lezione 28 File
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Elementi del primo gruppo Li Na K Rb Cs Fr (radioattivo) Configurazione elettronica ns1 - sono metalli - bassa elettronegatività - energia di prima ionizzazione molto bassa - energia di seconda ionizzazione molto alta Modello ionico elettrostatico (M+) - Allo stato elementare sono metalli (buoni conduttori di elettricità e calore) - la reattività aumenta scendendo nel gruppo (Es. con O2 Rb, Cs bruciano spontaneamente, Na, K si incendiano se scaldati, Li non si incendia neppure se fuso) - sono energici riducenti Reazioni con acqua 2M + H2O 2M+ + 2 OH- +H2 Elementi del primo gruppo Esistenza in natura e preparazione allo stato elementare In natura non esistono come elementi, ma come composti - Sodio: NaCl, NaNO3, Na2CO3 (minerali), Na+ (acque mari e laghi) - Potassio: KCl (minerali) - Rubidio, Cesio: silicati - Francio: (molto raro) Generalmente si ottengono per via elettrochimica per elettrolisi dei sali fusi I composti dei metalli alcalini contengono lo ione M+ MH, M2O, MX, MOH, M2CO3, MHCO3 Sono composti solidi e generalmente solubili in H2O Ossidi Gli ossidi sono composti ionici (M+, O2-). Lo ione O2- è una base fortissima gli ossidi reagiscono in acqua M2O + H2O 2 M+ + 2 OHIdrossidi Sono tipiche basi inorganiche forti e molto solubili in acqua MOH M+ + OH- Elementi del secondo gruppo Be Mg Ca Sr Ba Ra Configurazione elettronica ns2 - sono metalli - bassa elettronegatività - i metalli alcalino-terrosi danno composti con NO +2 Il Be possiede maggiore elettronegatività maggiore energia di ionizzazione minori dimensioni atomiche Legame covalente molto polare Non esistono molecole discrete, ma polimeri Mg, Ca, Sr, Ba danno composti ionici (M2+) Gli elementi del secondo gruppo sono tutti metalli (sono eccellenti conduttori di calore e elettricità) Elementi del secondo gruppo Vengono attaccati da acidi e da acqua M + 2H+ M2+ + H2 M + 2H2O M2+ + 2 OH- + H2 (eccetto berillio) Ca Sr Ba reagiscono (T ambiente) con O2 2M + O2 2MO (M= Ca, Sr, Ba) Be, Mg con O2 si passivano Esistenza in natura e preparazione allo stato elementare In natura non esistono come elementi, ma come composti poiché sono troppo reattivi. Il calcio e il magnesio sono i più abbondanti e si trovano principalmente come carbonati, solfati e alogenuri. Il Mg si trova anche nelle acque di mare (Mg2+) Elementi del terzo gruppo B Al Ga In Tl A differenza dei gruppi predenti le proprietà degli elementi variano scendendo nel gruppo: - B non metallo - Al, Ga proprietà prevalentemente metalliche - In, Tl proprietà tipicamente metalliche Configurazione elettronica ns2np1: a) Elettronegatività considerevole b) M3+ si ottengono con grosso dispendio energetico tutti gli elementi formano prevalentemente legami covalenti più o meno polari c) Gli elementi hanno NO +3 eccetto il Tl che forma comunemente composti ionici con NO +1 Elementi del terzo gruppo Struttura sostanze elementari B non metallo unità con 12 atomi di boro ai vertici di un isocaedro. Unità icosaedriche B12 impacchettate in un reticolo cubico a facce centrate. Gli altri elementi hanno struttura metallica e sono conduttori elettrici e termici Elementi del terzo gruppo Esistenza in natura In natura gli elementi di questo gruppo si trovano come composti non come elementi . Sono abbastanza rari tranne Al (alluminosilicati). Si preparano per riduzione elettrochimica dei composti naturali. Elementi del quarto gruppo C Si Ge Sn Pb Configurazione elettronica ns2np2: Possiedono valori intermedi delle proprietà atomiche (elettronegatività, energia di ionizzazione, dimensioni atomiche) - carbonio non metallo - silicio prevalentemente non metallo - germanio semimetallo - stagno prevalentemente metallo - piombo metallo C, Si non conduttori Ge semiconduttore Sn, Pb conduttori La chimica degli elementi di questo gruppo cambia sostanzialmente passando da un elemento all’altro anche se per un analogo numero