ATOMI E TAVOLA PERIODICA - Istituto Seghetti - Verona · ... n° di protoni contenuti nel nucleo...

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ATOMI E TAVOLA PERIODICATAVOLA PERIODICA

ATOMO: il pi piccolocostituente di un elementoche ne conservi le proprietche ne conservi le proprietchimiche

ELEMENTO: sostanza che nonpu essere scissa in una sostanzapi semplice mediante reazionechimica (es. H O: H e Ochimica (es. H2O: H e Oelementi, H2O composto).

Protoni e neutroni sono situati al centro dell'atomo nel nucleo atomico dove si concentra tutta la massa dell'atomo. Gli elettroni sono distribuiti intorno al nucleo e, se l'atomo neutro, sono in numero pari a quello dei protoni in modo da neutralizzarne la carica.Il numero dei protoni presenti nel nucleo di un atomo detto numero atomico (Z).Ogni atomo di un elemento caratterizzato dallo stesso numero di protoni e, quindi, numero atomico; due atomi con numero di protoni e, quindi, numero atomico; due atomi con diverso numero atomico appartengono a due elementi distinti con propriet e comportamento chimico differenti.La somma del numero dei protoni e dei neutroni prende il nome di numero di massa (perch indica la massa dell'atomo essendo protoni e neutroni le uniche particelle pesanti) e viene indicato con la lettera A.Atomi di uno stesso elemento che abbiano lo stesso numero atomico ma diverso numero di massa vengono detti isotopi.

Latomo

Numero atomico Z : numero di protoni presenti nellatomo di quellelemento

Numero di massa A : somma dei protoni e dei neutroni in un atomo

Isotopi : atomi di un elemento caratterizzati dallo stesso Z ma diverso A

Unit di massa atomica (uma): 1/12 della massa del 12C (abbondanza naturale)

A T O M O

PROTONI + NEUTRONI (NUCLEO) + ELETTRONI

PROTONE: particella nucleare avente MASSA unitaria (U.M.A.) e

CARICA POSITIVA (+).

NEUTRONE: particella nucleare avente MASSA unitaria e carica neutra.

ELETTRONE: particella quasi priva di massa avente CARICANEGATIVA (), che ruota intorno al nucleo.

Numero Atomico Z: n di protoni contenuti nel nucleo

Numero di Massa A: somma di protoni e neutroni N

La massa di un atomo e' sostanzialmente determinata:solo dai protonisolo dai neutronisolo dagli elettronidai protoni e dai neutronidai protoni e dagli elettroni

Esempio di domanda (risposta rossa corretta)

Atomi di uno stesso elemento che abbiano lo stesso numero atomico ma diverso numero di massa vengono detti isotopi.

Gli isotopi presentano le stesse propriet chimiche essendo atomi dello stesso elemento, cio con lo stesso numero di protoni. Il carbonio (C) si trova in natura sotto forma di isotopo 12 (6 protoni + 6 neutroni) e di isotopo 14 (6 protoni + 8 neutroni).

Esempio di domanda (risposta rossa corretta)

Due isotopi di uno stesso elemento hanno il medesimo comportamento chimico, perch hanno:lo stesso numero di massalo stesso numero di protoni e neutronilo stesso pesolo stesso numero di elettroni e neutronilo stesso numero di protoni

Esempio di domanda (risposta rossa corretta)

Il numero atomico, per convenzione, scritto inbasso a sinistra del simbolo dell'atomo, il numero dimassa in alto a sinistra.

126C 12 il numero totale di PROTONI

e NEUTRONI6 il numero totale dei protoni

Poich la carica netta di un atomo zero, la6 il numero totale dei protoni

Poich la carica netta di un atomo zero, lacarica nucleare, +Z, deve essere bilanciata daquella degli elettroni, ciascuno di carica -1.

Nei comuni processi chimici gli atomi neutri possono perdere o acquistare elettroni, mantenendo invariata la carica e la massa che costituiscono il nucleo (cio: il numero di protoni e il numero di neutroni).

Dato che gli elettroni possiedono una carica negativa, gli atomi che perdono elettroni acquistano carica positiva (cationi), mentre quelli che acquistano elettroni si caricano negativamente (anioni).

