LA TABELLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI Principio dell’Aufbau (riempimento) Distribuzione energetica reale dei livelli energetici atomici Schema semplificato dei livelli energetici atomici 7p Schema empirico da adottare per il corretto riempimento degli orbitali atomici 4f elettrane Configurazioni elettroniche Z= 6 tre regole si applicano per predire la configurazione elettronica nello stato fondamentale di un atomo: Il principio di esclusione di Pauli. Esiste un ulteriore numero quantico definito numero quantico di spin ms, che può assumere valori di -1/2 o +1/2 (per elettrone). Nessuna coppia di elettroni può avere gli stessi 4 numeri quantici e quindi un orbitale può “ospitare” solo 2 elettroni. Questa regola non ha eccezioni. Il principio dell’aufbau (riempimento). Le configurazioni elettroniche sono costruite riempendo per primi gli orbitali ad energia più bassa (quando le differenze di energia sono significative). Questa regola permette di ottenere le configurazioni elettroniche nello stato fondamentale. Altre configurazioni eccitate che non violino il principio di Pauli sono possibili. Regola di Hund. Laddove gli orbitali hanno la stessa energia (degenerati) o quasi, questi vengono riempiti ciascuno con un elettrone, con spin paralleli, prima che inizi l’accoppiamento. Altre configurazioni rappresentano stati eccitati (non sono vietate). Configurazione elettronica corretta Elementi disposti in ordine crescente di massa atomica Altre configurazioni periodiche degli elementi RIGO o PERIODO I periodi sono individuati da numeri COLONNA o GRUPPO I gruppi sono individuati da numeri romani e dalle lettere A o B NOMI DI GRUPPO PIU’ COMUNI Metalli alcalini Metalli alcalino-terrosi Alogeni Gas nobili LANTANIDI ATTINIDI METALLI E NON METALLI Metalli: tutti solidi a Metalli: temperatura ambiente (tranne il mercurio), hanno bassa elettronegatività ed energia di ionizzazione, sono buoni conduttori di calore e di elettricità, sono duttili e malleabili METALLI E NON METALLI Non metalli: metalli: a temperatura ambiente possono essere solidi, liquidi o gassosi, hanno alta elettronegatività ed energia di ionizzazione, sono cattivi conduttori di calore e di elettricità. Semi metalli ( o metalloidi)): hanno metalloidi caratteristiche intermedie. Silicio e germanio, essendo semi conduttori, sono impiegati in elettronica STATI FISICI A 25° 25°C La POSIZIONE che un elemento occupa nella tabella periodica è un riflesso della sua CONFIGURAZIONE ELETTRONICA Per CONFIGURAZIONE ELETTRONICA di un atomo si intende la disposizione degli elettroni negli orbitali atomici 5s 4p 3d Configurazione elettronica del Bromo (Br) 4s 3p 3s 2p 2s 1s 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5 6d 5f 7s 6p 5d 4f 6s 5p 4d 5s 4p 3d 1 2 4s 3p 3 4 3s 2p 2s 1s 5 6 7 Il tipo di orbitale più esternamente occupato da uno o più elettroni, condiziona la posizione dell’elemento nella tabella Il tipo di orbitale più esternamente occupato da uno o più elettroni, condiziona le proprietà chimiche dell’elemento e la sua posizione nella tabella 1 2 3 4 5 6 7 PERIODO elettroni in comune su orbitali col numero quantico principale più alto 12 17 Mg Cl f f d d p p s 1 d p d s p s s 1s22s22p6 3s2 2 3 p s 4 1 p s s s 1s22s22p63s2 3p5 2 3 4 VIA GRUPPO: GRUPPO: identica configurazione elettronica più esterna e quindi comportamento chimico simile 8 34 O Se f f d d p p s 1 d p d s p s s 1s22s22p4 2 3 p s 4 1 s 2 p s s 1s22s22p63s23p64s23d104p4 3 4 Quanti e quali “ingredienti” elementari sono necessari per fare un organismo vivente ? He Ne Ar Kr Xe Rn Alcune proprietà degli elementi mostrano VARIAZIONI GRADUALI procedendo attraverso un periodo o un gruppo (PROPRIETA’ PERIODICHE). PERIODICHE). Conoscere queste tendenze permette di comprendere le PROPRIETA’ CHIMICHE DIMENSIONI ATOMICHE ENERGIA DI PRIMA IONIZZAZIONE AFFINITA’ ELETTRONICA ELETTRONEGATIVITA’ DIMENSIONI ATOMICHE ENERGIA DI PRIMA IONIZZAZIONE AFFINITA’ ELETTRONICA ELETTRONEGATIVITA’ IL VOLUME ATOMICO IL RAGGIO ATOMICO Volume occupato dagli orbitali contenenti gli elettroni dell’atomo dell’elemento La metà della distanza tra i nuclei di due atomi della stessa specie in una molecola biatomica Aumentando il numero di elettroni nello stesso guscio orbitalico