La tavola periodica

La tavola periodica
Capitolo 8
Scoperta degli elementi
4f
5f
ns2np6
ns2np5
ns2np4
ns2np3
ns2np2
ns2np1
d10
d5
d1
ns2
ns1
Configurazione elettronica fondamentale degli elementi
Classificazione degli elementi
Configurazione elettronica di cationi ed anioni
degli elementi rappresentativi
Na [Ne]3s1
Na+ [Ne]
Ca [Ar]4s2
Ca2+ [Ar]
Al [Ne]3s23p1
Al3+ [Ne]
Gli atomi acquistano
elettroni in modo che
l’anione abbia una
configurazione
elettronica esterna di
gas nobile.
Gli atomi perdono elettroni
così il catione ha una
configurazione elettronica
esterna di gas nobile.
H 1s1
H- 1s2 or [He]
F 1s22s22p5
F- 1s22s22p6 or [Ne]
O 1s22s22p4
O2- 1s22s22p6 or [Ne]
N 1s22s22p3
N3- 1s22s22p6 or [Ne]
-1
-2
-3
+3
+2
+1
Cationi ed anioni degli elementi rappresentativi
Na+: [Ne]
Al3+: [Ne]
O2-: 1s22s22p6 o [Ne]
F-: 1s22s22p6 o [Ne]
N3-: 1s22s22p6 o [Ne]
Na+, Al3+, F-, O2-, e N3- sono tutti isoelettronici con Ne
Quale atomo neutro è isoelettronico con H- ?
H-: 1s2
stessa configurazione elettronica di He
Configurazione elettronica dei cationi dei metalli di
transizione
Quando un catione è formato da un atomo di un metallo di
transizione, gli elettroni sono sempre rimossi prima dagli
orbitali ns e poi dagli orbitali (n – 1)d.
Fe:
[Ar]4s23d6
Fe2+: [Ar]4s03d6 o [Ar]3d6
Fe3+: [Ar]4s03d5 o [Ar]3d5
Mn:
[Ar]4s23d5
Mn2+: [Ar]4s03d5 o [Ar]3d5
Carica Nucleare Effettiva (Zeff) è la “carica positiva”
effettivamente sentita da un elettrone.
Zeff = Z - σ
0 < σ < Z (σ = costante di schermo)
Zeff ≈ Z – numero degli elettroni interni
Z
e– interni Zeff
Raggio (pm)
Na
11
10
1
186
Mg
12
10
2
160
Al
13
10
3
143
Si
14
10
4
132
Carica Nucleare Effettiva (Zeff)
aumenta Zeff
aumenta Zeff
Raggio Atomico
Raggi Atomici
Confronto tra Raggi Atomici e Raggi Ionici
Il Catione è sempre più piccolo
dell’atomo di provenienza.
L’Anione è sempre più grande
dell’atomo da cui deriva.
8.3
I Raggi (in pm) degli ioni degli elementi più comuni
8.3
Chimica in Azione: Il 3° Elemento Liquido?
113 elementi, 2 sono liquidi a 250C – Br2 e Hg
223Fr,
t1/2 = 21 minuti
Liquid?
L’energia di ionizzazione è l’energia minima (kJ/mol)
richiesta per rimuovere un elettrone da un atomo gassoso
nel suo stato fondamentale.
I1 + X (g)
X+(g) + e-
I1 Energia di prima ionizzazione
I2 + X+(g)
X2+(g) + e-
I2 Energia di seconda ionizzazione
I3 + X2+(g)
X3+(g) + e-
I3 Energia di terza ionizzazione
I1 < I2 < I3
8.4
Variazione dell’energia di prima ionizzazione con il numero
atomico
Riempimento livello n=1
Riempimento livello n=2
Riempimento livello n=3
Riempimento livello n=4
Riempimento livello n=5
Aumento dell’energia di prima ionizzazione
Andamento generale delle energie di
prima ionizzazione
Aumento dell’energia di prima ionizzazione
L’Affinità eletronica è l’inverso della variazione di energia
che avviene quando un elettrone da un atomo, allo stato
gassoso, per formare un anione.
X (g) + e-
X-(g)
F (g) + e-
X-(g)
ΔH = -328 kJ/mol
EA = +328 kJ/mol
O (g) + e-
O-(g)
ΔH = -141 kJ/mol
EA = +141 kJ/mol
8.5
Variazione delll’affinità elettrica con
il numero atomico (H – Ba)
Relazioni diagonali nella tavola periodica
Elementi del Gruppo 1A (ns1, n ≥ 2)
M+1 + 1e-
2M(s) + 2H2O(l)
4M(s) + O2(g)
2MOH(aq) + H2(g)
2M2O(s)
Aumento della reattivvità
M
Elementi del Gruppo 1A (ns1, n ≥ 2)
Elementi del Gruppo 2A (ns2, n ≥ 2)
M
M+2 + 2e-
Be(s) + 2H2O(l)
Nessuna Reazione
Mg(s) + 2H2O(g)
Mg(OH)2(aq) + H2(g)
M(OH)2(aq) + H2(g) M = Ca, Sr, or Ba
Aumento della reattività
M(s) + 2H2O(l)
8.6
Elementi del Gruppo 2A (ns2, n ≥ 2)
Elementi del Gruppo 3A (ns2np1, n ≥ 2)
4Al(s) + 3O2(g)
2Al(s) + 6H+(aq)
2Al2O3(s)
2Al3+(aq) + 3H2(g)
Elementi del Gruppo 3A (ns2np1, n ≥ 2)
Elementi del Gruppo 4A (ns2np2, n ≥ 2)
Sn(s) + 2H+(aq)
Sn2+(aq) + H2 (g)
Pb(s) + 2H+(aq)
Pb2+(aq) + H2 (g)
Elementi del Gruppo 4A (ns2np2, n ≥ 2)
Elementi del Gruppo 5A (ns2np3, n ≥ 2)
N2O5(s) + H2O(l)
P4O10(s) + 6H2O(l)
2HNO3(aq)
4H3PO4(aq)
Elementi del Gruppo 5A (ns2np3, n ≥ 2)
Elementi del Gruppo 6A (ns2np4, n ≥ 2)
SO3(g) + H2O(l)
H2SO4(aq)
Elementi del Gruppo 6A (ns2np4, n ≥ 2)
Elementi del Gruppo 7A (ns2np5, n ≥ 2)
X2(g) + H2(g)
X -1
2HX(g)
Aumento di reattività
X + 1e-
Elementi del Gruppo 7A (ns2np5, n ≥ 2)
Elementi del Gruppo 8A (ns2np6, n ≥ 2)
Sottolivelli ns e np completi. Energie di
ionizzazione più alte tra tutti gli elementi.
Nessuna tendenza ad accettare elettroni
extra.
Proprietà degli ossidi attraverso un periodo
Basiche
Acide
Chimica in Azione: Scoperta dei Gas Nobili
Sir William Ramsay