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PROPRIETÁPERIODICHE

Immagini tratte da Martin S. Silberberg - CHIMICA, La natura molecolare della materia e delle sue trasformazioni - Ed italiana a cura di Silvia Licoccia, Università di Roma «Tor Vergata», Mc Graw Hill Education, con puntuali integrazioni da parte del docente

LaTavolaPeriodica In ogni gruppo si trovano elementi che presentano configurazioni elettroniche esterne simili (stesso numero di elettroni, in orbitali dello stesso tipo, a numero quantico principale n crescente). In ogni periodo si trovano elementi che hanno gli elettroni più esterni con lo stesso numero quantico principale n.

Uno sguardo a un sistema periodico… per immagini: http://www.minerva.unito.it/Chimica&Industria/SistemaPeriodico/TabellaSemplice.htm

TavolaPeriodicadegliElementi:GruppiePeriodi

Periodi: Proprietà variabili con continuità Gruppi: Proprietà chimiche simili Periodi

Gruppi

ProprietàPeriodicheeStrutturaElettronica Leproprietàdiunelementodipendonodalnumeroatomico(Z).Inuna trasformazionechimical’intornodiunatomosimodifica. O2 + 2 H2 Î 2 H2O Struttura dell’atomo: mentre il nucleo è poco accessibile, la nube elettronica risente dell’influenza dell’intorno chimico

Le proprietà chimiche dipendono dal numero di elettroni, in quanto essi sono sensibili al cambio dell’intorno atomico.

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.

LeconfigurazionielettronichesullaTavolaPeriodica

ProprietàPeriodiche:CaricaNucleare EfficaceZ* • dipende dal tipo di orbitale

Z*= Z-S=carica nucleare efficace o effettiva; S=fattore schermatura dovuto agli e- dei gusci interni

• dalla capacità degli elettroni che occupano gli orbitali più penetranti di schermarlo dal nucleo CASO DEL Boro (5 elettroni) e del Carbonio (6 elettroni) B: 1s22s22p1 L’elettrone più esterno si sistema nell’orbitale 2px. C: 1s22s22p2 l’ultimo elettrone si sistema su un orbitale 2py avente asse di simmetria perpendicolare a quello dell’orbitale 2px. La carica nucleare efficace risentita da un e- dipende dal tipo di orbitale su cui si trova l’e- stesso e dalla capacità degli e- che occupano gli orbitali più penetranti di schermarlo dal nucleo. Si è già osservato che per orbitali aventi lo stesso valore di n, le capacità di penetrazione verso il nucleo stanno nel seguente ordine s>p>d>… Così per un determinato valore del numero quantico n, un e- risente di una maggiore carica nucleare efficace quando si trova in un orbitale s, poi in un orbitale p e così via secondo l’ordine sopra riportato.

ProprietàPeriodiche:CaricaNucleare Efficace La carica nucleare efficace, Z*, è la carica nucleare a cui un elettrone è effettivamente soggetto a causa dell’effetto di schermo esercitato dagli elettroni più interni.

La carica nucleare efficace in un periodo è crescente andando da sinistra verso destra.

Passando da un periodo al successivo si ha una netta diminuzione di Z* dato che l’elettrone aggiunto si colloca a distanze relativamente grandi dal nucleo, la cui carica è ben schermata quindi dagli elettroni interni.

ProprietàPeriodiche:RaggioAtomico Il raggio atomico aumenta lungo un gruppo (dall’alto al basso) e diminuisce lungo un periodo (da sinistra a destra)

Raggio atomico = metà della distanza min di avvicinamento di due nuclei uguali gassosi (supposti gli atomi sferici).

ProprietàPeriodiche:RaggioAtomico

Per la gran parte degli elementi sono riportati i valori dei raggi atomici covalenti cioè riferiti a strutture nelle quali gli atomi sono uniti tra loro da legami chimici veri e propri. Per i gas nobili vengono invece forniti i valori dei raggi atomici di Van der Waals ottenuti dalla misura delle distanze internucleari effettuate su campioni allo stato solido in cui le uniche forze esistenti sono le deboli forze di Van der Waals.

ProprietàPeriodiche:RaggioAtomico

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). L’aumento di livello energetico corrisponde ad un aumento della distanza media dal nucleo

Ilraggioatomicoaumentalungoungruppo (dall’altoalbasso)

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 efficaceZ*aumenta. L’attrazionedel nucleosuglielettroni divalenzaaumenta. Glielettronitendono acontrarsisulnucleo

Ilraggioatomicodiminuiscelungounperiodo (dasinistraversodestra)

ProprietàPeriodiche:EnergiadiIonizzazione Si definisce energia di ionizzazione Eion di un atomo, l’energia che bisogna fornire ad un atomo neutro, isolato, allo stato gassoso per portare l’elettrone più esterno a distanza infinita dal nucleo. 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. Questa viene anche detta energia di prima ionizzazione.

Essendo

inoltre

possibile

strappare più di un elettrone da un atomo si può parlare di energia di seconda, terza, …. ionizzazione.

ProprietàPeriodiche:EnergiadiIonizzazione

Il caso del sodio

Na+ = 5.14 eV

Na++ = 47.3 eV

Notarecomeilivellienergeticisiabbassino….(Zeff=Z‐S)

Min assoluti: elementi del I gruppo Max assoluti: elementi del gruppo 0

N Be

Be, N: max secondari per la saturazione completa (Be) o la semisaturazione (N) degli orbitali che rappresentano condizioni di particolare stabilità.

Lungo un periodo da sinistra a destra c’è un aumento di Eion dovuto all’aumento della carica nucleare efficace che provoca un abbassamento dell’energia degli orbitali: gli elettroni sono così più fortemente legati e Eion aumenta con il numero atomico. Lungo un gruppo tende a diminuire poiché le dimensioni atomiche aumentano dall’alto al basso e l’elettrone più esterno si trova in livelli energetici sempre più elevati.

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

Giustificazionedell’aumentodell’Energiadi Ionizzazionelungounperiodo

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 elettroni di valenza aumenta.

Diminuisce l’energia dell’orbitale

L’EnergiadiIonizzazione aumentalungounperiodo

ProprietàPeriodiche:AffinitàElettronica È l’energia liberata quando ad un atomo neutro, isolato, allo stato gassoso viene addizionato un elettrone.

X(g) +e‐ → X‐(g) +Ea.e. Ea.e....