aumenta l’attrazione con i protoni nucleari causando una contrazione diminuisce aumenta Si occupa un guscio orbitalico con numero quantico principale n maggiore e quindi più voluminoso DIMENSIONI ATOMICHE ENERGIA DI PRIMA IONIZZAZIONE AFFINITA’ ELETTRONICA ELETTRONEGATIVITA’ ENERGIA DI PRIMA IONIZZAZIONE Energia necessaria per strappare ad un atomo uno dei suoi elettroni più esterni A + Energia ---------> A+ + e- Aumenta spostandosi da sinistra verso destra in un periodo, diminuisce scendendo lungo un gruppo DIMENSIONI ATOMICHE ENERGIA DI PRIMA IONIZZAZIONE AFFINITA’ ELETTRONICA ELETTRONEGATIVITA’ AFFINITA’ ELETTRONICA Energia liberata per acquisire un elettrone da parte di un atomo neutro A + ee- -------------------> > AA- + Energia Aumenta spostandosi da sinistra verso destra in un periodo, diminuisce scendendo lungo un gruppo DIMENSIONI ATOMICHE ENERGIA DI PRIMA IONIZZAZIONE AFFINITA’ ELETTRONICA ELETTRONEGATIVITA’ ELETTRONEGATIVITA’ Nel legame chimico due atomi mettono in compartecipazione gli elettroni degli orbitali più esterni, che iniziano ad orbitare intorno ad entrambi i nuclei L’ L’ELETTRONEGATIVITA’ ELETTRONEGATIVITA’ è la forza con cui gli atomi di un elemento attirano gli elettroni di legame (Definizione di PAULING) Aumenta spostandosi da sinistra verso destra in un periodo, diminuisce scendendo lungo un gruppo ELETTRONEGATIVITA’ Nel legame chimico due atomi mettono in compartecipazione gli elettroni degli orbitali più esterni, che iniziano ad orbitare intorno ad entrambi i nuclei L’ L’ELETTRONEGATIVITA’ ELETTRONEGATIVITA’ è la forza con cui gli atomi di un elemento attirano gli elettroni di legame (Definizione di PAULING) Scala di PAULING Volume atomico Volume atomico Numero atomico (Z): numero dei protoni presenti nel nucleo 1 H 1,008 Simbolo chimico Massa Atomica: media ponderata dei pesi atomici di tutti gli isotopi dell’elemento Si definiscono ISOTOPI o NUCLIDI di un elemento, atomi che hanno lo stesso numero atomico Z, ma differiscono per il numero di massa A. Gli isotopi hanno le stesse proprietà chimiche simbolo dell’elemento A numero di massa X Z numero atomico Alcuni isotopi sono stabili, altri ( i radioisotopi) sono instabili e tendono alla stabilità emettendo radiazioni (α α, β o γ) disintegrandosi in elementi stabili. ISOTOPI DELL’IDROGENO 1H 1 2H 1 3H 1 PESO ATOMICO somma dei pesi dei protoni e dei neutroni presenti nel nucleo. DALTON o UNITA’ DI MASSA ATOMICA (uma) 1/12 della massa dell’isotopo 12C = 1.6605 x 10-24 g Prozio Deuterio Trizio 1H 2H 3H 1 Peso (g) 1,672 x 10-24 Peso atomico (uma) 1,007 Abbondanza relativa 1 3,346 x10-24 2,01 99,985 % 0,015 % 1 5,02 x 10-24 3,02 ≈ 10-5 % MASSA ATOMICA 1 H 1,008 1,007 x 99,985 + 2,01 x 0,015 + 3,02 x 10-5 100 100 100 Massa Atomica: Atomica: media ponderata dei pesi atomici di tutti gli isotopi dell’elemento PESO MOLECOLARE somma delle masse atomiche degli atomi che costituiscono la molecola MOLE Quantità espressa in grammi pari al peso molecolare della sostanza (atomo o molecola) espressa in unità di massa atomica. Es. NaCl (cloruro di sodio) P.A. Na : 22.99 d P.A. Cl : 35.45 d P.M. NaCl : 58.44 d 1 mole di NaCl 58.44 g Una mole di una qualsiasi sostanza contiene lo stesso numero di particelle , detto numero di Avogadro : N = 6.023 x 1023 Il NUMERO DI MOLI contenuto in una nota massa di una sostanzapuò essere calcolato dalla seguente relazione : n (moli) = m (g ) P.M. (g/mole) n (moli) = Problema : dati 233.76 g di NaCl Risposta : n (moli) = 233.76 58.44 =4 m (g ) P.M. (g/mole) n (moli) ? numero di molecole ? ; numero di molecole : 4 x N = 24 x1023 = 2.4 x1024 LEGGE DI AVOGADRO A parità di condizioni di pressione e temperatura, volumi uguali di gas diversi contengono un ugual numero di molecole (e quindi un ugual numero di moli) IN CONDIZIONI NORMALI (0° (0°C e 1 atm) UNA MOLE DI QUALSIASI GAS OCCUPA UN VOLUME DI 22,4 LITRI DOMANDA 88g di CO2 a 0°C e 1 atm occupano il volume di 44,8 litri. Quale volume occupano nelle stesse condizioni 32 g di metano (CH4)? n. moli in 88 gr di CO2 n. moli in 32 gr di CH4 P.A.(C): 12 P.A.(C): 12 P.A.(O): 16 P.A.(H): 1 P.M.(CO2): 44 P.M.(CH4): 16 n. moli= 88 g = 2 n. moli= 32 g = 2 16 44 n (moli) = m (g ) P.M. (g/mole) RISPOSTA: 44,8 litri Suggerimento per imparare la tabella periodica