Le proprietà periodiche degli elementi

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Raffaello Riccio
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1 Le proprietà periodiche degli elementi 1

2 Numerazione gruppi IUPAC Numero atomico Simbolo Peso atomico Metallo Semimetallo Non metallo 1s 2s2p 3s3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p 7s5f6d7p 2

3 Numerazione gruppi tradizionale, n coincide con gli elettroni esterni degli elementi o elettroni di valenza I II III IV V VI VII 0 3

4 Moseley ha ordinato gli elementi secondo valori crescenti del numero atomico (Z) TAVOLA PERIODICA. File orizzontali PERIODI File verticali GRUPPI Gli elementi appartenenti allo stesso gruppo hanno strutture elettroniche simili e comportamento chimico simile. Tutto ciò fa ritenere che le proprietà degli elementi chimici dipendano dagli elettroni più esterni (detti elettroni di valenza). 1 periodo piccolissimo periodo 2 e 3 periodo periodi corti o piccoli 4 e 5 periodo lunghi periodi 6 periodo lunghissimo periodo 7 periodo incompleto 4

5 Classificazione periodica degli elementi Blocco s (ns 2 ) Blocco p (np 6 ) Blocco d ((n-1)d 10 ) Blocco f ((n-2)f 14 ) 5

6 Le proprietà periodiche 1. Carica nucleare efficace (Z eff o Z*) 2. Dimensioni atomiche 3. Energia di ionizzazione 4. Affinità elettronica 5. Elettronegatività 6. Carattere metallico 6

7 Carica nucleare efficace In un atomo polielettronico gli elettroni più interni esplicano una azione di schermo per cui un elettrone risente di una carica Z eff, detta carica nucleare efficace, minore di Z. Li Li: 3 e - Z = 3 Z eff = 1,30 7

8 La carica nucleare efficace è quella effettivamente sentita dall elettrone considerato e può essere calcolata dall equazione di Slater: Z eff Z eff = Z - S = Z Σ σ i S = costante di schermo totale Z = carica del nucleo σ = costante di schermo dell i-esimo elettrone, con Σ estesa a tutti gli elettroni meno quello considerato 0<σ i <1 Z eff dipende dalla capacità degli e già presenti di schermare il nucleo e quindi dal tipo di orbitale in cui si trova l e più esterno. Per elettrone in orbitali s e p: σ=0.35 per n uguale a quello dell e esterno σ=0.85 per n-1 σ=1 per e più interni se gli e sono nello stesso tipo di orbitale non si schermano fra loro in modo efficace (σ=0.35); 8 se gli e sono interni e vicini al nucleo sono molto schermanti (σ=0.85/1).

9 Orbitali di tipo diverso (s, p, d, f, ecc.), appartenenti allo stesso livello n, penetrano verso il nucleo in maniera diversa. La capacità di penetrazione varia nell ordine: Gusci interni s > p > d > f Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Na: 11 e - Z = 11 Z eff = 2,20 Z eff risulta tanto minore quanto minore è la penetrazione del relativo orbitale. L elettrone è energeticamente meno legato al nucleo quanto minore è Z eff e al relativo orbitale corrisponderà una energia maggiore 9

10 Proprietà periodiche: CARICA NUCLEARE EFFICACE, Z eff 9 Ne Ar Kr Xe Periodo He Z H Li Na K Gruppo Rb Cs 10

Viene definito come la metà della distanza internucleare tra gli atomi più vicini nel reticolo cristallino.

11 RAGGIO ATOMICO r=d/2=99 pm Raggio atomico covalente (es. molecola biatomica F 2 ). E la metà della distanza internucleare tra due atomi uguali. Raggio atomico metallico (es. cristallo metallico Al). Viene definito come la metà della distanza internucleare tra gli atomi più vicini nel reticolo cristallino. Raggio atomico di Van der Waals (es. aggregati allo stato solido, He). Corrisponde alla metà della minima distanza internucleare (distanza di contatto) tra due atomi uguali non legati, cioè appartenenti a due molecole diverse. 11

12 Proprietà periodiche: RAGGIO ATOMICO lungo un gruppo Aumenta n Aumenta r A 12

13 Proprietà periodiche: RAGGIO ATOMICO Periodo Zeff Gruppo n 13

14 Proprietà periodiche: RAGGIO ATOMICO Gruppo Periodo Raggio atomico (pm) 14

15 Ionizzazione: effetto sulle dimensioni atomiche 15

16 L energia di ionizzazione L energia di prima ionizzazione è l energia necessaria per togliere l elettrone più esterno ad un atomo neutro e isolato. X ( g ) E ' ion 1 a ionizzazione X + ( g) E 2 a ionizzazione X X + ( g ) '' ion 2 + ( g) + e + e Per togliere un elettrone ad un atomo bisogna sempre fornire energia; la ionizzazione è un processo endotermico. L atomo neutro costituisce sempre una situazione di minore energia rispetto allo ione positivo + 1 elettrone. X 2+ ( g) E ''' ion 3 a ionizzazione X 3+ ( g) + e 16

