Numero atomico Z : numero di protoni presenti nell atomo di quell elemento. Numero di massa A : somma dei protoni e dei neutroni in un atomo

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1 ATOMI E TAVOLA PERIODICA

2 ATOMO: è il più piccolo costituente di un elemento che ne conservi le proprietà chimiche

3 ELEMENTO: sostanza che non può essere scissa in una sostanza più semplice mediante reazione chimica (es. H 2 O: H e O elementi, H 2 O composto).

4 Protoni e neutroni sono situati al centro dell'atomo nel nucleo atomico dove si concentra tutta la massa dell'atomo. Gli elettroni sono distribuiti intorno al nucleo e, se l'atomo è neutro, sono in numero pari a quello dei protoni in modo da neutralizzarne la carica. Il numero dei protoni presenti nel nucleo di un atomo è detto numero atomico (Z). Ogni atomo di un elemento è caratterizzato dallo stesso numero di protoni e, quindi, numero atomico; due atomi con diverso numero atomico appartengono a due elementi distinti con proprietà e comportamento chimico differenti. La somma del numero dei protoni e dei neutroni prende il nome di numero di massa (perché indica la massa dell'atomo essendo protoni e neutroni le uniche particelle pesanti) e viene indicato con la lettera A. Atomi di uno stesso elemento che abbiano lo stesso numero atomico ma diverso numero di massa vengono detti isotopi.

5 L atomo Numero atomico Z : numero di protoni presenti nell atomo di quell elemento Numero di massa A : somma dei protoni e dei neutroni in un atomo Isotopi : atomi di un elemento caratterizzati dallo stesso Z ma diverso A Unità di massa atomica (uma): 1/12 della massa del 12 C (abbondanza naturale)

6 A T O M O PROTONI + NEUTRONI (NUCLEO) + ELETTRONI PROTONE: particella nucleare avente MASSA unitaria (U.M.A.) e CARICA POSITIVA (+). NEUTRONE: particella nucleare avente MASSA unitaria e carica neutra. ELETTRONE: particella quasi priva di massa avente CARICA NEGATIVA ( ), che ruota intorno al nucleo. Numero Atomico Z: n di protoni contenuti nel nucleo Numero di Massa A: somma di protoni e neutroni N Esempio di domanda (risposta rossa corretta) La massa di un atomo e' sostanzialmente determinata: solo dai protoni solo dai neutroni solo dagli elettroni dai protoni e dai neutroni dai protoni e dagli elettroni

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8 Atomi di uno stesso elemento che abbiano lo stesso numero atomico ma diverso numero di massa vengono detti isotopi. Gli isotopi presentano le stesse proprietà chimiche essendo atomi dello stesso elemento, cioè con lo stesso numero di protoni. Il carbonio (C) si trova in natura sotto forma di isotopo 12 (6 protoni + 6 neutroni) e di isotopo 14 (6 protoni + 8 neutroni). Esempio di domanda (risposta rossa corretta) Due isotopi di uno stesso elemento hanno il medesimo comportamento chimico, perché hanno: lo stesso numero di massa lo stesso numero di protoni e neutroni lo stesso peso lo stesso numero di elettroni e neutroni lo stesso numero di protoni

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10 Il numero atomico, per convenzione, è scritto in basso a sinistra del simbolo dell'atomo, il numero di massa in alto a sinistra C 12 è il numero totale di PROTONI e NEUTRONI 6 è il numero totale dei protoni Poiché la carica netta di un atomo è zero, la carica nucleare, +Z, deve essere bilanciata da quella degli elettroni, ciascuno di carica -1.

11 Nei comuni processi chimici gli atomi neutri possono perdere o acquistare elettroni, mantenendo invariata la carica e la massa che costituiscono il nucleo (cioè: il numero di protoni e il numero di neutroni). Dato che gli elettroni possiedono una carica negativa, gli atomi che perdono elettroni acquistano carica positiva (cationi), mentre quelli che acquistano elettroni si caricano negativamente (anioni). Esempio di domanda (risposta rossa corretta) Quale delle seguenti affermazioni definisce un atomo con 8 protoni, 8 neutroni e 10 elettroni. È un atomo neutro di peso atomico 16 appartenente al VI gruppo È un catione di peso atomico 14 appartenente al IV gruppo È un atomo neutro di peso atomico 18 appartenente al I periodo È un anione di peso atomico 16 e appartenente al II periodo È un atomo neutro di peso atomico 26 appartenente al II gruppo

