Il sistema periodico degli elementi

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1 Il sistema periodico degli elementi Cos è il sistema periodico? Che informazioni ne possiamo ricavare? Che predizioni possiamo trarne? 15/10/2012 Meyer: periodicità delle variazioni del volume molare atomico Volume atomico Mendeleev e Lothar Meyer (1869) le proprietà degli elementi variano periodicamente con la massa atomica. massa atomica

2 Mendeleev: la tavola periodica degli elementi Mendeleev lasciò vuoti alcuni posti, in corrispondenza di elementi non ancora scoperti (68 Ga 1871, 44 Sc 1879, 72 Ge 1886), prevedendone alcune proprietà (massa, densità, colore etc.). Previde l esistenza di un elemento (100) non presente in natura (Tc). Non previde invece l esistenza dei gas nobili. Ramsay li sistemò in un gruppo 0 tra gli alogeni (VII) e i metalli alcalini (I). Moseley: il numero atomico come base del sistema periodico Moseley (1913) correlò le frequenze di emissione dei raggi X di vari elementi con il loro numero atomico. ν = A(Z b) 2

3 Configurazione elettronica dalla Tavola Periodica Blocco principale s d p f La tavola periodica moderna periodi

4 La tavola periodica moderna gruppi La tavola periodica moderna I II III IV V VI VII VIII

5 La tavola periodica moderna metalli alcalini metalli alcalino-terrosi metalli di di transizione gas nobili alogeni calcogeni Lantanidi Attinidi La tavola periodica moderna nonmetalli gas nobili metalloidi metalli

6 Qual è la differenza tra metalli e nonmetalli a livello atomico? Gas nobili: configurazione elettronica ns 2 (np 6) Sono molto stabili! Cosa sono? Atomi o gruppi di atomi con una carica elettrica A Atomi carichi: gli ioni Cationi: si formano perdendo elettroni sono carichi (+) A + + e Catione + e A - Anione sono carichi (-) Anioni: si formano catturando elettroni

7 La tavola periodica moderna Z = 11 [Ne] 3s 1 Z = 10 1e Na Na + [Ne] 3s 1 [Ne] La tavola periodica moderna Z = 18 3s 2 3p 6 Z = 16 [Ne] 3s 2 3p 4 +2e S S 2- [Ne] 3s 2 3p 4 [Ne] 3s 2 3p 4 [Ar]

8 I metalli tendono a formare cationi I nonmetalli tendono a formare anioni

9 E possibile spiegare il diagramma di Meyer? Volume atomico Si preferisce oggi parlare di raggio atomico Numero atomico Vari tipi di raggi atomici Metà della distanza tra atomi identici legati da un legame covalente singolo. Metà della distanza tra atomi a contatto nel reticolo cristallino. Non ci possono essere specie identiche! Si stabilisce che r ionico di O 2- sia 140 pm (1.40 Å)

10 Raggi atomici in funzione di Z Raggio covalente (pm) Piccin Nuova Libraria S.p.A. Numero atomico Z Raggio atomico (pm) Numero atomico Z Variazione r.a. lungo un gruppo. All aumentare di n la densità radiale si estende sempre più lontano dal nucleo. Aumenta la dimensione dell atomo

11 Z eff Variazione r.a. lungo un periodo. gli elettroni aggiunti riempiono progressivamente lo stesso guscio di valenza questi elettroni si schermano fra loro poco efficacemente. Aumenta l attrazione del nucleo e il raggio atomico diminuisce. Raggio atomico (pm) Numero atomico Numero atomico Z Variazione r.a. lungo un gruppo. per Z bassi l effetto è forte (es.: Li Na K) per Z alti più debole (K Rb Cs): perché?

12 Raggio atomico (pm) Numero atomico Numero atomico Z dal K in poi si riempiono gli orbitali d e f, che schermano meno efficacemente di s e p gli elettroni esterni. Variazione di r. a. per gli elementi di transizione. Negli elementi di transizione gli elettroni entrano in livelli (n - 1)d, ossia con n inferiore agli elettroni ns che determinano il raggio del nucleo. il raggio atomico resta costante.

13 Raggio anionico vs. raggio atomico Raggi cationici di specie isoelettroniche Z=11 Z=12-14% Piccin Nuova Libraria S.p.A. -27%

14 FIGURA Un confronto tra alcuni raggi atomici e ionici Tra Tra specie isoelettroniche, il il raggio diminuisce con con il il valore di di Z Piccin Nuova Libraria S.p.A. 15/10/ Energia di ionizzazione primaria I 1 (o IE1) (o primo potenziale di ionizzazione ) e affinità elettronica EA I 1 è l energia che si deve fornire per strappare un elettrone da una specie (atomica) in fase gassosa: X(g) X + (g) + e I 1 = E [X + ] E [X] (si esprime in ev o kj/mol) sempre >0! 1eV = kj/mol In prima approssimazione I 1 = E [orbitale occupato meno stabile] Si possono definire quantità analoghe I n : X (n-1)+ (g) X n+ (g) + e I n = E [X n+ ] E [X (n-1)+ ] EA corrisponde alla variazione di energia che si osserva quando una specie atomica acquista un elettrone in fase gassosa: X(g) + e X (g) EA = ΔE = E [X ] E [X] può essere >0, 0, <0 Attenzione! spesso EA = - ΔE (non nel Petrucci)

15 Energie di ionizzazione degli orbitali atomici in funzione di Z 15/10/2012 I 1 in funzione di Z FIGURA Energie di prima ionizazione in funzione del numero atomico

16 I 1 in funzione di Z FIGURA Energie di prima ionizazione in funzione del numero atomico I 1 diminuisce lungo un gruppo: E n,l Z 2 /n 2 eff l aumento di Z eff non compensa l aumento di n. I 1 in funzione di Z FIGURA Energie di prima ionizazione in funzione del numero atomico I 1 aumenta lungo un periodo. E n,l Zeff 2 /n 2 n non cambia, Z eff aumenta. 15/10/2012 Na Na Mg Mg Al Al Si Si P S Cl Cl Ar Ar I 1 I (kj/mol) 1 (kj/mol)

17 Confronto I 1 tra Mg e Al (qualitativo!) Energia n = I 1 (Mg) I 1 (Al) n = 3 Mg Al La ionizzazione dello zolfo S = [Ne] 3s 2 3p 4 S + = [Ne] 3s 2 3p 3 I 1 = E [S + ] E [S] Più lo ione è stabile, più bassa è l energia di ionizzazione

18 Valori assoluti di EA crescenti O (g) O (g) EA = 141 kj/mol O - (g) O 2 (g) EA = kj/mol!! s 2 p 2 s 2 p 3 Piccin Nuova Libraria S.p.A. L esistenza di O 2- gassoso è estremamente improbabile. O 2- esiste allo stato solido, dove la sua formazione è dovuta ad altri processi energeticamente favorevoli. Valori assoluti di EA crescenti Dal volume: Petrucci Chimica Generale Piccin Nuova Libraria S.p.A.

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