T.A.R.M. 2009www.minerva.unito.it

Luigi CerrutiLezioni di chimica

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Semimetalli

• Essi hanno proprietà intermedie fra quelle dei metalli e dei nonmetalli

• Collocati sulla diagonale che suddivide gli elementi in base alle proprietà acido-base dei loro ossidi. In base a tale definizione i metalli danno luogo ad ossidi basici (es: Na2O, CaO), i nonmetalli ad ossidi acidi (es: SO2, SO3, CO2).

• Allo stato elementare il modo per distinguere un

* boro (B)* silicio (Si)* germanio (Ge)* arsenico (As)* antimonio (Sb)* tellurio (Te)

• Allo stato elementare il modo per distinguere un metallo da un semimetallo o da un non metallo consiste nel verificare la conducibilità elettrica (o termica): – i metalli sono buoni conduttori – i semimetalli in forma cristallina estremamente

pura sono semiconduttori e non dei veri conduttori elettrici,

– i non metalli sono isolanti

Metalli• Ottimi conduttore di calore e di elettricità• Generalmente reagiscono con gli acidi (con sviluppo di idrogeno) ma non

con le basi• Spesso hanno buone caratteristiche meccaniche e tecnologiche

– Proprietà meccaniche• * resistenza alla trazione• * resistenza alla compressione• * resistenza alla compressione• * durezza

– Proprietà tecnologiche• * malleabilità: è la capacità di un materiale di ridursi in lamine sottili• * duttilità: è la capacità di un materiale a ridursi in fili sottili• * saldabilità: è la capacità che a un materiale di unirsi in un solo pezzo con un altro,

uguale o diverso.

• I metalli danno luogo ad ossidi basici (es: Na2O, CaO, Cr2O3).• I metalli di transizione danno origine anche ad ossidi acidi (es. CrO3)

Non metalli• Sono elementi che tendono con facilità ad

acquistare elettroni per realizzare la configurazione elettronica stabile del gas nobile ad essi più vicino come numero atomico

• Sono quindi molto elettronegativi, cioè guadagnano elettroni di valenza da altri

* Idrogeno (H)* Carbonio (C)* Azoto (N)* Ossigeno (O) (calcogeno)* Fluoro (F) (alogeno)* Fosforo (P)* Zolfo (S) (calcogeno)* Cloro (Cl) (alogeno)

guadagnano elettroni di valenza da altri atomi più facilmente di quanto li cedano

• Sono isolanti o semiconduttori• Possono formare legami ionici con i metalli,

guadagnando elettroni, o legami covalenti con altri non metalli.

• Danno origine ad ossidi acidi (es: SO2, SO3, CO2).

* Cloro (Cl) (alogeno)* Selenio (Se) (calcogeno)* Bromo (Br) (alogeno)* Iodio (I) (alogeno)* Astato (At) (alogeno, radioattivo)

Metalli e non metalliUn confronto

La variazione di alcune proprietà all'interno del sistema periodico

La variazione di alcune proprietà all'interno del

sistema periodico

La variazione di alcune proprietà all'interno del

sistema periodico

Volume atomico(cm3 mol-1)

La variazione di alcune proprietà all'interno del

sistema periodico

Volume atomico(cm3 mol-1)

Raggi atomici e raggi ionici dei metalli alcalini e degli alogeni

Unità di misura picometri (pm)1 pm = 10-12 m

La variazione di alcune proprietà all'interno del

sistema periodico

Potenziali ionizzazione(kJ mol-1)(kJ mol-1)

La variazione di alcune proprietà all'interno del

sistema periodico

Elettronegatività di Pauling

E’ una quantità adimensionale!

Metalli alcaliniProprietà del gruppo IA

• Fondono a temperature relativamente basse• Durezza: sono teneri. I campioni di sodio possono essere tagliati

con un coltello:

• Sono forti agenti riducenti: al fine di ottenere una configurazione elettronica stabile, essi infatti cedono facilmente l'unico elettrone appartenente all'orbita più esterna

• Reagiscono violentemente con l'acqua formando idrossidi metallici e liberando idrogeno, che si incendia in aria per l'alta temperatura di reazione.

• Per la loro elevata reattività è impossibile trovarli in natura allo stato puro.

Metalli alcalino terrosi

Proprietà del gruppo IIA

• I metalli alcalino terrosi (escluso il berillio), sono metalli dal colore argenteo, morbidi, con bassa densità.

• Reagiscono prontamente con gli alogeni per formare sali • Reagiscono prontamente con gli alogeni per formare sali • Reagiscono con l'acqua, anche se non così violentemente come i

metalli alcalini, per formare idrossidi alcalini (basici). – il magnesio reagisce solo con il vapore acqueo e il calcio con l'acqua calda

• Hanno due elettroni di valenza e tranne il berillio e in minor misura il magnesio, la chimica di tutti gli altri elementi è quasi esclusivamente quella dei loro ioni doppiamente carichi positivamente. Vi è quindi una forte tendenza nel gruppo a conseguire la configurazione elettronica del gas nobile che li precede.

‘Calcogeni’Proprietà del gruppo VIA

• Gli elementi del gruppo VIA della tavola periodica venivano anche chiamati Calcogeni, nome che però è caduto in disuso. Sono Ossigeno (O), Zolfo (S), Selenio (Se), Tellurio (Te) e il Polonio (Po), radioattivo.

• L'ossigeno e lo zolfo sono nonmetalli, il selenio e il tellurio sono metalloidi semiconduttori, mentre il polonio è un metallo.– Tellurio e selenio sono comunemente considerati metalli se in forma elementare.

• I calcogenuri sono molto comuni come minerali: per esempio la pirite (FeS2) è un • I calcogenuri sono molto comuni come minerali: per esempio la pirite (FeS2) è un minerale di ferro. Questo fatto è alla base del vecchio nome che vorrebbe significare ‘generatore di minerali’.

• Il numero di ossidazione degli elementi di questo gruppo è generalmente -2, ma se ne possono ottenere altri: per esempio lo zolfo nella pirite ha numero di ossidazione -1. Il numero di ossidazione più alto in assoluto si ha nei solfati, selenati e tellurati, per esempio nel selenato di sodio Na2SeO4.

AlogeniProprietà del gruppo VIIA

• Hanno una configurazione elettronica di tipo [X] s2 p5, dove X indica la configurazione elettronica del gas nobile del periodo precedente.

• Tendono quindi ad acquistare un elettrone; nei sali ionici o ionizzati in acqua hanno infatti una carica negativa unitaria.

• Sono gli elementi più elettronegativi dei rispettivi periodi della tavola periodica ed allo stato elementare hanno molecole biatomiche.

• Possono anche reagire tra di loro dando vita a molecole come BrF, ICl o ClF.

• Nelle condizioni standard fluoro e cloro sono gassosi, il bromo è liquido, lo iodio e l'astato sono solidi.

• Gli alogeni sono tutti molto reattivi e in quantità sufficienti possono essere letali per gli organismi animali e vegetali. Il fluoro è il più reattivo: infatti reagisce anche con i gas nobili.

• Cloro e bromo vengono impiegati come disinfettanti.