Le proprietà periodiche
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Le proprietà periodiche degli elementi 1 2 1 Numerazione gruppi IUPAC Numero atomico Simbolo 1s Metallo Semimetallo Non metallo 2s2p Peso atomico 3s3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p 7s5f6d7p 3 Numerazione gruppi tradizionale, n° coincide con gli elettroni esterni degli elementi o elettroni di valenza I II III IV 0 V VI VII 4 2 Moseley ha ordinato gli elementi secondo valori crescenti del numero atomico (Z) TAVOLA PERIODICA. File orizzontali PERIODI File verticali GRUPPI Gli elementi appartenenti allo stesso gruppo hanno strutture elettroniche simili e comportamento chimico simile. Tutto ciò fa ritenere che le proprietà degli elementi chimici dipendano dagli elettroni più esterni (detti elettroni di valenza). 1° periodo piccolissimo periodo 2° e 3° periodo periodi corti o piccoli 4° e 5° periodo lunghi periodi 6° periodo lunghissimo periodo 7° periodo incompleto 5 Classificazione periodica degli elementi Blocco p (np6) Blocco s (ns2) Blocco d ((n-1)d10) Blocco f ((n-2)f14) 6 3 Le proprietà periodiche 1. Carica nucleare efficace (Zeff o Z*) 2. Dimensioni atomiche 3. Energia di ionizzazione 4. Affinità elettronica 5. Elettronegatività 6. Carattere metallico 7 Carica nucleare efficace In un atomo polielettronico gli elettroni più interni esplicano una azione di “schermo” per cui un elettrone risente di una carica Zeff, detta carica nucleare efficace, minore di Z. Li - 3+ Li: 3 eZ=3 Zeff = 1,30 - 8 4 Be Li - 3+ - - - 4+ - - - se gli e– sono nello stesso tipo di orbitale non si schermano fra loro in modo efficace se gli e– sono interni e vicini al nucleo sono molto schermanti Lungo un periodo la carica nucleare aumenta 9 Orbitali di tipo diverso (s, p, d, f, ecc.), appartenenti allo stesso livello n, penetrano verso il nucleo in maniera diversa. La capacità di penetrazione varia nell’ordine: s>p>d>f Gusci interni Na 1s2 2s2 2p6 3s1 Na: 11 eZ = 11 Zeff = 2,20 Zeff risulta tanto minore quanto minore è la penetrazione del relativo orbitale. L’elettrone è energeticamente meno legato al nucleo quanto minore è Zeff e al relativo orbitale corrisponderà una energia maggiore. 10 5 Proprietà periodiche: CARICA NUCLEARE EFFICACE, Zeff Ne Kr Ar Xe Periodo He Gruppo H Li Na K Rb Cs 11 RAGGIO ATOMICO Raggio atomico covalente (es. molecola biatomica Cl2). E’ la metà della distanza internucleare tra due atomi uguali. r=d/2=99 pm Raggio atomico metallico (es. cristallo metallico Al). Viene definito come la metà della distanza internucleare tra gli atomi più vicini nel reticolo cristallino. 12 6 Proprietà periodiche: RAGGIO ATOMICO lungo un gruppo Aumenta n Aumenta rA 13 Proprietà periodiche: RAGGIO ATOMICO Periodo Zeff ↑ Gruppo n↑ 14 7 Proprietà periodiche: RAGGIO ATOMICO Gruppo Periodo 1 2 3 4 5 6 7 8 Raggio atomico (pm) 15 Ionizzazione: effetto sulle dimensioni atomiche 16 8 L’energia di ionizzazione L’energia di prima ionizzazione è l’energia necessaria per togliere l’elettrone più esterno ad un atomo neutro e isolato. E 'ion X ( g ) "" "# X (+g ) + e ! 