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La moderna classificazione periodica degli elementi

Descrizione generale della tavola periodica degli elementi: i gruppi, i periodi e la loro numerazione.

Proprietà generali dei metalli alcalini, alcalino-terrosi, alogeni e gas nobili. I blocchi s , p , d e f .

Carica nucleare efficace, raggio atomico, raggio ionico, energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività e carattere metallico: significato e loro andamento lungo i gruppi e i periodi.

Metalli, non metalli e semi-metalli.

Numerazione gruppi IUPAC Mendeleev , 17 febbraio 1869

La tavola periodica degli elementi (forma a lunghi periodi)

LEGENDA

Li Solidi Cs Liquidi Ar Gas Tc Artificiali

Metalli Alcalini Metalli alcalino terrosi Metalli di Transizione Terre Rare

Altri metalli Gas nobili Alogeni Non metalli

La linea rossa divide i metalli (in basso a sinistra) dai non metalli (in alto a destra)

I(1)

II(2)

III(13)

IV(14)

V(15)

VI(16)

VII(17)

O(18)

(3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12)

Gruppi

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(2)

(1)

Per

iod

i

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

NumerazioneNumerazione(numerazione-IUPAC- Inter. Un. Pure and Appl. Chem)

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 quindi comportamento chimico simile.

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

Blocco s(ns1, ns2)

Blocco d( (n-1)d10 )

Blocco p(ns2 np1, ns2 np5)

Blocco f( (n-2)f 14)

Gas nobili(ns2 np6)

Metalli alcalini, M+

Metalli alcalino-terrosi, M++

Alogeni, X-

Blocco s e blocco p: elementi tipici o rappresentativi

I II III IV V VI VII 0

Le proprietà periodiche

Carica nucleare efficace (Zeff o Z*)

Dimensioni atomiche (raggio atomico e raggi ionici)

Energia di ionizzazione

Affinità elettronica

Elettronegatività

Carattere metallico

--

Carica nucleare efficace

In un atomo polielettronico gli elettroni più interni esplicano una azione di “schermo” per cui un elettrone risente di una carica Zeff (carica nucleare efficace) minore di Z

H

Li

2+--

He

Carica nucleare efficace

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:

Zeff risulta tanto minore quanto minore è la penetrazione del relativo

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

Proprietà periodiche: CARICA NUCLEARE EFFICACE, Zeff

RAGGIO ATOMICO

Raggio atomico covalente: molecola biatomica, F2

Raggio atomico metallico: cristallo metallico, Al Raggio atomico di Van der Waals: aggregati allo stato solido, He

2 rA

1pm = 0.01Ǻ

Proprietà periodiche: RAGGIO ATOMICO lungo un gruppo

Proprietà periodiche: RAGGIO ATOMICO

PeriodoZeff

Gruppon

Proprietà periodiche: RAGGIO ATOMICO

Ionizzazione: effetto sulle dimensioni atomicheRaggio ionicoRaggio ionico

rNa=1.54 Å, rNa+= 1.02 Å

rAl= 1.43 Å, rAl3+= 0.54 Å

rF=0.71 Å, rF-= 1.33 Å

RAGGIO IONICO

L’energia di ionizzazione

1a ionizzazione

3a ionizzazione

L’energia di ionizzazione

0

E3s

E2p

E2s

E’ion

1eV= 23,053 kcal/mol

1 kcal/mol = 13.7 kJ/mol

Na Na+

E’ion

E’’ion

Ne: [He] 2s2 2p6

Eccezioni: elementi dei gruppi III e VI ( o 13 e 16)Si passa da ns2 np1 a ns2, e da ns2 np4 a ns2 np3

LiNa

K Rb Cs

Z

Elemento

Configurazione elettronica

Energia di ionizzazione (eV)