17 L energia di ionizzazione 0 E3s Na (g) ev Na + (g) + e - E2p E2s 17

18 Proprietà periodiche: ENERGIA di 1 IONIZZAZIONE Periodo Z eff Gruppo n 18

19 Proprietà periodiche: ENERGIA di IONIZZAZIONE Ne [He]2s 2 2p 6 F [He]2s 2 2p 5 O [He]2s 2 2p 4 N [He]2s 2 2p 3 C [He]2s 2 2p 2 B [He]2s 2 2p 1 Be [He]2s 2 Li [He]2s 1 19

20 Proprietà periodiche: ENERGIA di 1 IONIZZAZIONE Gruppo Periodo Energia ionizzazione (kj mol -1 ) 20

21 Proprietà periodiche: ENERGIA di IONIZZAZIONE Na (g) ev Na + (g) + e- Na + (g) ev Na2+ (g) + e- E3s E2p E2s 21

22 L energia di 1 a ionizzazione e superiori a ionizz. 2a ionizz. 3a ionizz. 4a ionizz Li Na K Be Mg Ca B Al E ion < E ion < E ion < ecc. 22

23 L affinità elettronica L affinità elettronica è l energia in gioco nella formazione di uno ione negativo da parte di un atomo neutro ed isolato. Viene anche definita come l energia di legame tra l elettrone aggiunto e l atomo. + e X E 1 ( g ) ( g ) AE X + E AE 1 ordine < O Processo esotermico ( 2 2 g ) + e X E ( g ) AE X + E AE 2 ordine > O Processo endotermico 23

24 Proprietà periodiche: AFFINITÀ ELETTRONICA E a.e. (KJ/mol) Periodo Zeff 1 H -73 I II III IV V VI VII 2 Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca Ga Ge As Se Br Gruppo r A 24

25 Proprietà periodiche: AFFINITÀ ELETTRONICA Gruppo Affinità elettronica (kj mol -1 ) Periodo 25

26 Proprietà periodiche: ELETTRONEGATIVITA Elettronegatività: tendenza di un atomo ad attrarre a sé elettroni quando forma legami con altri atomi. L elettronegatività è una proprietà relativa. Gruppo Zeff cost r A Periodo Zeff r A 26

27 Proprietà periodiche: ELETTRONEGATIVITA Elementi elettropositivi Elementi elettronegativi 27

28 Duttili Malleabili Formano cationi METALLI Buoni conduttori elettrici Solidi, alto punto di fusione Buoni conduttori termici Deboli forze attrattive tra nucleo ed elettroni esterni Reagiscono con gli acidi Danno ossidi basici Formano alogenuri ionici NON METALLI Scarsi conduttori elettrici Non duttili Non malleabili Solidi, liquidi, gassosi Cattivi conduttori termici Forti forze attrattive tra nucleo ed elettroni esterni Non reagiscono con gli acidi Danno ossidi acidi Formano anioni Formano alogenuri covalenti 28

29 Proprietà periodiche: CARATTERE METALLICO Conducibilità elettrica bassa ma non nulla Proprietà intermedie fra metalli e non metalli 29

30 Energia di ionizzazione Affinità elettronica Elettronegatività aumenta aumenta aumenta aumenta Raggio atomico 30 Carattere metallico

31 1) Ordinare i seguenti elementi in ordine di raggio atomico crescente: Cu, K, Fe, Ge, Se, Sc 2) Ordinare i seguenti elementi in ordine di energia di 1 ionizzazione decrescente: Sb, P, As, Bi, N 3) Ordinare i seguenti elementi in ordine di elettronegatività crescente: Cl, Al, Si, Mg, P 4) Scrivere il simbolo chimico degli elementi: rame, fosforo, selenio, argento, osmio, piombo, astato, xeno, radio, cerio, zirconio, bismuto 5) Scrivere il nome degli elementi che corrispondono ai seguenti simboli chimici: Rb, Al, Se, Pt, Mo, Sb, Sn, Po, Sc 6) Ordinare i seguenti elementi in ordine di dimensioni atomiche (raggio atomico) decrescente: Ga, Tl, Al, B, In 31

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