ATOMI E
TAVOLA PERIODICA
ATOMO:
è il più piccolo
costituente di un elemento
che ne conservi le proprietà
chimiche
ELEMENTO:
sostanza che non
può essere scissa in una sostanza
più semplice mediante reazione
chimica (es. H2O: H e O
elementi, H2O composto).
Protoni e neutroni sono situati al centro dell'atomo nel
nucleo atomico dove si concentra tutta la massa dell'atomo.
Gli elettroni sono distribuiti intorno al nucleo e, se l'atomo è
neutro, sono in numero pari a quello dei protoni in modo da
neutralizzarne la carica.
Il numero dei protoni presenti nel nucleo di un atomo è detto
numero atomico (Z).
Ogni atomo di un elemento è caratterizzato dallo stesso
numero di protoni e, quindi, numero atomico; due atomi con
diverso numero atomico appartengono a due elementi
distinti con proprietà e comportamento chimico differenti.
La somma del numero dei protoni e dei neutroni prende il
nome di numero di massa (perché indica la massa
dell'atomo essendo protoni e neutroni le uniche particelle
pesanti) e viene indicato con la lettera A.
Atomi di uno stesso elemento che abbiano lo stesso numero
atomico ma diverso numero di massa vengono detti isotopi.
L’atomo
Numero atomico Z : numero di protoni presenti nell’atomo di quell’elemento
Numero di massa A : somma dei protoni e dei neutroni in un atomo
Isotopi : atomi di un elemento caratterizzati dallo stesso Z ma diverso A
Unità di massa atomica (uma): 1/12 della massa del 12C
(abbondanza naturale)
A T O M O
PROTONI + NEUTRONI
(NUCLEO)
+
ELETTRONI
PROTONE: particella nucleare avente MASSA ≈ unitaria (U.M.A.) e
CARICA POSITIVA (+).
NEUTRONE: particella nucleare avente MASSA ≈ unitaria e carica neutra.
ELETTRONE: particella quasi priva di massa avente CARICA
NEGATIVA (), che ruota intorno al nucleo.
Numero Atomico Z: n° di protoni contenuti nel nucleo
Numero di Massa A: somma di protoni e neutroni N
Esempio di domanda (risposta rossa corretta)
La massa di un atomo e' sostanzialmente determinata:
solo dai protoni
solo dai neutroni
solo dagli elettroni
dai protoni e dai neutroni
dai protoni e dagli elettroni
Atomi di uno stesso elemento che abbiano lo stesso
numero atomico ma diverso numero di massa vengono
detti isotopi.
Gli isotopi presentano le stesse proprietà chimiche essendo atomi
dello stesso elemento, cioè con lo stesso numero di protoni.
Il carbonio (C) si trova in natura sotto forma di isotopo 12
(6 protoni + 6 neutroni) e di isotopo 14 (6 protoni + 8 neutroni).
Esempio di domanda (risposta rossa corretta)
Due isotopi di uno stesso elemento hanno il medesimo
comportamento chimico, perché hanno:
lo stesso numero di massa
lo stesso numero di protoni e neutroni
lo stesso peso
lo stesso numero di elettroni e neutroni
lo stesso numero di protoni
Il numero atomico, per convenzione, è scritto in
basso a sinistra del simbolo dell'atomo, il numero di
massa in alto a sinistra.
12 C
12 è il numero totale di PROTONI
6
e NEUTRONI
6 è il numero totale dei protoni
Poiché la carica netta di un atomo è zero, la
carica nucleare, +Z, deve essere bilanciata da
quella degli elettroni, ciascuno di carica -1.
Nei comuni processi chimici gli atomi neutri possono perdere o
acquistare elettroni, mantenendo invariata la carica e la massa che
costituiscono il nucleo (cioè: il numero di protoni e il numero di
neutroni).
Dato che gli elettroni possiedono una carica negativa, gli
atomi che perdono elettroni acquistano carica positiva
(cationi), mentre quelli che acquistano elettroni si
caricano negativamente (anioni).
Esempio di domanda (risposta rossa corretta)
Quale delle seguenti affermazioni definisce un atomo con 8 protoni,
8 neutroni e 10 elettroni.
