La tavola periodica

Capitolo 8

Scoperta degli elementi

ns1

ns2

ns2 n

p1

ns2 n

p2

ns2 n

p3

ns2 n

p4

ns2 n

p5

ns2 n

p6

d1

d5

d10

4f

5f

Configurazione elettronica fondamentale degli elementi

Classificazione degli elementi

Configurazione elettronica di cationi ed anioni

Na [Ne]3s1 Na+ [Ne]

Ca [Ar]4s2 Ca2+ [Ar]

Al [Ne]3s23p1 Al3+ [Ne]

Gli atomi perdono elettroni così il catione ha una configurazione elettronica esterna di gas nobile.

H 1s1 H- 1s2 or [He]

F 1s22s22p5 F- 1s22s22p6 or [Ne]

O 1s22s22p4 O2- 1s22s22p6 or [Ne]

N 1s22s22p3 N3- 1s22s22p6 or [Ne]

Gli atomi acquistano elettroni in modo che l’anione abbia una configurazione elettronica esterna di gas nobile.

degli elementi rappresentativi

+1

+2

+3

-1

-2

-3

Cationi ed anioni degli elementi rappresentativi

Na+: [Ne] Al3+: [Ne] F-: 1s22s22p6 o [Ne]

O2-: 1s22s22p6 o [Ne] N3-: 1s22s22p6 o [Ne]

Na+, Al3+, F-, O2-, e N3- sono tutti isoelettronici con Ne

Quale atomo neutro è isoelettronico con H- ?

H-: 1s2 stessa configurazione elettronica di He

Configurazione elettronica dei cationi dei metalli di transizione

Quando un catione è formato da un atomo di un metallo di transizione, gli elettroni sono sempre rimossi prima dagli orbitali ns e poi dagli orbitali (n – 1)d.

Fe: [Ar]4s23d6

Fe2+: [Ar]4s03d6 o [Ar]3d6

Fe3+: [Ar]4s03d5 o [Ar]3d5

Mn: [Ar]4s23d5

Mn2+: [Ar]4s03d5 o [Ar]3d5

Carica Nucleare Effettiva (Zeff) è la “carica positiva” effettivamente sentita da un elettrone.

Na

Mg

Al

Si

11

12

13

14

10

10

10

10

1

2

3

4

186

160

143

132

Zeff e– interni Z Raggio (pm)

Zeff = Z - σ 0 < σ < Z (σ = costante di schermo)

Zeff ≈ Z – numero degli elettroni interni

Carica Nucleare Effettiva (Zeff)

aumenta Zeff

aum

enta

Zef

f

Raggio Atomico

Raggi Atomici

Confronto tra Raggi Atomici e Raggi Ionici

Il Catione è sempre più piccolo dell’atomo di provenienza. L’Anione è sempre più grande dell’atomo da cui deriva.

8.3

8.3

I Raggi (in pm) degli ioni degli elementi più comuni

Chimica in Azione: Il 3° Elemento Liquido?

Liquid? 113 elementi, 2 sono liquidi a 250C – Br2 e Hg

223Fr, t1/2 = 21 minuti

L’energia di ionizzazione è l’energia minima (kJ/mol) richiesta per rimuovere un elettrone da un atomo gassoso nel suo stato fondamentale.

I1 + X (g) X+(g) + e-

I2 + X+(g) X2+

(g) + e-

I3 + X2+(g) X3+

(g) + e-

I1 Energia di prima ionizzazione

I2 Energia di seconda ionizzazione

I3 Energia di terza ionizzazione

8.4

I1 < I2 < I3

Riempimento livello n=1

Riempimento livello n=2

Riempimento livello n=3

Riempimento livello n=4 Riempimento livello n=5

Variazione dell’energia di prima ionizzazione con il numero atomico

Andamento generale delle energie di prima ionizzazione

Aumento dell’energia di prima ionizzazione

Aum

ento

del

l’en

ergi

a di

prim

a io

nizz

azio

ne

L’Affinità eletronica è l’inverso della variazione di energia che avviene quando un elettrone da un atomo, allo stato gassoso, per formare un anione.

X (g) + e- X-(g)

8.5

F (g) + e- X-(g)

O (g) + e- O-(g)

ΔH = -328 kJ/mol EA = +328 kJ/mol

ΔH = -141 kJ/mol EA = +141 kJ/mol

Variazione delll’affinità elettrica con il numero atomico (H – Ba)

Relazioni diagonali nella tavola periodica

Elementi del Gruppo 1A (ns1, n ≥ 2)

M M+1 + 1e-

2M(s) + 2H2O(l) 2MOH(aq) + H2(g)

4M(s) + O2(g) 2M2O(s)

Aum

ento

del

la re

attiv

vità

Elementi del Gruppo 1A (ns1, n ≥ 2)

Elementi del Gruppo 2A (ns2, n ≥ 2)

M M+2 + 2e-

Be(s) + 2H2O(l) Nessuna Reazione

Aum

ento

del

la re

attiv

ità

8.6

Mg(s) + 2H2O(g) Mg(OH)2(aq) + H2(g)

M(s) + 2H2O(l) M(OH)2(aq) + H2(g) M = Ca, Sr, or Ba

Elementi del Gruppo 2A (ns2, n ≥ 2)

Elementi del Gruppo 3A (ns2np1, n ≥ 2)

4Al(s) + 3O2(g) 2Al2O3(s)

2Al(s) + 6H+(aq) 2Al3+

(aq) + 3H2(g)

Elementi del Gruppo 3A (ns2np1, n ≥ 2)

Elementi del Gruppo 4A (ns2np2, n ≥ 2)

Sn(s) + 2H+(aq) Sn2+

(aq) + H2 (g)

Pb(s) + 2H+(aq) Pb2+

(aq) + H2 (g)

Elementi del Gruppo 4A (ns2np2, n ≥ 2)

Elementi del Gruppo 5A (ns2np3, n ≥ 2)

N2O5(s) + H2O(l) 2HNO3(aq)

P4O10(s) + 6H2O(l) 4H3PO4(aq)

Elementi del Gruppo 5A (ns2np3, n ≥ 2)

Elementi del Gruppo 6A (ns2np4, n ≥ 2)

SO3(g) + H2O(l) H2SO4(aq)

Elementi del Gruppo 6A (ns2np4, n ≥ 2)

Elementi del Gruppo 7A (ns2np5, n ≥ 2)

X + 1e- X-1

X2(g) + H2(g) 2HX(g)

Aum

ento

di r

eatti

vità

Elementi del Gruppo 7A (ns2np5, n ≥ 2)

Elementi del Gruppo 8A (ns2np6, n ≥ 2)

Sottolivelli ns e np completi. Energie di ionizzazione più alte tra tutti gli elementi. Nessuna tendenza ad accettare elettroni extra.

Proprietà degli ossidi attraverso un periodo

Basiche Acide

Chimica in Azione: Scoperta dei Gas Nobili

Sir William Ramsay