Tavola Periodica degli Elementi

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Armando Giorgi
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1 Tavola Periodica degli Elementi

2 È possibile classificare gli elementi? Hp: In base alla massa atomica. Ogni 8 elementi le proprietà si ripetono. Incongruenze A Ar >A K Il Problema Le proprietà Chimiche e Fisiche dei 112 Elementi conosciuti sono casuali oppure sono correlabili alla costituzione dell atomo?

3 Osservazioni Sperimentali Formule degli Idruri 4 C Si Numero di Atomi di Idrogeno He Li Be B N O Mg Na F Ne Al P S Cl Ar Z

4 Elemento Proprietà Fisiche Proprietà Chimiche Stato di aggregazione a T ambiente Conducibilità Elettrica Formula degli idruri Tipo di ione formato Li Solido Conduttore LiH Li + Non forma MAI ioni negativi Be Solido Conduttore BeH 2 Be 2+ Non forma MAI ioni negativi B Solido Isolante BH 3 Forma sia ioni negativi che positivi (B 3+ ) C Solido Isolante ad eccezione della grafite CH 4 Non forma ioni N Gas Isolante NH 3 N 3- Non forma MAI ioni positivi O Gas Isolante H 2 O O 2- Non forma MAI ioni positivi F Gas Isolante HF F - Non forma MAI ioni positivi Ne Gas Isolante Non si lega Non forma ioni Na Solido Conduttore NaH Na + Non forma MAI ioni negativi Mg Solido Conduttore MgH 2 Mg 2+ Non forma MAI ioni negativi Al Solido Conduttore AlH 3 Forma ioni positivi (Al 3+ ) Si Solido Semiconduttore SiH 4 Forma molto difficilmente ioni P Solido Isolante PH 3 P 3- Non forma MAI ioni positivi S Solido Isolante H 2 S S 2- Non forma MAI ioni positivi Cl Gas Isolante HCl Cl - Non forma MAI ioni positivi Ar Gas Isolante Non si lega Non forma ioni

5 Tavola di Mendeleev Gli elementi vengono raggruppati in base alle loro proprietà chimiche. Possibili previsioni di elementi non noti. Eka-Alluminio Gallio (Ga) Massa atomica 68u 69,9u Punto di fusione basso 30,15 C Densità 5,9g/ml 5,94g/ml Formula ossido Ea 2 O 3 Ga 2 O 3

6 Interpretazione dei Risultati Sperimentali Le proprietà degli elementi dipendono dal numero atomico (Z). E possibile organizzare gli elementi per numero atomico crescente. E possibile individuare elementi con diverso numero atomico, che mostrano un comportamento chimico molto simile. Creazione di una tabella in cui gli elementi aventi comportamento chimico simile sono collocati nella stessa colonna.

7 La Tavola Periodica

8 Tavola Periodica degli Elementi: Gruppi e Periodi Periodi: Proprietà variabili con continuità. Gruppi: Proprietà chimiche simili. Configurazioni elettroniche

Proprietà Periodiche e Struttura Elettroniche Le proprietà di un elemento dipendono dal numero atomico (Z). In una trasformazione chimica l intorno di un atomo si modifica.

9 Proprietà Periodiche e Struttura Elettroniche Le proprietà di un elemento dipendono dal numero atomico (Z). In una trasformazione chimica l intorno di un atomo si modifica. O H 2 2 H 2 O Struttura dell atomo Nucleo (Protoni+Neutroni) Poco Accessibile Nube elettronica intorno Le proprietà chimiche dipendono dal numero di elettroni, in quanto essi sono sensibili al cambio dell intorno atomico.

10 Elettroni di valenza In base alle configurazioni elettroniche, gli elettroni sono disposti attorno al nucleo in livelli energetici, corrispondenti a distanze medie dal nucleo variabili. Gli elettroni che si trovano nell ultimo livello energetico (quindi quelli caratterizzati da numero quantico principale più alto) sono detti elettroni di valenza. Gli elettroni di valenza sono quelli che risentono del cambio dell intorno chimico, quindi caratterizzano le proprietà chimiche dell elemento.

11 Giustificazione delle similitudini di gruppo Gli elementi con proprietà simili sono disposti lungo un gruppo. Le proprietà degli elementi dipendono dagli elettroni di valenza. Gli elementi dello stesso gruppo hanno gli elettroni di valenza nello stesso tipo di orbitali.

12 Le configurazioni elettroniche sulla Tavola Periodica

13 Le configurazioni elettroniche sulla Tavola Periodica Z eff = Z - n elettroni più interni

14 Numero atomico effettivo E= - const (Z eff) 2 n 2 Z eff = Z-S (const. di schermo)

15 Giustificazione della variazione del raggio atomico lungo un Periodo La dimensione di un atomo dipende dalla distanza media degli elettroni di valenza dal nucleo. Lungo un periodo il numero di elettroni di valenza aumenta, mentre si mantiene costante il numero quantico principale. Lungo un periodo la carica nucleare aumenta. L attrazione del nucleo sugli e - di valenza aumenta. Gli e - tendono a contrarsi sul nucleo. Il raggio atomico diminuisce lungo un periodo.

