TAVOLA PERIODICA E PROPRIETÀ CHIMICHE

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1 H 1 Li 3 Na 11 Mg 12 K 19 Ca 20 Rb Sr Tipicamente metallico He 2 Prevalentemente metallico Be B C N F Ne 4 Prevalentemente non-metallico Sc 21 Ti 22 V 23 Cr 24 Mn 25 Fe 26 Y 39 Zr 40 Nb 41 Mo 42 Tc 43 Cs 55 Ba 56 La 57 Hf 72 Ta 73 W 74 Re 75 Fr 87 Ra 88 Ac 89 TAVLA PERIDICA E PRPRIETÀ CHIMICHE In base alle proprietà fisiche periodiche (r, EI, EA) gli ELEMENTI si possono suddividere in: METALLI (bassa EI), SEMIMETALLI (valori intermedi EI e EA)e NN-METALLI (alta EA). Questa suddivisione permette di prevedere le PRPRIETÀ CHIMICHE. METALLI: perdono facilmente elettroni dando cationi e formano composti ionici con i non metalli NN METALLI: acquistano facilmente elettroni dando ANINI SEMIMETALLI: comportamento diverso a seconda del partner Tipicamente non-metallico Ce 58 Pr 59 Nb 60 Th Pa U Co 27 Ni 28 Cu 29 Zn 30 Al 13 Si 14 P 15 S 16 Cl 17 Ar 18 Ga 31 Ge 32 As 33 Se 34 Br 35 Kr 36 Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb 51 Te 52 s 76 Ir 77 Pt 78 Au 79 I 53 Xe 54 Hg Tl Pb Bi Po 84 At 85 Rn 86 Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho 67 Er 68 Tm 69 Yb 70 Lu 71 Np Pu Am Cm Bk Cf 98 Es Fm Md No 103 Lw

2 I LEGAMI (SN CINVLTI SL GLI ELETTRNI DI VALENZA) TIP DI LEGAME ELEMENTI Tipi di legami fra atomi uguali CMPSTI Tipi di legami fra atomi diversi - INIC: nei CMPSTI INICI (Sali, ossidi basici, idruri metallici) - CVALENTE: negli ELEMENTI e CMPSTI MLECLARI - METALLIC: negli ELEMENTI METALLICI -Solo i GAS NBILI (VIII gruppo, ns 2 np 6 ) esistono in natura come ATMI - METALLI: LEGAME METALLIC (Fe, Cu, Pt, ) - NN METALLI : esistono in natura come MLECLE ( 2, N 2, H 2, ) con LEGAME CVALENTE - INICI: LEGAME INIC. Esiste il CRISTALL INIC - MLECLARI: LEGAME CVALENTE. Esiste la MLECLA Se due atomi (uguali o diversi) reagiscono SPNTANEAMENTE per formare molecole o composti è perchè la FRMAZINE DEL LEGAME porta ad uno SVILUPP DI ENERGIA: un sistema punta sempre ad avere il MINR CNTENUT ENERGETIC PSSIBILE. H + H H 2 èperchèh 2 ha contenuto energetico < di H + H H + Cl HCl è perchè HCl ha contenuto energetico < di H + Cl LEWIS: si può pensare che la tendenza ad assumere la configurazione STABILE ad TTETT (ns 2 np 6 ) sia il motivo per cui gli atomi si legano tra loro per dare CMPSTI. L TTETT VIENE RAGGIUNT IN DUE MDI: 1) TRASFERIMENT di elettroni da un atomo all altro (LEGAME INIC) 2) CMPARTECIPAZINE di una o pù coppie di elettroni (LEGAME CVALENTE: molecola)

3 IL LEGAME INIC È di natura elettrostatica: non esiste la molecola ma un CRISTALL INIC Elemento con bassa EI (METALL) CATINE (es: Na + ) cede e - Elemento con alta EA (NN-METALL) -e - + e - Attrazione CULMBIANA ANINE (es: Cl - ) Na + assume la configurazione elettronica del gas nobile che lo precede (Ne: [He]2s 2 2p 6 ) e quindi raggiunge l TTETT (isolelettronico con Neon) Cl - assume la configurazione elettronica del gas nobile che lo segue (Ar: [Ne]s 2 3p 6 ) e quindi raggiunge l TTETT (isoelettronico con Argon) Na Cl Na + + Cl - ATTRAZINE ELETTRSTATICA fra un grande numero di anioni e cationi impacchettati in modo regolare nello spazio: CRISTALL INIC. IL LEGAME INIC È ADIREZINALE (NN ESISTE LA MLECLA) Il legame ionico si realizza tra metalli e non metalli. Quindi: tanto più lontano si trovano i due elementi nella tavola periodica, tanto più facilmente danno composti ionici. CATINI ANINI H Tipicamente metallico He 1 2 Prevalentemente metallico Li Be B C N F Ne 3 4 Prevalentemente non-metallico Na Tipicamente non-metallico Al Si P S 11 Mg Cl 17 Ar 18 K 19 Ca 20 Sc 21 Ti 22 V 23 Cr 24 Mn 25 Fe 26 Co 27 Ni 28 Cu 29 Zn 30 Ga 31 Ge 32 As 33 Se 34 Br 35 Kr 36 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Cs 55 Ba 56 La 57 Hf 72 Ta 73 W 74 Re s Fr 87 Ra 88 Ac 89 Ce 58 Pr 59 Nb 60 Th Pa U Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te Ir 77 I 53 Xe 54 Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Np Pu Am Cm Bk Cf 98 Es Fm Md No 103 Lw

