15/10/2012

Il sistema periodico degli elementi•• CosCos’è’è il sistema periodico ?il sistema periodico ?•• Che informazioni ne possiamo ricavare ?Che informazioni ne possiamo ricavare ?•• Che predizioni possiamo trarne ?Che predizioni possiamo trarne ?

Meyer: periodicità delle variazioni del volume molare atomico

massamassa atomicaatomica

Volume atomicoVolume atomico

Mendeleev e Lothar Meyer Mendeleev e Lothar Meyer (1869)(1869)

le proprietle proprietàà degli elementi degli elementi variano periodicamente con variano periodicamente con la la massa atomicamassa atomica..

Mendeleev: la tavola periodica degli elementi

• Mendeleev lasciò vuoti alcuni posti, in corrispondenza di elementi non ancora scoperti (68 Ga 1871, 44 Sc 1879, 72 Ge 1886), prevedendone alcune proprietà (massa, densità, colore etc.).• Previde l’esistenza di un elemento (100) non presente in natura (Tc).• Non previde invece l’esistenza dei gas nobili.

Ramsay li sistemò in un gruppo 0 tra gli alogeni (VII) e i metalli alcalini (I).

Moseley (1913) correlò le frequenze di emissione dei raggi X di vari elementi con il loro numero atomico.

ν = A(Z – b)2

Moseley: il numero atomico come base del sistema periodico

Configurazione elettronica dalla Configurazione elettronica dalla Tavola PeriodicaTavola Periodica

ss ppdd

ff

Blocco principaleBlocco principaleBlocco principale

La tavola periodica moderna

1234567

7 “periodi”7 “periodi”

La tavola periodica moderna1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 13141516 1718

18 “gruppi”18 “gruppi”

La tavola periodica modernaI II III IV V VI VII VIII

La tavola periodica modernagas nobiligas nobilimetalli alcalinimetalli alcalini

metalli alcalino-terrosimetalli alcalino-terrosi

metalli di transizionemetalli di transizione

alogenialogenicalcogenicalcogeni

LantanidiLantanidi

AttinidiAttinidi

La tavola periodica moderna

metallimetalli

nonmetallinonmetalli

metalloidimetalloidi

gas nobiligas nobili

Qual Qual èè la differenza tra metalli e la differenza tra metalli e nonmetalli a livello nonmetalli a livello atomicoatomico??

Gas nobili:Gas nobili:

configurazione elettronicaconfigurazione elettronica

nnss22 ((nnpp6)6)

Sono molto stabili!

Atomi carichi: gli ioniAtomi carichi: gli ioni• Cosa sono?

– Atomi o gruppi di atomi con una carica elettrica

sono carichi (-)Anioni: si formano catturando elettroni

Cationi: si formano perdendo elettronisono carichi (+)

A

A+

A-

+ e−Catione

Anione

+ e−

La tavola periodica moderna

Z = 11[Ne] 3s1

Na

[Ne] 3s1

Na+

[Ne]

−1e

Z = 10

La tavola periodica moderna

Z = 16[Ne] 3s2 3p4

S

[Ne] 3s2 3p4

S2-

[Ne] 3s23p4

[Ar]

+2e

Z = 183s2 3p6

I I metallimetalli tendonotendono a formare a formare cationicationi

I I nonmetallinonmetalli tendonotendono a formare a formare anionianioni

Numero atomicoNumero atomico

Volume atomicoVolume atomico

Si preferisce oggi parlare di raggio atomico

EE’’ possibile spiegare il diagramma di possibile spiegare il diagramma di Meyer?Meyer?

Si stabilisce che r ionico di O2-

sia 140 pm (1.40 Å)

Vari tipi di raggi atomiciVari tipi di raggi atomici

Metà della distanza tra atomi identici legati da un legame covalente singolo.

Metà della distanza tra atomi a contatto nel reticolo cristallino.

Non ci possono essere specie identiche!

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Raggi atomici in funzione di Raggi atomici in funzione di ZZ

Numero atomico Numero atomico ZZ

Raggio covalenteRaggio covalente(pm)(pm)

Variazione r.a. lungo un gruppo.All’aumentare di n la densità radiale si estende sempre più lontano dal nucleo.

Aumenta la dimensione dell’atomo

Numero atomico Numero atomico ZZ

Raggio atomicoRaggio atomico(pm)(pm)

Variazione r.a. lungo un periodo.• gli elettroni aggiunti riempiono progressivamente lo stesso guscio di valenza• questi elettroni si schermano fra loro poco efficacemente.Aumenta l’attrazione del nucleo e il raggio atomico diminuisce.