di ossidazione i composti hanno formula minima analoga CO gas costituito da molecole discrete PbO solido ionico (Pb2+, O2-) NO massimo + 4 (composti covalenti). Tutti gli elementi possiedano anche NO +2 C poco comune (eccetto CO) Si poco stabile Sn Ge più stabili facilmente ossidabili Pb stabili (Pb(IV) energico ossidante) Il carbonio è l’elemento più elettronegativo può dare composti con NO minore di 0 (composti con H legame covalente debolmente polare) Il C può formare solo 4 legami Cl Cl O C C Cl Cl tetraedrica O 2H-C C-H O lineare Trigonale planare Gli altri elementi possono formare anche più di quattro legami ed hanno minore tendenza a formare legami (maggiori dimensioni) CO2 SiO2 Sostanze elementari Allo stato elementare sono tutti solidi C, Si, Ge, Sn covalenti Sn, Pb metallici Il carbonio si trova nelle forme allotropiche grafite e diamante Grafite Diamante Composti a NO +2 (MO) Sono termodinamicamente meno stabili dei biossidi CO IC OI Funge da legante (M(CO)n) E’ dannoso per l’uomo perché forma un complesso con il Fe(II) dell’emoglobina e impedisce il trasporto di O2- Elementi del V gruppo N P As Sb Bi Configurazione elettronica ns2np3 particolarmente stabile alta energia di prima ionizzazione: L’elettronegatività diminuisce scendendo nel gruppo - N, P, As non metalli - Sb semimetallo - Bi prevalentemente metallo NO più comuni – 3, +3, +5 Il NO +5 è il più importante per Sb, Bi Gli elementi del XV gruppo hanno 3 e- in meno dei gas nobili Formano tre legami covalenti (NO +3, -3 a seconda dell’elettronegatività). L’azoto forma al massimo 4 legami, gli altri elementi possono formare un numero più alto di legami utilizzando gli orbitali d. Sostanze elementari L’azoto elementare è un gas N2 IN NI P, As, Sb, Bi esistono in varie modificazioni allotropiche (solide) P la forma più comune è costituita da molecole P4 (fosforo bianco o giallo) P4 Fosforo nero Fosforo rosso e nero (più stabile) sostanze covalenti polimere As forma più stabile “Arsenico metallico” o grigio, polimero, AS4 metastabile Sb, Bi esistono solo in una forma analoga a As grigio Esistenza in natura e preparazione allo stato elementare N viene distillato dall’aria. Esistono giacimenti minerali di NaNO3 e KNO3. P si trova nei minerali di apatite, Ca3(PO4)2 • CaX2. Gli altri si trovano come elementi (raro) o in vari minerali, soprattutto come solfuri. Si ottengono per riduzione degli ossidi ottenuti per arrostimento dei minerali. Azoto N2 costituisce il 78% dell’atmosfera. Si trova sulla crosta terrestre come NaNO3, KNO3. Si ottiene per separazione (distillazione frazionata) dagli altri elementi dell’atmosfera N2 per produrre NH3, per fare atmosfera inerte, e come sostanza criogena. Composti con idrogeno NH3 gas, molecole piramidali trigonali , molto solubile in H2O (legami a H) NH3 si ottiene: - NH4+ + OH- NH3 + H2O (da sali di ammonio + basi forti) - 3 NO3- + 8Al + 5 OH- +18H2O 3NH3 + 8 Al(OH)4(rid NO3- in ambiente basico) - N2 + 3H2 2 NH3 (industrialmente) NH4+ ione ammonio. I sali di ammonio assomigliano a quelli dei metalli alcalini. Per riscaldamento liberano NH3 NH4Cl NH3 + HCl Fosforo Il P è abbondante in natura ed esiste in molti minerali, nelle ossa e nei denti animali. Si ottiene dai minerali + SiO2 + C ad alte T Ca(PO3)4 + 3 SiO2+ C 3 CaSiO3 + 5 CO +1/2 P4 Arsenico L’As esiste i natura in minerali As2S3 (orpimento), FeAsS arsenopirite. Elementi del VI gruppo O S Se Te Po Configurazione elettronica ns2np4 O (elemento più elettronegativo dopo il fluoro) S, Se, Te (proprietà chimiche abbastanza simili) Po (solo isotopi instabili) L’elettronegatività abbastanza elevata, diminuisce scendendo nel gruppo O, S non metalli Se, Te semiconduttori, proprietà essenzialmente non metalliche Po prevalentemente metallo NO più comune – 2 X2- (prodotti ionici) con metalli alcalini e alcalino terrosi con non metalli legami covalenti NO +6 Non esiste per O diventa meno importante scendendo nel gruppo Po non esiste