4 IL LEGAME INIC NMENCLATURA DEI CMPSTI INICI Il nome di un composto ionico deriva dal nome degli ioni negativi e positivi presenti nel composto. Il nome del catione è quello del metallo preceduto dalla parola ione. Quando un metallo può formare più ioni (Es: Fe 2+, Fe 3+ ) si indica la carica dello ione con il numero romano fra parentesi. Per il nome dell anione si devono considerare due casi: ioni monoatomici e ioni poliatomici. Il nome dell anione monoatomico si ottiene aggiungendo il suffisso uro alla radice del nome dell elemento. Ione sodio Ione ferro (III) NaCl: cloruro di sodio FeBr 3 : bromuro di Fe(III)

5 IL LEGAME CVALENTE ESISTE LA MLECLA E IL LEGAME È DIREZINALE Può essere descritto con tre diverse teorie: Teoria di LEWIS TTETT (empirica) Secondo LEWIS: Teoria di V.B. Valence Bond Teoria di M.. Molecular rbital (MECCANICA NDULATRIA) Gli atomi condividono una o più coppie di ELETTRNI di VALENZA realizzando l TTETT (ns 2 np 6 : stato energetico stabile che coincide con quello dei gas nobili). Il modello di Lewis rappresenta gli elettroni di valenza per mezzo di punti. CNDIVISINE DI UNA CPPIA: LEGAME SINGL formule di LEWIS CPPIE DI LEGAME e - condivisi H + H H:H H-H H 2 :Cl + Cl: :Cl:Cl: Cl-Cl Cl 2 H + Cl: H:Cl: H-Cl HCl H + + H H::H H--H H 2 CPPIE DI NN LEGAME formula chimica e - non condivisi

6 LEGAME DPPI E TRIPL Condivivisione di due o tre coppie di e - :: 2 :Cl + C + :Cl:C:Cl: legame doppio legame singolo + C + legame doppio :: :Cl C :::C::: C Cl: RDINE DI LEGAME Coincide con il numero di legami, ovvero, con il numero di coppie di e - condivise. Più alta è la densità elettronica tra due atomi (> n coppie condivise) più saldamente i due atomi sono legati fra loro e minore è la distanza (lunghezza del legame). DISTANZA DI LEGAME Distanza tra i centri dei due atomi (distanza fra i nuclei). Maggiore è l ordine di legame, minore è la distanza di legame. N + N legame triplo :N:::N: :N N: ENERGIA DI LEGAME Energia che occorre fornire per rompere il legame, portando i due atomi a distanza infinita. Maggiore è l ordine di legame, maggiore è l energia necessaria per romperlo, quindi il legame è più forte. H + C + N H:C:::N: H C N: legame singolo legame triplo legame più corto legame = più corto legame legame più forte legame = più forte legame

7 L ELETTRNEGATIVITÀ (χ) PER ELETTRNEGATIVITÀ DI UN ATM SI INTENDE LA SUA RELATIVA TENDENZA AD ATTRARRE SU DI SE GLI ELETTRNI DI LEGAME CHE L TENGN UNIT AD UNA ALTR ATM IN UNA MLECLA. È una grandezza RELATIVA correlabile con EI e EA (i cui valori sono invece misurabili sperimentalmente, perchè sono proprietà intrinseche degli atomi). Per convenzione Pauling ha scelto il Fluoro (F) come elemento di riferimento (χ F = 4, elemento più elettronegativo). Es: HCl Cl più elettronegativo di H quindi la δ + δ - nuvola elettronica e più densa sul Cl LEGAME PLARIZZAT H Cl Quanto MAGGIRE è la differenza di χ (χ A -χ B ) fra due atomi A e B impegnati nel legame A-B, tanto MAGGIRE è: - la separazione di carica δ - la % di legame ionico -la polaritàμ del legame. Quando Δχ > 2.0 si ha il LEGAME INIC (totale separazione di carica e non semplice legame polare). aumenta lungo il periodo diminuisce lungo il gruppo