12 Indicare la frase errata: Il legame covalente tra due atomi è dato dalla copartecipazione di almeno una coppia di elettroni E chiamato anione o ione negativo un atomo che ha elettroni in meno rispetto al numero di neutroni Gli atomi dei gas nobili non formano molecole perché hanno già una struttura elettronica stabile La carica elettrica di uno ione corrisponde alla quantità di elettroni che esso ha acquistato o perduto In un composto ionico ioni positivi o cationi vengono attirati da ioni negativi o anioni. Elementi di uno stesso gruppo hanno proprietà chimiche simili, perché hanno: la stessa configurazione elettronica la stessa configurazione elettronica esterna lo stesso numero di strati elettronici lo stesso numero di elettroni lo stesso numero di orbitali

13 Teoria atomica moderna -gli elettroni possono essere considerati sia come particelle sia come onde elettromagnetiche. -non è possibile determinare con precisione la posizione intorno al nucleo e la velocità dell elettrone. -è possibile valutare in termini di probabilità la presenza dell elettrone in una certa regione di spazio intorno al nucleo.

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15 ORBITALE Il moto e l'energia di un elettrone in un atomo sono descritti dalla grandezza ψ (psi) nota con il nome di funzione d'onda, il cui quadrato, ψ 2, individua la zona dello spazio circostante il nucleo in cui vi è la più alta probabilità di trovare l'elettrone. Questa regione dello spazio è detta ORBITALE.

16 NUMERI QUANTICI Per identificare ψ 2 è necessario identificare i valori di quattro numeri quantici n, l (opp. R), m (opp. m R ), e s (opp. m S ). Un gruppo di valori dei tre numeri quantici n, l, m individua un possibile orbitale e rappresenta anche uno stato energetico di un elettrone. Il quarto numero quantico, s, fu introdotto perché i primi tre numeri quantici, che scaturiscono teoricamente dalla soluzione dell equazione di Schrödinger, non sono sufficienti a spiegare tutte le proprietà dell elettrone nell atomo. Ogni elettrone in un atomo possiede 4 numeri quantici.

17 NUMERO QUANTICO PRINCIPALE Il primo numero quantico, n, è molto importante per la determinazione dell energia di un elettrone. Al crescere del numero quantico n, aumenta l'energia dell'elettrone e così pure la sua distanza dal nucleo. Il numero quantico principale può assumere valori positivi interi: n= 1, 2, 3, 4, Gli elettroni aventi lo stesso valore di n appartengono allo stesso LIVELLO o GUSCIO o STRATO e si muovono, all'incirca, nella stessa zona.

18 NUMERO QUANTICO SECONDARIO Ogni livello energetico principale include uno o più sottolivelli che sono indicati dal secondo numero quantico. Esso definisce la forma della nuvola elettronica. Alti valori di l (R) producono forme più complesse. I valori di -l- sono legati a quelli di -n- nel modo seguente: l= 0, 1, 2, 3,.(n-1) Per identificare i sottolivelli si utilizzano più comunemente delle lettere: -s- per l=0; -p- per l=1; -d- per l=2; -f- per l=3; (poi g, h) -s-=sharp,-p-=principal,-d-=diffuse, -f-= fundamental

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22 TERZO NUMERO QUANTICO Ogni sottolivello contiene uno o più orditali che differiscono per il valore del terzo numero quantico. E' legato alla direzione nello spazio della nube elettronica. L'energia di un elettrone dipende scarsamente da -m-. Per un dato valore di -l-, -m- può assumere tutti i valori interi compresi tra l e -l: m= l,. +1, 0, -1,., -l Ad un dato valore di -l- corrispondono 2l + 1 valori di - m-. Ne consegue che ad un sottolivello -lappartengono 2l + 1 orbitali. Gli elettroni che in un atomo hanno gli stessi valori di - n-, -l- e -m- occupano lo stesso orbitale.