È un atomo neutro di peso atomico 16 appartenente al VI gruppo
È un catione di peso atomico 14 appartenente al IV gruppo
È un atomo neutro di peso atomico 18 appartenente al I periodo
È un anione di peso atomico 16 e appartenente al II periodo
È un atomo neutro di peso atomico 26 appartenente al II gruppo
Indicare la frase errata:
Il legame covalente tra due atomi è dato dalla copartecipazione di
almeno una coppia di elettroni
E’ chiamato anione o ione negativo un atomo che ha elettroni in
meno rispetto al numero di neutroni
Gli atomi dei gas nobili non formano molecole perché hanno già
una struttura elettronica stabile
La carica elettrica di uno ione corrisponde alla quantità di elettroni
che esso ha acquistato o perduto
In un composto ionico ioni positivi o cationi vengono attirati da ioni
negativi o anioni.
Elementi di uno stesso gruppo hanno proprietà chimiche simili,
perché hanno:
la stessa configurazione elettronica
la stessa configurazione elettronica esterna
lo stesso numero di strati elettronici
lo stesso numero di elettroni
lo stesso numero di orbitali
Teoria atomica moderna
-gli elettroni possono essere considerati sia come particelle
sia come onde elettromagnetiche.
-non è possibile determinare con precisione la posizione
intorno al nucleo e la velocità dell’elettrone.
-è possibile valutare in termini di probabilità la presenza
dell’elettrone in una certa regione di spazio intorno al nucleo.
ORBITALE
Il moto e l'energia di un elettrone in un atomo sono
descritti dalla grandezza ψ (psi) nota con il nome di
funzione d'onda, il cui quadrato, ψ2, individua la zona
dello spazio circostante il nucleo in cui vi è la più
alta probabilità di trovare l'elettrone. Questa
regione dello spazio è detta ORBITALE.
NUMERI QUANTICI
Per identificare ψ2 è necessario identificare i valori di
quattro numeri quantici n, l (opp. R), m (opp. mR), e s (opp.
mS). Un gruppo di valori dei tre numeri quantici n, l, m
individua un possibile orbitale e rappresenta anche uno
stato energetico di un elettrone.
Il quarto numero quantico, s, fu introdotto perché i primi
tre numeri quantici, che scaturiscono teoricamente dalla
soluzione dell’equazione di Schrödinger, non sono
sufficienti a spiegare tutte le proprietà dell’elettrone
nell’atomo.
Ogni elettrone in un atomo possiede 4 numeri quantici.
NUMERO QUANTICO PRINCIPALE
Il primo numero quantico, n, è molto importante per la
determinazione dell’energia di un elettrone. Al crescere
del numero quantico n, aumenta l'energia dell'elettrone
e così pure la sua distanza dal nucleo.
Il numero quantico principale può assumere valori
positivi interi:
n= 1, 2, 3, 4, ……∞
Gli elettroni aventi lo stesso valore di n appartengono
allo stesso LIVELLO o GUSCIO o STRATO e si
muovono, all'incirca, nella stessa zona.
NUMERO QUANTICO SECONDARIO
Ogni livello energetico principale include uno o più
sottolivelli che sono indicati dal secondo numero
quantico. Esso definisce la forma della nuvola
elettronica. Alti valori di l (R) producono forme più
complesse.
I valori di -l- sono legati a quelli di -n- nel modo
seguente:
l= 0, 1, 2, 3, …….(n-1)
Per identificare i sottolivelli si
comunemente delle lettere:
-s- per l=0; -p- per l=1; -d- per l=2;
(poi g, h)
utilizzano
più
-f- per l=3;
-s-=sharp,-p-=principal,-d-=diffuse, -f-= fundamental
TERZO NUMERO QUANTICO
Ogni sottolivello contiene uno o più orditali che
differiscono per il valore del terzo numero quantico. E'
legato alla direzione nello spazio della nube elettronica.
L'energia di un elettrone dipende scarsamente da -m-.
Per un dato valore di -l-, -m- può assumere tutti i
valori interi compresi tra l e -l:
m= l, …. +1, 0, -1, …., -l
Ad un dato valore di -l- corrispondono 2l + 1 valori di m-. Ne consegue che ad un sottolivello -lappartengono 2l + 1 orbitali.
Gli elettroni che in un atomo hanno gli stessi valori di n-, -l- e -m- occupano lo stesso orbitale.
NUMERO QUANTICO MAGNETICO DI SPIN
Il numero quantico di spin può essere associato alla
rotazione dell'elettrone attorno al proprio asse (orario
od antiorario) e non è in relazione con gli altri numeri
quantici.