8 LEGAMI CVALENTI PLARI SI HANN FRA ATMI DIVERSI AVENTI QUINDI DIVERSA AFFINITÀ ELETTRNICA E DIVERSA ELETTRNEGATIVITÀ La coppia di legame è più addensata verso l atomo con maggiore EA (e maggiore χ). Allora la MLECLA è PLARE (μ 0) perchè si ha una parziale separazione di carica. Es: HCl Cl più elettronegativo di H quindi la nuvola elettronica e più densa sul Cl LEGAME PLARIZZAT C è una percentuale di carattere ionico che si sovrappone al legame covalente: surplus di energia di legame di natura elettrostatica. Il legame risulta più forte. δ + δ - H Cl Nei legami tra atomi uguali, non essendovi nessuna differenza di EA, non si osserva alcuna polarizzazione: μ = 0

9 IL LEGAME DATIV I due atomi impegnati nel legame non sono più paritetici: c è un ATM DATRE (deve avere una coppia di non legame) e un ATM ACCETTRE (deve avere un orbitale vuoto nel guscio più esterno e deve essere più elettronegativo). ESEMPI: H Cl + 2s 2 2p 4 Più elettronegativo di Cl (3.5 contro 3.0) RBITALE VUT S= + S= S= S 3 : triossido di zolfo HNH + H + H HCl 2 (acido cloroso) Il legame dativo non differisce da un normale legame covalente: la freccia ha solo significato simbolico Rende disponibile un orbitale p con un dispendio energetico di 188 kj/mol. Diventa ATM ACCETTRE nei confrobtidi Cl LEGAME DATIV H Cl + S 2 : biossido di zolfo H + HNH H NH + 4 : ione ammonio H Cl Nella formazione del legame dativo si sviluppa più E di quella necessaria per rendere disponibile un orbitale p vuoto

10 RISNANZA Spesso una sola struttura non dice tutta la verità. In alcune molecole o ioni una sola struttura di Lewis non è in accordo con i dati sperimentali. Per esempio abbiamo descritto S 2 con il legame dativo secondo questa struttura: Sperimentalmente si osserva però che i due legami S- sono equivalenti (stessa lunghezza). Questo perchè esistono tre strutture di risonanza e la vera molecola è un ibrido delle tre strutture possibili. S Strutture di risonanza Altri esempi: C H 3 Ȯ.... C.. _ Ione acetato C H 3. Ȯ.. _. C _._ ozono

11 ECCEZINI ALLA REGLA DELL TTETT TTETTI INCMPLETI Caratteristica dei composti del Berillio (Be: 1s 2 2s 2 )e delboro (B: 1s 2 2s 2 2p 1 ) Be + 2Cl Cl Be Cl (4 e - nel guscio di valenza di Be: 2 coppie di legame) B + 3F BF 3 (6 e - nel guscio di valenza di B: 3 coppie di legame) TTETTI ESPANSI Caratteristica dei non metalli con n > 2, che hanno la possibilità di accedere anche agli orbitali d vuoti per la differenza tra la loro energia e quella degli orbitali ns e np non è troppo grande. Si ha così l TTETT ESPANS: strutture con più di 8 è attorno all atomo centrale. P: (Ne) 3s 2 3p 3 3d 0 Cl Cl Cl P Cl (ottetto) ma esiste anche P Cl PCl 5 (10 e - ) Cl Cl Cl S: (Ne) 3s 2 3p 4 3d 0 F F F S F (ottetto) ma esiste anche S SF 6 (12 e - ) F F F F

12 ECCEZINI ALLA REGLA DELL TTETT SPECIE CN ELETTRNI SPAIATI: RADICALI I radicali sono PARAMAGNETICI e molto REATTIVI Es: N= (monossido di azoto) N + N Biossido di azoto N 2 (color bruno) Bassa T (inverno) Alta T (estate) N N Tetraossido di azoto N 2 4 (incolore) IMPRTANTE: LA TERIA DI LEWIS PERMETTE DI DIRE IL N DI LEGAMI CHE UN ATM PU FRMARE E TRVA RISCNTR QUALITATIV CN LE ENERGIE DI LEGAME, MA NN CI DA ALCUNA INFRMAZINE SULLA GEMETRIA DELLA MLECLA!!! L ossigeno 2 non è = ma è paramagnetico (2 e - spaiati). È un biradicale e come tale è molto reattivo. Solo la teoria dell orbitale molecolare è in grado di spiegare correttamente la molecola di 2. SMG FTCHIMIC Si accentua in estate nei centri ad alto inquinamento dovuto all emissione di N 2 presente nei gas di scarico. Porta alla formazione di ozono ( 3 ) velenoso per il nostro organismo. N 2 + hν N