Lezione 2 TAVOLA PERIODICA

LA TABELLA PERIODICA
DEGLI ELEMENTI
Principio dell’Aufbau (riempimento)
Distribuzione energetica reale dei
livelli energetici atomici
Schema semplificato dei livelli
energetici atomici
7p
Schema empirico da adottare
per il corretto riempimento
degli orbitali atomici
4f
elettrane
Configurazioni elettroniche
Z= 6
tre regole si applicano per predire la
configurazione elettronica nello stato
fondamentale di un atomo:
Il principio di esclusione di Pauli.
Esiste un ulteriore numero quantico
definito numero quantico di spin ms, che
può assumere valori di -1/2 o +1/2 (per
elettrone). Nessuna coppia di elettroni può
avere gli stessi 4 numeri quantici e quindi
un orbitale può “ospitare” solo 2 elettroni.
Questa regola non ha eccezioni.
Il principio dell’aufbau (riempimento).
Le configurazioni elettroniche sono
costruite riempendo per primi gli orbitali ad
energia più bassa (quando le differenze di
energia sono significative). Questa regola
permette di ottenere le configurazioni
elettroniche nello stato fondamentale. Altre
configurazioni eccitate che non violino il
principio di Pauli sono possibili.
Regola di Hund. Laddove gli orbitali
hanno la stessa energia (degenerati) o
quasi, questi vengono riempiti ciascuno
con un elettrone, con spin paralleli, prima
che inizi l’accoppiamento. Altre
configurazioni rappresentano stati eccitati
(non sono vietate).
Configurazione elettronica corretta
Elementi disposti in ordine crescente di massa atomica
Altre configurazioni
periodiche degli elementi
RIGO o PERIODO
I periodi sono
individuati da
numeri
COLONNA o GRUPPO
I gruppi sono individuati da
numeri romani e dalle
lettere A o B
NOMI DI GRUPPO PIU’ COMUNI
Metalli alcalini
Metalli alcalino-terrosi
Alogeni
Gas nobili
LANTANIDI
ATTINIDI
METALLI E NON METALLI
Metalli: tutti solidi a
Metalli:
temperatura ambiente
(tranne il mercurio),
hanno bassa
elettronegatività ed
energia di
ionizzazione, sono
buoni conduttori di
calore e di elettricità,
sono duttili e
malleabili
METALLI E NON METALLI
Non metalli:
metalli: a
temperatura ambiente
possono essere solidi, liquidi
o gassosi, hanno alta
elettronegatività ed energia
di ionizzazione, sono cattivi
conduttori di calore e di
elettricità.
Semi metalli ( o
metalloidi)): hanno
metalloidi
caratteristiche intermedie.
Silicio e germanio,
essendo semi conduttori,
sono impiegati in
elettronica
STATI FISICI A 25°
25°C
La POSIZIONE che un elemento occupa
nella tabella periodica è un riflesso della
sua
CONFIGURAZIONE ELETTRONICA
Per CONFIGURAZIONE ELETTRONICA di un atomo si intende la
disposizione degli elettroni negli orbitali atomici
5s
4p
3d
Configurazione elettronica del Bromo (Br)
4s
3p
3s
2p
2s
1s
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5
6d
5f
7s
6p
5d
4f
6s
5p
4d
5s
4p
3d
1
2
4s
3p
3
4
3s
2p
2s
1s
5
6
7
Il tipo di orbitale più
esternamente occupato da
uno o più elettroni,
condiziona la posizione
dell’elemento nella tabella
Il tipo di orbitale più esternamente occupato da uno o più elettroni,
condiziona le proprietà chimiche dell’elemento e la sua posizione nella tabella
1
2
3
4
5
6
7
PERIODO
elettroni in comune
su orbitali col numero
quantico principale
più alto
12
17
Mg
Cl
f
f
d
d
p
p
s
1
d
p
d
s
p
s
s
1s22s22p6 3s2
2
3
p
s
4
1
p
s
s
s
1s22s22p63s2 3p5
2
3
4
VIA
GRUPPO:
GRUPPO:
identica
configurazione
elettronica più
esterna e quindi
comportamento
chimico simile
8
34
O
Se
f
f
d
d
p
p
s
1
d
p
d
s
p
s
s
1s22s22p4
2
3
p
s
4
1
s
2
p
s
s
1s22s22p63s23p64s23d104p4
3
4
Quanti e quali “ingredienti” elementari sono necessari per fare un organismo vivente ?
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
Alcune proprietà degli elementi mostrano VARIAZIONI GRADUALI
procedendo attraverso un periodo o un gruppo
(PROPRIETA’ PERIODICHE).
PERIODICHE).