Dato che sono possibili solo due direzioni di rotazione,
-ms- può assumere solo i valori +1/2 e -1/2.
(N.B.: certe volte è conveniente indicare gli spin
elettronici con frecce; ↑ sta per +1/2, ↓ sta per 1/2).
PRINCIPIO DI ESCLUSIONE DI PAULI
Due elettroni di uno stesso atomo non possono avere
tutti i quattro numeri quantici uguali.
Quindi, in un orbitale, possono esistere soltanto due
elettroni, uno con numero di spin +1/2 e l'altro -1/2
(orbitali appaiati).
Ogni sottolivello contiene uno o più orbitali, ciascuno
dei quali può ospitare al massimo due elettroni. La
capacità totale di un livello elettronico è data da 2n2.
Riassumendo:
-n- indica il guscio e la distanza
media dell'elettrone dal nucleo.
-l- indica il sottoguscio e la forma
dell'orbitale che ne deriva. Tutti gli
orbitali di un dato sottolivello
possiedono la stessa energia.
-mindica
l'orientazione
dell'orbitale.
-msè
lo
spin
elettronico
(rotazione).
Energia e riempimento degli orbitali
Strato di valenza: la reattività di un elemento dipende in gran
parte dagli elettroni del livello più esterno che viene detto
STRATO DI VALENZA
La CONFIGURAZIONE ELETTRONICA è la rappresentazione
degli elettroni negli orbitali. La CONFIGURAZIONE AD
OTTETTO, in cui gli orbitali s e p sono riempiti con 8 elettroni,
conferisce stabilità all’elemento.
REGOLA DI HUND: quando gli elettroni hanno a disposizione
più orbitali tendono ad occuparne il maggior numero possibile,
assumendo spin paralleli.
Ordine di riempimento degli orbitali atomici
E
Tavola periodica
La TAVOLA PERIODICA è una disposizione di elementi,
ordinati secondo il numero atomico crescente e in righe
orizzontali di lunghezza tale che gli elementi con proprietà
chimiche simili cadono direttamente sotto l’uno o l’altro
gruppo verticale.
La linea diagonale che inizia alla sinistra del boro (B) separa i
metalli dai non metalli. I metalli possiedono un’alta
Conducibilità elettrica. Lungo la linea diagonale vi sono alcuni
elementi (metalloidi o semimetalli) che hanno
proprietà intermedie.
Metalli alcalini
Metalli alcalino-terrosi
Alogeni
Guardando la tavola periodica, gli elementi sono posizionati dal più piccolo al
più grande con un determinato ordine che rispecchia la posizione degli
elettroni nei vari livelli energetici. Se la guardiamo in verticale avremo i
gruppi, cioè elementi che hanno la stessa configurazione elettronica del
guscio più esterno e, quindi, proprietà chimiche simili. Se la guardiamo in
orizzontale vediamo elementi che appartengono allo stesso guscio energetico
(dal 1°al 7°), con proprietà chimiche che variano con una certa continuità.
La configurazione elettronica mostra il numero degli
elettroni, indicati da un esponente, in ciascun
sottolivello.
un esempio di configurazione elettronica:
il potassio
K (19 elettroni) : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1
REGOLA DELL’OTTETTO
(o regola del gas nobile)
ELEMENTI vicini all’inizio del PERIODO tendono a perdere elettroni ed assumere
la configurazione elettronica del GAS NOBILE del periodo precedente:
M (g) → M+ + eELEMENTI vicini alla fine del PERIODO tendono ad acquisire elettroni ed assumere
configurazione elettronica del GAS NOBILE del periodo successivo:
A (g) + e- → M Si può così razionalmente costruire una tabella di
AFFINITA’ ELETTRONICA
RAGGIO E VOLUME ATOMICO
Ogni elemento dello stesso gruppo ma appartenente al periodo
successivo avrà un volume atomico più grande rispetto a quello del
periodo che precede. Ad esempio passando dal litio Z= 3 al sodio Z =
11, si avrà un discreto aumento di volume (e del raggio atomico).
Se si guarda in orizzontale, cioè lungo ogni periodo, si ha una lenta ma
progressiva diminuzione del raggio e del volume atomico.
Aumentando il numero di elettroni compresi nel guscio più esterno, la
forza attrattiva del nucleo cresce e si ha una contrazione del volume
dell’atomo.