Esempio di domanda (risposta rossa corretta)

Quale delle seguenti affermazioni definisce un atomo con 8 protoni, 8 neutroni e 10 elettroni.

un atomo neutro di peso atomico 16 appartenente al VI gruppo un catione di peso atomico 14 appartenente al IV gruppo un atomo neutro di peso atomico 18 appartenente al I periodo un anione di peso atomico 16 e appartenente al II periodo un atomo neutro di peso atomico 26 appartenente al II gruppo

Esempio di domanda (risposta rossa corretta)

Indicare la frase errata:Il legame covalente tra due atomi dato dalla copartecipazione di almeno una coppia di elettroniE chiamato anione o ione negativo un atomo che ha elettroni in meno rispetto al numero di neutroniGli atomi dei gas nobili non formano molecole perch hanno gi una struttura elettronica stabileLa carica elettrica di uno ione corrisponde alla quantit di elettroni che esso ha acquistato o perdutoIn un composto ionico ioni positivi o cationi vengono attirati da ioni In un composto ionico ioni positivi o cationi vengono attirati da ioni negativi o anioni.

Elementi di uno stesso gruppo hanno propriet chimiche simili, perch hanno:la stessa configurazione elettronicala stessa configurazione elettronica esternalo stesso numero di strati elettronicilo stesso numero di elettronilo stesso numero di orbitali

Teoria atomica moderna

-gli elettroni possono essere considerati sia come particelle sia come onde elettromagnetiche.

-non possibile determinare con precisione la posizione intorno al nucleo e la velocit dellelettrone.

- possibile valutare in termini di probabilit la presenza dellelettrone in una certa regione di spazio intorno al nucleo.

ORBITALE

Il moto e l'energia di un elettrone in un atomo sonodescritti dalla grandezza (psi) nota con il nome difunzione d'onda, il cui quadrato, 2, individua la zonadello spazio circostante il nucleo in cui vi la pifunzione d'onda, il cui quadrato, , individua la zonadello spazio circostante il nucleo in cui vi la pialta probabilit di trovare l'elettrone. Questaregione dello spazio detta ORBITALE.

NUMERI QUANTICI

Per identificare 2 necessario identificare i valori diquattro numeri quantici n, l (opp. R), m (opp. mR), e s (opp.mS). Un gruppo di valori dei tre numeri quantici n, l, mindividua un possibile orbitale e rappresenta anche unostato energetico di un elettrone.Il quarto numero quantico, s, fu introdotto perch i primitre numeri quantici, che scaturiscono teoricamente dallaIl quarto numero quantico, s, fu introdotto perch i primitre numeri quantici, che scaturiscono teoricamente dallasoluzione dellequazione di Schrdinger, non sonosufficienti a spiegare tutte le propriet dellelettronenellatomo.Ogni elettrone in un atomo possiede 4 numeri quantici.

NUMERO QUANTICO PRINCIPALE

Il primo numero quantico, n, molto importante per ladeterminazione dellenergia di un elettrone. Al cresceredel numero quantico n, aumenta l'energia dell'elettronee cos pure la sua distanza dal nucleo.Il numero quantico principale pu assumere valoripositivi interi:

n= 1, 2, 3, 4, n= 1, 2, 3, 4,

Gli elettroni aventi lo stesso valore di n appartengono allo stesso LIVELLO o GUSCIO o STRATO e si

muovono, all'incirca, nella stessa zona.

NUMERO QUANTICO SECONDARIO

Ogni livello energetico principale include uno o pisottolivelli che sono indicati dal secondo numeroquantico. Esso definisce la forma della nuvolaelettronica. Alti valori di l (R) producono forme picomplesse.I valori di -l- sono legati a quelli di -n- nel modoseguente:seguente:

l= 0, 1, 2, 3, .(n-1)

Per identificare i sottolivelli si utilizzano picomunemente delle lettere:-s- per l=0; -p- per l=1; -d- per l=2; -f- per l=3;(poi g, h)

-s-=sharp,-p-=principal,-d-=diffuse, -f-= fundamental

TERZO NUMERO QUANTICO

Ogni sottolivello contiene uno o pi orditali chedifferiscono per il valore del terzo numero quantico. E'legato alla direzione nello spazio della nube elettronica.L'energia di un elettrone dipende scarsamente da -m-.Per un dato valore di -l-, -m- pu assumere tutti ivalori interi compresi tra l e -l:

m= l, . +1, 0, -1, ., -l

Ad un dato valore di -l- corrispondono 2l + 1 valori di -m-. Ne consegue che ad un sottolivello -l-appartengono 2l + 1 orbitali.

Gli elettroni che in un atomo hanno gli stessi valori di -n-, -l- e -m- occupano lo stesso orbitale.

