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Il sistema periodico 1
LICEO SCIENTIFICO STATALE“LEONARDO da VINCI di FIRENZE
CORSO SPERIMENTALE FDOCENTE Prof. Enrico Campolmi
IL SISTEMA PERIODICO
Il sistema periodico 2
Attualmente si conoscono 109 elementi: 92 naturali e 17 artificiali
Il sistema periodico 3
Abbondanza relativa dei vari elementi
Il sistema periodico 4
Nella seconda metà dell’800, quando gli elementi conosciuti erano circa 50, si cominciò a cercare un criterio per classificarli
Nel 1869, il chimico russo Mendeleèv propose una classificazione basata sulle proprietà chimiche
D. I. Mendeleèv (1834 – 1907)
Gli elementi sono disposti secondo colonne verticali (gruppi)
e righe orizzontali (periodi)
Il sistema periodico 5
Successivamente alla scoperta dei numeri atomici gli, elementi vennero disposti in ordine crescente di numero atomico
Il sistema periodico 6
•B•2p1
1IA
18VIIIA
12IIA
13IIIA
14IVA
15VA
16VIA
17VIIA
2
33
IIIB4IVB
5VB
6VIB
7VIIB
8 9VIIIB
10 11IB
12IIB
4
5
6
7
H1s1
Li2s1
Na3s1
K4s1
Rb5s1
Cs6s1
Fr7s1
Be2s2
Mg3s2
Ca4s2
Sr5s2
Ba6s2
Ra7s2
Sc3d1
Ti3d2
V3d3
Cr4s13d5
Mn3d5
Fe3d6
Co3d7
Ni3d8
Zn3d10
Cu4s13d10
B2p1
C2p2
N2p3
O2p4
F2p5
Ne2p6
He1s2
Al3p1
Ga4p1
In5p1
Tl6p1
Si3p2
Ge4p2
Sn5p2
Pb6p2
P3p3
As4p3
Sb5p3
Bi6p3
S3p4
Se4p4
Te5p4
Po6p4
Cl3p5
Be4p5
I5p5
At6p5
Ar3p6
Kr4p6
Xe5p6
Rn6p6
Y4d1
La5d1
Ac6d1
Cd4d10
Hg5d10
Ag5s14d10
Au6s15d10
Zr4d2
Hf5d2
Nb4d3
Ta5d3
Mo5s14d5
W6s15d5
Tc4d5
Re5d5
Ru4d6
Os5d6
Rh4d7
Ir5d7
Ni4d8
Ni5d8
Riempiendo gli orbitali otteniamo la configurazione elettronica dei vari elementi
Tutti gli elementi dello stesso periodo hanno gli elettroni più esterni nello stesso livello energetico
Gli elementi dell’ottavo gruppo (gas nobili) riempiono gli orbitali s e p dell’ultimo livello energetico
Il sistema periodico 7
La configurazione elettronica interna di ogni elemento corrisponde a quella del gas nobile precedente
Tutti gli elementi dello stesso gruppo hanno la medesima configurazione elettronica esterna
Il sistema periodico 8
1s
2s 2p
3s 3p 3d
4s 4p 4d 4f
5s 5p 5d 5f
6s 6p 6d
7s
Attraversando i blocchi, mano a mano che cresce il numero atomico, è possibile memorizzare l’ordine di riempimento degli orbitali
Il sistema periodico 9
LE PROPRIETA’ PERIODICHE
Nel susseguirsi degli elementi, periodicamente ricompaiono delle caratteristiche comuni
Elementi appartenenti allo stesso gruppo, avendo la stessa configurazione elettronica esterna, hanno comportamento chimico simile
Fluoro 2s22p5 HF
Cloro 3s23p5 HCl
Bromo 4s24p5 HBr
Iodio 5s25p5 HIIl volume atomico
aumenta
diminuisce
Il sistema periodico 10
Il volume atomico influenza la forza con la quale gli elettroni più esterni sono legati al nucleo.