Zeff

Variazione r.a. lungo un gruppo.

per Z bassi l’effetto è forte (es.: Li → Na → K)

per Z alti più debole (K → Rb → Cs): perché?

Numero atomico Numero atomico ZZ

Raggio atomicoRaggio atomico(pm)(pm)

Numero atomicoNumero atomico

dal K in poi si riempiono gli orbitali d e f , che schermano meno efficacemente di s e p gli elettroni esterni.

Numero atomico Numero atomico ZZ

Raggio atomicoRaggio atomico(pm)(pm)

Numero atomicoNumero atomico

Variazione di r. a. per gli elementi di transizione.Negli elementi di transizione gli elettroni entrano in livelli (n - 1)d, ossia con ninferiore agli elettroni ns che determinano il raggio del nucleo.

il raggio atomico resta costante.

Raggio anionico vs. raggio atomicoRaggio anionico vs. raggio atomico

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Z=11 Z=12

Raggi cationici di specie isoelettronicheRaggi cationici di specie isoelettroniche

-14%

-27%

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FIGURA 10FIGURA 10--8 Un confronto tra alcuni raggi atomici e ionici8 Un confronto tra alcuni raggi atomici e ionici

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⇒ Tra specie isoelettroniche, il raggio diminuisce con il valore di Z⇒ Tra specie isoelettroniche, il raggio diminuisce con il valore di Z

Energia di ionizzazione primaria I1 (o IE1) (o “primo potenziale di ionizzazione”)

e affinità elettronica EAI1 è l’energia che si deve fornire per strappare un elettrone da una specie (atomica) in fase gassosa:

X(g) → X+(g) + e−

I1 = E [X+] – E [X] (si esprime in eV o kJ/mol) sempre >0 !1eV = 96.49 kJ/mol

In prima approssimazione I1 = – E [orbitale occupato meno stabile]

Si possono definire quantità analoghe In:X(n-1)+ (g) → Xn+(g) + e−

In = E [Xn+] – E [X(n-1)+]

EA corrisponde alla variazione di energia che si osserva quando una specie atomica acquista un elettrone in fase gassosa:

X(g) + e− → X− (g)EA = ΔE = E [X−] – E [X] può essere >0, 0, <0

Attenzione! spesso EA = - ΔE (non nel Petrucci)

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Energie di ionizzazione degli orbitali atomici in funzione di Z

FIGURA 10FIGURA 10--9 Energie di prima ionizazione in funzione del numero atomico9 Energie di prima ionizazione in funzione del numero atomico

I1 in funzione di Z

FIGURA 10FIGURA 10--9 Energie di prima ionizazione in funzione del numero atomico9 Energie di prima ionizazione in funzione del numero atomico

I1 in funzione di Z

I1 diminuisce lungo un gruppo:

En,l ∝ – Z2 /n2

l’aumento di Zeff non compensa l’aumento di n.

eff

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FIGURA 10FIGURA 10--9 Energie di prima ionizazione in funzione del numero atomico9 Energie di prima ionizazione in funzione del numero atomico

Na Mg Al Si P S Cl ArI1 (kJ/mol) 496 738 577 786 1012 999 1251 1521

Na Mg Al Si P S Cl ArI1 (kJ/mol) 496 738 577 786 1012 999 1251 1521

I1 in funzione di ZI1 aumenta lungo un periodo.

En,l ∝ – Z2 /n2

n non cambia, Zeff aumenta.

eff

Confronto I1 tra Mg e Al (qualitativo!)

Mg Al

n = 3

n = ∞

I1(Mg) I1(Al)

Energia

La ionizzazione dello zolfo

S = [Ne] 3s2 3p4

S+ = [Ne] 3s2 3p3

I1 = E [S+] – E [S]

Più lo ione è stabile, più bassa è l’energia di ionizzazione

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O(g) O−(g) EA = −141 kJ/mol

O-(g) O2 −

(g) EA = + 744 kJ/mol !!

L’esistenza di O2- gassoso è estremamente improbabile. O2- esiste allo stato solido, dove la sua formazione è dovuta ad altri processi energeticamente favorevoli.

s2p2 s2p3

Valori assoluti di EA crescenti

Valo

ri as

solu

ti di

EA

cre

scen

ti

Dal volume: Petrucci “Chimica Generale” Piccin Nuova Libraria S.p.A.

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