23 NUMERO QUANTICO MAGNETICO DI SPIN Il numero quantico di spin può essere associato alla rotazione dell'elettrone attorno al proprio asse (orario od antiorario) e non è in relazione con gli altri numeri quantici. Dato che sono possibili solo due direzioni di rotazione, -m s - può assumere solo i valori +1/2 e -1/2. (N.B.: certe volte è conveniente indicare gli spin elettronici con frecce; sta per +1/2, sta per - 1/2).

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25 PRINCIPIO DI ESCLUSIONE DI PAULI Due elettroni di uno stesso atomo non possono avere tutti i quattro numeri quantici uguali. Quindi, in un orbitale, possono esistere soltanto due elettroni, uno con numero di spin +1/2 e l'altro -1/2 (orbitali appaiati). Ogni sottolivello contiene uno o più orbitali, ciascuno dei quali può ospitare al massimo due elettroni. La capacità totale di un livello elettronico è data da 2n 2.

26 Riassumendo: -n- indica il guscio e la distanza media dell'elettrone dal nucleo. -l- indica il sottoguscio e la forma dell'orbitale che ne deriva. Tutti gli orbitali di un dato sottolivello possiedono la stessa energia. -m- indica l'orientazione dell'orbitale. -m s - è lo spin elettronico (rotazione).

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28 Energia e riempimento degli orbitali Strato di valenza: la reattività di un elemento dipende in gran parte dagli elettroni del livello più esterno che viene detto STRATO DI VALENZA La CONFIGURAZIONE ELETTRONICA è la rappresentazione degli elettroni negli orbitali. La CONFIGURAZIONE AD OTTETTO, in cui gli orbitali s e p sono riempiti con 8 elettroni, conferisce stabilità all elemento.

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30 REGOLA DI HUND: quando gli elettroni hanno a disposizione più orbitali tendono ad occuparne il maggior numero possibile, assumendo spin paralleli.

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32 E Ordine di riempimento degli orbitali atomici

33 Tavola periodica

34 La TAVOLA PERIODICA è una disposizione di elementi, ordinati secondo il numero atomico crescente e in righe orizzontali di lunghezza tale che gli elementi con proprietà chimiche simili cadono direttamente sotto l uno o l altro gruppo verticale. La linea diagonale che inizia alla sinistra del boro (B) separa i metalli dai non metalli. I metalli possiedono un alta Conducibilità elettrica. Lungo la linea diagonale vi sono alcuni elementi (metalloidi o semimetalli) che hanno proprietà intermedie.

35 Metalli alcalini Metalli alcalino-terrosi Alogeni

36 Guardando la tavola periodica, gli elementi sono posizionati dal più piccolo al più grande con un determinato ordine che rispecchia la posizione degli elettroni nei vari livelli energetici. Se la guardiamo in verticale avremo i gruppi, cioè elementi che hanno la stessa configurazione elettronica del guscio più esterno e, quindi, proprietà chimiche simili. Se la guardiamo in orizzontale vediamo elementi che appartengono allo stesso guscio energetico (dal 1 al 7 ), con proprietà chimiche che variano con una certa continuità.

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38 La configurazione elettronica mostra il numero degli elettroni, indicati da un esponente, in ciascun sottolivello. un esempio di configurazione elettronica: il potassio K (19 elettroni) : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1

39 REGOLA DELL OTTETTO (o regola del gas nobile) ELEMENTI vicini all inizio del PERIODO tendono a perdere elettroni ed assumere la configurazione elettronica del GAS NOBILE del periodo precedente: M (g) M + + e - ELEMENTI vicini alla fine del PERIODO tendono ad acquisire elettroni ed assumere configurazione elettronica del GAS NOBILE del periodo successivo: A (g) + e - M - Si può così razionalmente costruire una tabella di AFFINITA ELETTRONICA

40 RAGGIO E VOLUME ATOMICO Ogni elemento dello stesso gruppo ma appartenente al periodo successivo avrà un volume atomico più grande rispetto a quello del periodo che precede. Ad esempio passando dal litio Z= 3 al sodio Z = 11, si avrà un discreto aumento di volume (e del raggio atomico). Se si guarda in orizzontale, cioè lungo ogni periodo, si ha una lenta ma progressiva diminuzione del raggio e del volume atomico. Aumentando il numero di elettroni compresi nel guscio più esterno, la forza attrattiva del nucleo cresce e si ha una contrazione del volume dell atomo.