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)
