Le proprietà periodiche degli elementi

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Le proprietà periodiche

degli elementi

3 Numero atomico

Simbolo Peso atomico

Metallo Semimetallo Non metallo

Numerazione gruppi IUPAC

1s 2s2p 3s3p 4s3d4p

5s4d5p 6s4f5d6p 7s5f6d7p

4

I II III IV V VI VII

0

Numerazione gruppi tradizionale, n° coincide con gli elettroni esterni degli elementi o elettroni di valenza

5

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

Classificazione periodica degli elementi

Blocco s (ns²) Blocco p (np⁶)

Blocco d ((n-1)d¹⁰)

Blocco f ((n-2)f¹⁴)

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1. Carica nucleare efficace (Z

o Z*) 2. Dimensioni atomiche

3. Energia di ionizzazione 4. Affinità elettronica 5. Elettronegatività 6. Carattere metallico

Le proprietà periodiche

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Carica nucleare efficace

In un atomo polielettronico gli elettroni più interni esplicano una azione di “schermo” per cui un elettrone risente di una carica Z_eff, detta carica nucleare efficace, minore di Z.

3+

- -

Li

Li: 3 e^- Z = 3 Z_eff = 1,30

9

3+

Li

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

4+

Be

-

Lungo un periodo la carica nucleare aumenta

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 e^- Z = 11 Z_eff = 2,20

Z_eff risulta tanto minore quanto minore è la penetrazione del relativo orbitale.

L’elettrone è energeticamente meno legato al nucleo quanto minore è Z_eff e al relativo orbitale corrisponderà una energia maggiore.

H 11

He

Li Na

Ne Ar

K

Kr Xe

Rb Cs

Periodo

Gruppo

Proprietà periodiche: CARICA NUCLEARE EFFICACE, Z_eff

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RAGGIO ATOMICO

Raggio atomico metallico (es. cristallo metallico Al). Viene definito come la metà della distanza internucleare tra gli atomi più vicini nel reticolo cristallino.

Raggio atomico covalente (es. molecola biatomica Cl₂). E’ la metà della distanza internucleare tra due atomi uguali.

r=d/2=99 pm

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Proprietà periodiche: RAGGIO ATOMICO lungo un gruppo

Aumenta n Aumenta r

Proprietà periodiche: RAGGIO ATOMICO

Periodo Zeff ↑

Gruppo

n ↑

15

Proprietà periodiche: RAGGIO ATOMICO

1 2 3 4 5 6 7 8 Gruppo

Raggio atomico

(pm)

Periodo

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Ionizzazione: effetto sulle dimensioni

atomiche

17

L’energia di ionizzazione

!

+

+

"

" #

" X e

X

1^a ionizzazione

! +

+

" " # " X + e X

) ) (

(

''

2^a ionizzazione

− +

+

  →  X + e

X

3^a ionizzazione

L’energia di prima ionizzazione è l’energia necessaria per togliere l’elettrone più esterno ad un atomo neutro e isolato.

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.

L’energia di ionizzazione

E2s E2p E3s 0

Na

+ 5.14 eV → Na

+ e

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Proprietà periodiche: ENERGIA di 1° IONIZZAZIONE

Gruppo

n,r

↑ Periodo

Z

↑

20

Ne [He]2s²2p⁶ F [He]2s²2p⁵ O [He]2s²2p⁴ N [He]2s²2p³ C [He]2s²2p² B [He]2s²2p¹

Be [He]2s² Li [He]2s¹

Proprietà periodiche: ENERGIA di IONIZZAZIONE

21

Gruppo

Periodo

Energia ionizzazione (kJ mol^-1)

Proprietà periodiche: ENERGIA di 1° IONIZZAZIONE

Na_(g) + 5.14 eV → Na⁺_(g) + e^- Na⁺_(g) + 47.3 eV → Na²⁺_(g) + e^-

E2s E2p E3s

Proprietà periodiche: ENERGIA di IONIZZAZIONE

Energia di 1°

ionizzazione

Energia di 2°

ionizzazione

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L’energia di 1

ionizzazione e superiori

Li Na K Be Mg Ca B Al 0

5000 10000 15000 20000 25000

1a ionizz.

2a ionizz.

3a ionizz.

4a ionizz

E’

< E’’

< E’’’

<…ecc.

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L’affinità elettronica

1 )

( )

(g

e X

E

X +

! !"

+

E

1° ordine < O Processo esotermico

2 2

) ) (

(g

e X

E

X

+

! !"

+

E_AE 2° ordine > O Processo endotermico

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.

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Proprietà periodiche: AFFINITÀ ELETTRONICA

I II III IV V VI VII

1 H

-73

2 Li Be B C N O F

-60 18 -27 -122 7 -141 -328

3 Na Mg Al Si P S Cl

-53 21 -43 -134 -72 -200 -349

4 K Ca Ga Ge As Se Br

-48 -2 -29 -120 -78 -195 -325

E_a.e.

(KJ/mol)

Periodo Zeff ↑

Gruppo r

A

↑

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

r

↑

Periodo Zeff ↑

r

↓

Proprietà periodiche: ELETTRONEGATIVITA’

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Proprietà periodiche:

ELETTRONEGATIVITA’

Elementi elettropositivi

Elementi elettronegativi

3 4

4 5 6 7 8

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Formano alogenuri covalenti Formano alogenuri ionici

Formano anioni Formano cationi

Danno ossidi acidi Danno ossidi basici

Non reagiscono con gli acidi Reagiscono con gli acidi

Forti forze attrattive tra nucleo ed elettroni esterni

Deboli forze attrattive tra nucleo ed elettroni esterni

Cattivi conduttori termici Buoni conduttori termici

Solidi, liquidi, gassosi Solidi, alto punto di fusione

Non malleabili Malleabili

Non duttili Duttili

Scarsi conduttori elettrici Buoni conduttori elettrici

NON METALLI

METALLI

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Proprietà periodiche: CARATTERE METALLICO

Conducibilità elettrica bassa ma non nulla Proprietà intermedie fra metalli e non metalli

Energia di ionizzazione Affinità elettronica Elettronegatività

Raggio atomico aumenta

aumenta

aumenta

aumenta