NUMERO QUANTICO MAGNETICO DI SPIN

Il numero quantico di spin pu essere associato alla rotazione dell'elettrone attorno al proprio asse (orario od antiorario) e non in relazione con gli altri numeri

quantici.Dato che sono possibili solo due direzioni di rotazione,Dato che sono possibili solo due direzioni di rotazione,

-ms- pu assumere solo i valori +1/2 e -1/2.

(N.B.: certe volte conveniente indicare gli spinelettronici con frecce; sta per +1/2, sta per -1/2).

PRINCIPIO DI ESCLUSIONE DI PAULI

Due elettroni di uno stesso atomo non possono averetutti i quattro numeri quantici uguali.Quindi, in un orbitale, possono esistere soltanto dueelettroni, uno con numero di spin +1/2 e l'altro -1/2(orbitali appaiati).

Ogni sottolivello contiene uno o pi orbitali, ciascunodei quali pu ospitare al massimo due elettroni. Lacapacit totale di un livello elettronico data da 2n2.

Riassumendo:-n- indica il guscio e la distanzamedia dell'elettrone dal nucleo.-l- indica il sottoguscio e la formadell'orbitale che ne deriva. Tutti gliorbitali di un dato sottolivelloorbitali di un dato sottolivellopossiedono la stessa energia.-m- indica l'orientazionedell'orbitale.-ms- lo spin elettronico(rotazione).

Energia e riempimento degli orbitali

Strato di valenza: la reattivit di un elemento dipende in granparte dagli elettroni del livello pi esterno che viene dettoSTRATO DI VALENZA

La CONFIGURAZIONE ELETTRONICA la rappresentazione degli elettroni negli orbitali. La CONFIGURAZIONE AD La CONFIGURAZIONE ELETTRONICA la rappresentazione degli elettroni negli orbitali. La CONFIGURAZIONE AD OTTETTO, in cui gli orbitali s e p sono riempiti con 8 elettroni, conferisce stabilit allelemento.

REGOLA DI HUND: quando gli elettroni hanno a disposizionepi orbitali tendono ad occuparne il maggior numero possibile,assumendo spin paralleli.

E

Ordine di riempimento degli orbitali atomici

Tavola periodica

La TAVOLA PERIODICA una disposizione di elementi,

ordinati secondo il numero atomico crescente e in righe

orizzontali di lunghezza tale che gli elementi con propriet

chimiche simili cadono direttamente sotto luno o laltro

gruppo verticale.

La linea diagonale che inizia alla sinistra del boro (B) separa i

metalli dai non metalli. I metalli possiedono unalta

Conducibilit elettrica. Lungo la linea diagonale vi sono alcuni

elementi (metalloidi o semimetalli) che hanno

propriet intermedie.

Metalli alcalini

Metalli alcalino-terrosi

Alogeni

Guardando la tavola periodica, gli elementi sono posizionati dal pi piccolo al pi grande con un determinato ordine che rispecchia la posizione degli elettroni nei vari livelli energetici. Se la guardiamo in verticale avremo i gruppi, cio elementi che hanno la stessa configurazione elettronica del guscio pi esterno e, quindi, propriet chimiche simili. Se la guardiamo in orizzontale vediamo elementi che appartengono allo stesso guscio energetico (dal 1al 7), con propriet chimiche che variano con una certa continuit.

un esempio di configurazione elettronica:

La configurazione elettronica mostra il numero degli elettroni, indicati da un esponente, in ciascun

sottolivello.

un esempio di configurazione elettronica:il potassio

K (19 elettroni) : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1

REGOLA DELLOTTETTO

(o regola del gas nobile)

ELEMENTI vicini allinizio del PERIODO tendono a perdere elettroni ed assumere

la configurazione elettronica del GAS NOBILE del periodo precedente:

M (g) M+ + e-

ELEMENTI vicini alla fine del PERIODO tendono ad acquisire elettroni ed assumere

configurazione elettronica del GAS NOBILE del periodo successivo:

A (g) + e- M -

Si pu cos razionalmente costruire una tabella di

AFFINITA ELETTRONICA

RAGGIO E VOLUME ATOMICOOgni elemento dello stesso gruppo ma appartenente al periodo successivo avr un volume atomico pi grande rispetto a quello del periodo che precede. Ad esempio passando dal litio Z= 3 al sodio Z = 11, si avr un discreto aumento di volume (e del raggio atomico).Se si guarda in orizzontale, cio lungo ogni periodo, si ha una lenta ma progressiva diminuzione del raggio e del volume atomico. Aumentando il numero di elettroni compresi nel guscio pi esterno, la forza attrattiva del nucleo cresce e si ha una contrazione del volume dellatomo.