massimo NO +4 NO +4 Se Te più stabile di +6. S andamento contrario NO +2 Esiste Po2+ Struttura delle sostanze elementari Ossigeno è in gas, è costituito da molecole biatomiche paramagnetiche O O Esiste O3 (ozono) Zolfo è un solido esiste in diverse modificazioni. La più stabile S8 Selenio diverse modificazioni allotropiche .Più stabile selenio grigio o “metallico” (catene di atomi avvolte a spirale) Tellurio struttura simile al selenio Polonio struttura metallica Esistenza in natura e preparazione allo stato elementare O è l’elemento più abbondante, si ottiene per distillazione frazionata dell’aria. S si trova in giacimenti di zolfo ( PbS, CuS, FeS2). Viene prodotto industrialmente durante la raffinazione del petrolio. Se e Te sono rari. Po è il prodotto di decadimento del Radio. Ossigeno Si prepara scaldando sostanze termicamente instabili ad alto contenuto di ossigeno Es 2 KClO3 2 KCl + 3 O2 2 BaO2 2BaO + O2 Esiste O3 ozono, gas temodinamicamente instabile 2 O3 3 O2 non avviene per motivi cinetici Per effetto delle radiazioni ultraviolette O3 O2 + O decomposizione fotochimica Avviene negli alti strati dell’atmosfera, protegge la terra da radiazioni ultraviolette Ossidi Sono composti binari dell’ossigeno a NO -2 H2O -liquido - legami a H - ghiaccio meno denso - si trova nei sali idrati - eccellente solvente per sostanze ioniche Perossidi Composti covalenti contenenti -O-OComposto più comune H2O2 forte ossidante in ambiente acido e in misura minore in ambiente alcalino. Dà reazioni di dismutazione: 2H2O2 H2O + O2 questa reazione è catalizzata da ioni metallici. Superossidi Sono sostanze ioniche contenenti lo ione O2Sono paramagnetici Zolfo E’ un elemento abbastanza abbondante. Esiste in natura allo stato elementare ed è contenuto in molti minerali (Es: PbS (galena), ZnS (blenda), CuFeS2 (calcopirite), FeS2 (pirite)), nella idrosfera come solfato, nell’atmosfera come H2S, SO2 Elementi del VII gruppo- alogeni F Cl Br I At Configurazione elettronica ns2np5 F (elemento più elettronegativo) Cl, Br, I (proprietà chimiche abbastanza simili) At (solo isotopi instabili) Sono gli elementi più elettronegativi di ciascun periodo. Sono tutti non metalli NO più comune – 1 E’ l’unico NO del fluoro Nei composti ionici è contenuto XEsistono anche composti covalenti Cl, Br, I possono formare anche composti a NO +7, +5,+3,+1 Allo stato elementare F2, Cl2 gas sono formati da molecole discrete X-X (legame convalente) Br2 liquido I2 solido Gli alogeni esistono in natura in molti minerali, e nelle acque marine. Si ottengono per ossidazione degli alogenuri. Su scala industriale il cloro è preparato per via elettrochimica da soluzioni concentrate di NaCl Gli alogenuri si dividono in : - ionici contengono X-. Gli formano principalmente gli elementi del I e II gruppo (eccetto Be) - polimeri con alogeno che forma più di un legame con Be, Al, Ga, e in alcuni casi Pb(II), Sn(II), Bi(II) - molecolari. Formati con gli elementi più elettronegativi del XIV XV XVI gruppo e con B Fluoro E’ l’alogeno più abbondante in natura Si ottiene per elettrolisi di una miscele di KF e HF (1:2) fusa HF attacca il vetro Gli alogeni come leganti Nel loro stato di ossidazione –1 gli alogeni agiscono come leganti nei confronti di metalli e non metalli Lo ione fluoruro tende a dare composti con l’elemento centrale nei suoi NO più elevati (Es. NiF63-, CuF63-) Elementi del VIII gruppo- gas nobili He Ne Ar Kr Xe Rn Configurazione elettronica a strato completo ns2np6 Alta energia di ionizzazione Bassa reattività Allo stato elementare Gas monoatomici Esistono in natura in piccola quantità Sono presenti (eccetto elio) nell’atmosfera e da essa vengono ricavati He è l’elemento più abbondante dell’universo dopo l’idrogeno. Si ricava da sorgenti di gas naturali Usi Ar è il più usato (processi metallurgici che richiedono atmosfera inerte) He usato come liquido criogenico (T di ebollizione più bassa di ogni altra sostanza chimica)