1

s

2

s p

3

s p

I II III IV V VI VII VIII

HHe

1

2

13.6

24.6 54.4

LiBeBCNOF Ne

22222222

122 – 12 – 22 – 32 – 42 – 52 - 6

5.49.38.3

11.314.513.617.421.6

75.618.225.124.429.635.135.041.1

122.4153.937.947.947.454.962.664.0

217.7259.364.577.577.487.297.2

340.1392.097.9

113.9114.2126.4

489.8551.9138.1157.1157.9

666.8739.1185.1

871.1953.6

NaMgAlSiPSClAr

22222222

2 – 62 – 62 – 62 – 62 – 62 – 62 – 62 – 6

122 – 12 – 22 – 32 – 42 – 52 – 6

5.17.66.08.1

11.010.413.015.8

47.315.018.816.319.723.423.827.6

71.780.128.433.430.235.039.940.9

98.9109.3120.045.151.447.353.559.8

138.6141.2153.8166.765.072.567.875.0

172.4186.9190.4205.1220.488.096.791.3

208.4225.3241.9246.4263.3281.0114.3124.0

264.2266.0285.1303.9309.3328.8348.3143.5

MgMg++++

AlAl++++++

NaNa++

In generale:

quanto più bassa è Eion, tanto più facilmente si può formare uno ione positivo ;

i metalli alcalini sono gli elementi più elettropositivi:

l’elettropositività decresce da sinistra verso destra spostandosi lungo i singoli periodi;

l’elettropositività cresce dall’alto verso il basso entro i singoli gruppi (cioè dall’elemento più leggero al più pesante).

Elemento a più alto valore di energia di ionizzazione: Fluoro (F)

Elemento a più basso valore di energia di ionizzazione: Francio (Fr)

Ad esempio consideriamo il secondo periodo:

N

Eccezioni: elementi dei gruppi II e V ( o 2 e 15)Si passa da ns2 a ns2 np1, e da ns2 np3 a ns2 np4

Eccezioni: elementi dei gruppi II e V (o 2 e 15)

Si passa da una configurazione ns2 a ns2np1 e da ns2 np3 a ns2 np4 rispettivamente, con annullamento della simmetria nella distribuzione di carica elettrica attorno al nucleo

Proprietà periodiche: AFFINITÀ ELETTRONICA

I II III IV V VI VII

H

Li Be B C N O F

Na Mg Al Si P S Cl

K Ca Ga Ge As Se Br

-731

2

3

4

Ee.a.

(KJ/mol)

Periodo

Zeff

Gruppo ra

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

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

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

Interessamento dell’orbitale np di più alta energia – orbitale ns più esterno saturo.

Semisaturazione degli orbitali 2p e 3p rispettivamente.

Proprietà periodiche: AFFINITÀ ELETTRONICA

Elementi meno elettronegativi

Metalli vs. non metalli

METALLI NON METALLI

Buoni conduttori elettrici Cattivi conduttori

Duttili Non duttili

Malleabili Non malleabili

Solidi, alto punto di fusione Solidi, liquidi, gassosi

Buoni conduttori termici Cattivi conduttori termici

Reagiscono con gli acidi Non reagiscono con gli acidi

Danno ossidi basici (CaO, NaOH, NaH, ...)

Danno ossidi acidi (CO2, SO2, H2SO4, HCl,…)

Formano cationi Formano anioni

Formano alogenuri ionici Formano alogenuri covalenti

Ordinare i seguenti elementi in ordine di raggio atomico crescente: Cu, K, Fe, Ge, Se, Sc. Ordinare i seguenti elementi in ordine di energia di 1° ionizzazione decrescente: Sb, P, As, Bi, N. •Ordinare i seguenti elementi in ordine di elettronegatività crescente: Cl, Al, Si, Mg, P. •Scrivere il simbolo chimico degli elementi: rame, fosforo, selenio, argento, osmio, piombo, astato, xeno, radio, cerio, zirconio, bismuto.•Scrivere il nome degli elementi che corrispondono ai seguenti simboli chimici: Rb, Al, Se, Pt, Mo, Sb, Sn, Po, Sc. •Ordinare i seguenti elementi in ordine di dimensioni atomiche (raggio atomico) decrescente: Ga, Tl, Al, B, In.

Esercizi