Conoscere queste tendenze permette di comprendere le
PROPRIETA’ CHIMICHE
DIMENSIONI ATOMICHE
ENERGIA DI PRIMA IONIZZAZIONE
AFFINITA’ ELETTRONICA
ELETTRONEGATIVITA’
DIMENSIONI ATOMICHE
ENERGIA DI PRIMA IONIZZAZIONE
AFFINITA’ ELETTRONICA
ELETTRONEGATIVITA’
IL VOLUME ATOMICO
IL RAGGIO ATOMICO
Volume occupato dagli orbitali
contenenti gli elettroni
dell’atomo dell’elemento
La metà della distanza tra i nuclei
di due atomi della stessa specie in
una molecola biatomica
Aumentando il numero di elettroni nello stesso guscio orbitalico aumenta
l’attrazione con i protoni nucleari causando una contrazione
diminuisce
aumenta
Si occupa un
guscio
orbitalico
con numero
quantico
principale n
maggiore
e quindi più
voluminoso
DIMENSIONI ATOMICHE
ENERGIA DI PRIMA IONIZZAZIONE
AFFINITA’ ELETTRONICA
ELETTRONEGATIVITA’
ENERGIA DI PRIMA IONIZZAZIONE
Energia necessaria per strappare ad un atomo uno dei suoi elettroni più esterni
A + Energia ---------> A+ + e-
Aumenta spostandosi
da sinistra verso
destra in un periodo,
diminuisce scendendo
lungo un gruppo
DIMENSIONI ATOMICHE
ENERGIA DI PRIMA IONIZZAZIONE
AFFINITA’ ELETTRONICA
ELETTRONEGATIVITA’
AFFINITA’ ELETTRONICA
Energia liberata per acquisire un elettrone da parte di un atomo neutro
A + ee- ------------------->
> AA- + Energia
Aumenta spostandosi
da sinistra verso
destra in un periodo,
diminuisce scendendo
lungo un gruppo
DIMENSIONI ATOMICHE
ENERGIA DI PRIMA IONIZZAZIONE
AFFINITA’ ELETTRONICA
ELETTRONEGATIVITA’
ELETTRONEGATIVITA’
Nel legame chimico due atomi mettono in
compartecipazione gli elettroni degli orbitali
più esterni, che iniziano ad orbitare intorno
ad entrambi i nuclei
L’
L’ELETTRONEGATIVITA’
ELETTRONEGATIVITA’ è la forza con cui gli atomi di un elemento attirano gli
elettroni di legame (Definizione di PAULING)
Aumenta
spostandosi
da sinistra
verso destra
in un
periodo,
diminuisce
scendendo
lungo un
gruppo
ELETTRONEGATIVITA’
Nel legame chimico due atomi mettono in
compartecipazione gli elettroni degli orbitali
più esterni, che iniziano ad orbitare intorno
ad entrambi i nuclei
L’
L’ELETTRONEGATIVITA’
ELETTRONEGATIVITA’ è la forza con cui gli atomi di un elemento attirano gli
elettroni di legame (Definizione di PAULING)
Scala di PAULING
Volume atomico
Volume atomico
Numero atomico (Z): numero dei protoni presenti nel nucleo
1
H
1,008
Simbolo chimico
Massa Atomica: media ponderata dei pesi
atomici di tutti gli isotopi dell’elemento
Si definiscono ISOTOPI o NUCLIDI di un elemento, atomi che hanno lo
stesso numero atomico Z, ma differiscono per il numero di massa A.
Gli isotopi hanno le stesse proprietà chimiche
simbolo dell’elemento
A
numero di massa
X
Z
numero atomico
Alcuni isotopi sono stabili, altri
( i radioisotopi) sono instabili e
tendono alla stabilità
emettendo radiazioni (α
α, β o γ)
disintegrandosi in elementi
stabili.
ISOTOPI DELL’IDROGENO
1H
1
2H
1
3H
1
PESO ATOMICO
somma dei pesi dei protoni e dei neutroni presenti nel nucleo.
DALTON o UNITA’ DI MASSA ATOMICA (uma)
1/12 della massa dell’isotopo 12C = 1.6605 x 10-24 g
Prozio
Deuterio
Trizio
1H
2H
3H
1
Peso (g)
1,672 x 10-24
Peso atomico (uma)
1,007
Abbondanza relativa
1
3,346 x10-24
2,01
99,985 %
0,015 %
1
5,02 x 10-24
3,02
≈ 10-5 %
MASSA ATOMICA
1
H
1,008
1,007 x 99,985 + 2,01 x 0,015 + 3,02 x 10-5
100
100
100
Massa Atomica:
Atomica: media ponderata dei pesi atomici di
tutti gli isotopi dell’elemento
PESO MOLECOLARE
somma delle masse atomiche degli atomi che costituiscono la molecola
MOLE
Quantità espressa in grammi pari al peso molecolare della
sostanza (atomo o molecola) espressa in unità di massa
atomica.
Es. NaCl (cloruro di sodio)
P.A. Na : 22.99 d
P.A. Cl : 35.45 d
P.M. NaCl : 58.44 d
1 mole di NaCl
58.44 g
Una mole di una qualsiasi sostanza contiene lo stesso numero di particelle , detto
numero di Avogadro : N = 6.023 x 1023
Il NUMERO DI MOLI contenuto in una nota massa di una
sostanzapuò essere calcolato dalla seguente relazione :
n (moli) =
m (g )
P.M. (g/mole)
n (moli) =
Problema : dati 233.76 g di NaCl
Risposta :
n (moli) = 233.76
58.44
=4
m (g )
P.M. (g/mole)
n (moli) ?
numero di molecole ?
; numero di molecole : 4 x N = 24 x1023 = 2.4 x1024
LEGGE DI AVOGADRO
A parità di condizioni di pressione e temperatura, volumi uguali di gas diversi
contengono un ugual numero di molecole (e quindi un ugual numero di moli)
IN CONDIZIONI NORMALI (0°
(0°C e 1 atm)
UNA MOLE DI QUALSIASI GAS OCCUPA
UN VOLUME DI 22,4 LITRI
DOMANDA
88g di CO2 a 0°C e 1 atm occupano il volume di 44,8 litri. Quale
volume occupano nelle stesse condizioni 32 g di metano (CH4)?
n. moli in 88 gr di CO2
n. moli in 32 gr di CH4
P.A.(C): 12
P.A.(C): 12
P.A.(O): 16
P.A.(H): 1
P.M.(CO2): 44
P.M.(CH4): 16
n. moli= 88 g = 2
n. moli= 32 g = 2
16
44
n (moli) =
m (g )
P.M. (g/mole)
RISPOSTA:
44,8 litri
Suggerimento per imparare la tabella periodica