1a ionizzazione '' E ion X + ( g ) "" "# X (2g+) + e ! 2a ionizzazione + X2 (g) ''' + − ion → E X (3g ) + e Per togliere un elettrone ad un atomo bisogna sempre fornire energia; la ionizzazione è un processo endotermico. L’atomo neutro costituisce sempre una situazione di minore energia rispetto allo ione positivo + 1 elettrone. 3a ionizzazione 17 L’energia di ionizzazione 0 E3s Na(g) + 5.14 eV → Na+(g) + e- E2p E2s 18 9 Proprietà periodiche: ENERGIA di 1° IONIZZAZIONE Periodo Zeff ↑ Gruppo n,rA↑ 19 Proprietà periodiche: ENERGIA di IONIZZAZIONE Ne [He]2s22p6 F [He]2s22p5 O [He]2s22p4 N [He]2s22p3 C [He]2s22p2 B [He]2s22p1 Be [He]2s2 Li [He]2s1 20 10 Proprietà periodiche: ENERGIA di 1° IONIZZAZIONE Gruppo Periodo Energia ionizzazione (kJ mol-1) 21 Proprietà periodiche: ENERGIA di IONIZZAZIONE Na(g) + 5.14 eV → Na+(g) + eNa+(g) + 47.3 eV → Na2+(g) + e- E3s Energia di 1° ionizzazione Energia di 2° ionizzazione E2p E2s 22 11 L’energia di 1a ionizzazione e superiori 25000 1a ionizz. 20000 2a ionizz. 15000 3a ionizz. 10000 4a ionizz 5000 0 Li Na K Be Mg Ca B Al E’ion < E’’ion < E’’’ion <…ecc. 23 L’affinità elettronica L’affinità elettronica è l’energia in gioco nella formazione di uno ione negativo da parte di un atomo neutro ed isolato. Viene anche definita come l’energia di legame tra l’elettrone aggiunto e l’atomo. X ( g ) + e# ! !" X (#g ) + E 1AE EAE 1° ordine < O Processo esotermico 2 X #( g ) + e# ! !" X (2g#) + E AE EAE 2° ordine > O Processo endotermico 24 12 Proprietà periodiche: AFFINITÀ ELETTRONICA Ea.e. (KJ/mol) I 1 II III IV V VI VII H -73 Periodo 2 Zeff ↑ 3 4 Li Be B C N O F -60 -122 7 -141 -328 18 -27 Na Mg Al Si P S Cl -53 21 -200 -349 K Ca Ga Ge As Se Br -48 -2 -43 -29 -134 -120 -72 -78 -195 -325 Gruppo r ↑ A 25 Proprietà periodiche: ELETTRONEGATIVITA’ Elettronegatività: tendenza di un atomo ad attrarre a sé elettroni quando forma legami con altri atomi. L’elettronegatività è una proprietà relativa. Gruppo Zeff cost rA ↑ Periodo Zeff ↑ rA ↓ 26 13 Proprietà periodiche: ELETTRONEGATIVITA’ 8 4 5 6 7 Elementi elettropositivi 3 4 Elementi elettronegativi 27 METALLI NON METALLI Buoni conduttori elettrici Scarsi conduttori elettrici Duttili Non duttili Malleabili Non malleabili Solidi, alto punto di fusione Solidi, liquidi, gassosi Buoni conduttori termici Cattivi conduttori termici Deboli forze attrattive tra nucleo ed Forti forze attrattive tra nucleo ed elettroni esterni elettroni esterni Reagiscono con gli acidi Non reagiscono con gli acidi Danno ossidi basici Danno ossidi acidi Formano cationi Formano anioni Formano alogenuri ionici Formano alogenuri covalenti 28 14 Proprietà periodiche: CARATTERE METALLICO Conducibilità elettrica bassa ma non nulla Proprietà intermedie fra metalli e non metalli 29 aumenta aumenta aumenta Energia di ionizzazione Affinità elettronica Elettronegatività aumenta Raggio atomico 30 Carattere metallico 15