16 Giustificazione della variazione del raggio atomico lungo un Gruppo La dimensione di un atomo dipende dalla distanza media degli elettroni di valenza dal nucleo. Lungo un gruppo il numero di elettroni di valenza si mantiene costante, mentre aumenta il loro livello energetico (aumenta il numero quantico principale, n). L aumento di livello energetico corrisponde ad un aumento della distanza media dal nucleo. Il raggio atomico aumenta lungo un gruppo.

17 Raggio Atomico Raggi atomici degli atomi dei principali gruppi, espressi in picometri.

18 Proprietà Periodiche: Raggio Atomico Il raggio atomico aumenta lungo un gruppo e diminuisce lungo un periodo.

19 Raggio Ionico Quando un atomo neutro si trasforma in uno ione la sua dimensione cambia. A parità di carica nucleare Se forma un anione la sua dimensione aumenta, in quanto aumenta la carica elettrica negativa e si espande la nuvola elettronica. Se forma un catione la sua dimensione diminuisce, in quanto la rimozione di una carica elettrica riduce la repulsione elettrone-elettrone, con contrazione della nuvola elettronica.

20 Raggi Atomici e Ionici

21 Proprietà Periodiche: Energia di Ionizzazione In ogni atomo gli elettroni sono vincolati al nucleo mediante forze di natura elettrica. Le differenti proprietà chimiche degli elementi sono spiegabili in termini di diversa forza di attrazione tra gli elettroni e il nucleo. La proprietà chimica che tiene conto di ciò è l Energia di Ionizzazione. Energia di Ionizzazione (E.I.): Minima energia da somministrare ad un atomo in fase gassosa (X), per strappargli un elettrone, trasformandolo in uno ione positivo (X + ): X (g) + E.I. X + (g) + e - Il processo di formazione di un catione è SEMPRE accompagnato da assorbimento di energia. L Energia di Ionizzazione è sempre positiva!

22 Proprietà Periodiche: Energia di Ionizzazione

23 Precisazione L Energia di Ionizzazione è il minimo valore di energia da somministrare per vincere l energia di attrazione tra l elettrone e il nucleo. L energia di attrazione tra l elettrone e il nucleo diminuisce al crescere dell energia dell orbitale in cui l elettrone si trova. Eccezioni: tra gli elementi dei gruppi 2A e 3A e 5A e 6A e nei metalli di transizione.

24 Giustificazione dell aumento dell Energia di Ionizzazione lungo un periodo Lungo un periodo la carica nucleare aumenta. Lungo un periodo il numero di elettroni di valenza aumenta, mentre si mantiene costante il numero quantico principale. L attrazione del nucleo sugli elettroni di valenza aumenta. Diminuisce il valore di energia dell orbitale. L Energia di Ionizzazione aumenta lungo un periodo.

25 Giustificazione della diminuzione dell Energia di Ionizzazione lungo un gruppo Lungo un gruppo il numero di elettroni di valenza si mantiene costante, mentre aumenta il loro livello energetico (aumenta il numero quantico principale). L energia di attrazione tra l elettrone e il nucleo diminuisce. L Energia di Ionizzazione diminuisce lungo un gruppo

26 Proprietà Periodiche: Energia di Ionizzazione L E.I. varia lungo la tavola Periodica in modo regolare?

27 Proprietà Periodiche: Energia di Ionizzazione X (g) + E ion X + (g) + e - Prima ionizzazione X + (g) + E ion X 2+ (g) + e - Seconda ionizzazione X 2+ (g) + E ion X 3+ (g) + e - Terza ionizzazione

28 Proprietà Periodiche: Affinità Elettronica Energia connessa con il processo di formazione di uno ione negativo a partire da un atomo allo stato gassoso. X (g) + e - X - (g) + E a.e. La maggior parte degli elementi chimici nel formare uno ione negativo cede energia. E a.e. < 0 Processo esotermico

29 Affinità Elettronica O (g) + e - O - (g) E a.e. = 141 Kj/mol Energeticamente favorevole O - (g) + e - O 2- (g) E a.e. = -780 Kj/mol Energeticamente sfavorevole La repulsione tra le due cariche negative prevale sulla stabilità della configurazione elettronica. La presenza dei cationi vicini stabilizza lo ione.

30 Proprietà Periodiche: Affinità Elettronica

31 Classificazione degli elementi: Metalli, Non Metalli, Metalloidi Metalli: Elementi con Bassa Energia di Ionizzazione e Bassa Affinità Elettronica. Non Metalli: Elementi con Alta Energia di Ionizzazione e Alta Affinità Elettronica. Semi - Metalli: Elementi con Alta Affinità Elettronica. I metalli formano solo ioni positivi. I non metalli formano facilmente ioni negativi, ma molto difficilmente ioni positivi. I semi-metalli formano difficilmente ioni. In natura gli elettroni si conservano Il processo di ionizzazione comporta sempre la formazione di due ioni di segno contrario. Tutti gli atomi tendono a comportarsi come i sistemi meccanici Tendono a ridurre la propria Energia Potenziale.

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