La regola dell’ottetto
Tutto in natura tende verso una maggiore stabilità, intesa come assenza di cambiamentoPiù una sostanza è stabile e più difficilmente parteciperà a reazioni chimiche
In natura non si incontrano mai atomi isolati, perché non sono stabili
A questa regola fanno eccezione i gas nobili, che sono invece elementi molto stabili
La loro stabilità risiede nella loro configurazione elettronica esterna nS2 nP6, (He fa eccezione) con gli orbitali S e P riempiti da 8 elettroni (un ottetto)
La configurazione elettronica otteziale, conferendo la massima stabilità possibile, costituisce il riferimento che tutti gli atomi cercano di raggiungere attraverso le reazioni chimiche
Tutti gli elementi reagiscono e formano legami per raggiungere la configurazione elettronica esterna del gas nobile più vicino
Il sistema periodico 11
Gli ioni
Se l’atomo cede alcuni dei suoi elettroni esterni assume una carica positiva e si trasforma in uno ione positivo o catione
Li → Li+ + e− catione monovalente
Ca → Ca2+ + 2e− catione bivalente
Fe → Fe3+ + 3e− catione trivalente
Pb → Pb4+ + 4e− catione tetravalente
Le dimensioni dei cationi sono minori di quelle degli atomi di partenza, in quanto i protoni sono adesso più degli elettroni residui e li attirano con maggior forza, facendo diminuire il volume atomico
Se l’atomo acquista elettroni assume una carica negativa diventando uno ione negativo o anione;
F + e−→ F− anione monovalente
O + 2e−→O2− anione bivalente
N + 3e−→ N3− anione trivalente
Le dimensioni degli anioni sono maggiori di quelle degli atomi di partenza, in quanto i protoni sono adesso meno degli elettroni e li attirano con minor forza, gli elettroni possono quindi allontanarsi un poco dal nucleo, facendo aumentare il volume atomico
Il sistema periodico 12
Per quale motivo un atomo cede o acquista degli elettroni?
Na (Ne) 3S1
Na+ (Ne) Ha raggiunto formalmente l’ottetto
F 1S2 2S2 2p5
F− (Ne) Ha raggiunto formalmente l’ottetto
Gli atomi si trasformano in ioni per raggiungere la configurazione elettronica del gas nobile più vicino
E’ possibile prevedere in quale tipo di ioni monoatomici un elemento si trasformerà, a seconda della sua posizione nella tabella periodica,
Il sistema periodico 13
gruppo Ioni monoatomici gruppo Ioni monoatomici
I°Cationi monovalenti (Na+; K+ ecc.)
V°
raramente cationi trivalenti (Bi 3+)
o anioni trivalenti(N3-)
II°Cationi bivalenti
(Mg 2+; Ca 2+ ecc.)
III°Cationi trivalenti
(Al 3+) VI°
anioni bivalenti (O2-; S2-)
IV°
Cationi bivalenti
(Sn 2+; Pb 2+ )
Cationi tetravalenti (Sn 4+; Pb 4+ )
VII°anioni monovalenti
(Cl-; F-; ecc.)
Il sistema periodico 14
Energia di ionizzazione
Energia necessaria per strappare ad un atomo uno dei suoi elettroni più esterni
Aumenta spostandosi da sinistra verso destra in un periodo, diminuisce scendendo lungo un gruppo
Varia in modo opposto rispetto al volume atomico
Tale andamento concorda con la distribuzione degli ioni nei vari gruppi
Il sistema periodico 15
Elettronegatività
Nel legame chimico due atomi mettono in compartecipazione gli elettroni degli orbitali più esterni, che iniziano ad orbitare intorno ad entrambi i nuclei
L’elettronegatività è la forza con cui gli atomi di un elemento attirano gli elettroni di legame
Aumenta spostandosi da sinistra verso destra in un periodo, diminuisce scendendo lungo un gruppo
L’elettronegatività varia in modo opposto rispetto al volume atomico
Il sistema periodico 16
Metalli e non metalli
Metalli: tutti solidi a temperatura ambiente (tranne il mercurio), hanno bassa elettronegatività ed energia di ionizzazione, sono buoni conduttori di calore e di elettricità, sono duttili e malleabili
Non 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 caratteristiche intermedie. Silicio e germanio, essendo semi conduttori, sono impiegati in elettronica
Il sistema periodico 17
Il peso atomico
Neutroni: particelle sub atomiche prive di carica, con massa uguale a quella del protone (1,66 x 10-24 grammi), che si trovano nel nucleo assieme ai protoni. Sono stati scoperti da James Chadwick nel 1932
J. Chadwick (1891 – 1974)
Numero di massa (A): numero puro dato dalla somma dei protoni e dei neutroni presenti nel nucleo
Peso atomico (espresso in UMA): somma dei pesi dei protoni e dei neutroni presenti nel nucleo
Isotopi: atomi che possiedono lo stesso numero atomico, ma diverso numero di massa. Gli isotopi hanno le stesse proprietà chimiche
1Hidrogeno
2Hdeuterio
3Htrizio
Il sistema periodico 18
Il peso atomico di un elemento è dato dalla media ponderata dei pesi atomici di tutti i suoi isotopi
1H99,985%
2H0,015%
3H≈ 10-5%
•B•2p1
1IA
18VIIIA
12IIA
13IIIA
14IVA
15VA
16VIA
17VIIA
2
33
IIIB4IVB
5VB
6VIB
7VIIB
8 9VIIIB
10 11IB
12IIB
4
5
6
7
H
Li
Na
K
Be
Mg
Ca Cr Mn Fe ZnCu
B C N O F Ne
He
Al Si
Sn
Pb
P
As
Sb
S
Se
Cl
Be
I
Ar
Kr
Xe
RnHg
Ag
Au
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