiastków wraz z nowymi elektroujemnościami. CKE po raz pierwszy uznała współczesny stan wiedzy o wartościach elektroujemności pierwiastków według Paulinga. Odchodzą zatem w niepamięć wartości, których uczyły się pokolenia uczniów, a na ich miejsce pojawiają się wartości skorygowane i zgodne z wynikami współczesnych obliczeń.

Co prawda, CKE była w tym uznawaniu dosyć niekonsekwentna. Z jakichś tajemniczych przyczyn wartości dla arsenu, technetu, wolframu oraz metali ciężkich od platyny do bizmutu pozostały niezmienione. Pominięte zostały również lantanowce i aktynowce. Niemniej, był to duży, wręcz rewolucyjny, krok naprzód.

Dało mi to pretekst, aby w swoim układzie poprawić wszystkie wartości (również te pominięte przez CKE) zgodnie z najnowszym stanem wiedzy. Obecnie jest on więc rzetelnym źródłem wiedzy dla uczniów i nauczycieli.

Efekt końcowy

Poniżej prezentuję wynik swojej pracy. Bezpłatny, bezbłędny, aktualny, czarno-biały, funkcjonalny układ okresowy pierwiastków formatu A4.