““Caratteristiche fisiche e Caratteristiche fisiche e chimiche degli elementi del chimiche degli elementi del primo gruppo della tavola primo gruppo della tavola

periodicaperiodica” ”

PERCORSO ABILITANTE SPECIALE (A012)UNIVERSITA’ DI CAMERINO

CARLO SGROMO

Tipologia di classe: 2 anno istituto Tipologia di classe: 2 anno istituto professionale professionale

Livello della classe : medio basso Livello della classe : medio basso con elementi di eccellenzacon elementi di eccellenza

1) Conoscere e saper giustificare le proprietà chimico fisiche 1) Conoscere e saper giustificare le proprietà chimico fisiche degli elementi degli elementi

2) stimolare “ L’APPROCCIO SCIENTIFICO/SPERIMENTALE “ 2) stimolare “ L’APPROCCIO SCIENTIFICO/SPERIMENTALE “

CONOSCENZE PREGRESSECONOSCENZE PREGRESSE: :

ATOMO; ELETTRONE, STABILITA’ DELL’ATOMO, REGOLA ATOMO; ELETTRONE, STABILITA’ DELL’ATOMO, REGOLA DELL’OTTETTO…… DELL’OTTETTO……

METALLI ALCALINI

Li Na K

Rb Cs

Il litio ha il record di densità più bassa tra i metalli (0.53 g/ml) e galleggia anche in olio.

Tutti i metalli alcalini sono morbidi. Tutti i metalli alcalini sono morbidi.

Sono elementi solidi, lucenti Sono elementi solidi, lucenti malneabili, duttilimalneabili, duttili

…….e buoni conduttori di corrente e .e buoni conduttori di corrente e di caloredi calore

Analisi delle principali caratteristiche fisiche dei metalli

Esperimento 2.

Metodologia: preleviamo un pezzetto di sodio e lo tagliamo con un coltello

Durante questa esperienza si nota come la superficie dopo pochi secondi essa inizia a divenire progressivamente sempre più opaca, fino a ricoprirsi di una patina bianco grigiastra di ossidi ed idrossidi di sodio

Litio metallico esposto all’aria.

. .

Preleviamo un pezzetto di litio e lo Preleviamo un pezzetto di litio e lo mettiamo in un becher contenente acqua. mettiamo in un becher contenente acqua.

Cosa si Cosa si osserva?osserva?

- il pezzetto di litio galleggia, ( questo ci - il pezzetto di litio galleggia, ( questo ci conferma che si tratta di un metallo con conferma che si tratta di un metallo con densità inferiore a quella dell’acqua (come densità inferiore a quella dell’acqua (come già detto 0,53 g/ml) già detto 0,53 g/ml)

- inizia una effervescenza intorno al - inizia una effervescenza intorno al pezzetto di litio, che nel giro di circa un pezzetto di litio, che nel giro di circa un minuto si dissolve lasciando la soluzione minuto si dissolve lasciando la soluzione limpida. limpida.

Esperimento 3

La reazione del litio con l’acqua è la seguente: La reazione del litio con l’acqua è la seguente:

2Li(s) + 2H2O(l) → 2LiOH(aq) + H2(g) 2Li(s) + 2H2O(l) → 2LiOH(aq) + H2(g)

(Si tratta di una reazione esotermica, cioè si libera (Si tratta di una reazione esotermica, cioè si libera energia sotto forma di calore che fa riscaldare energia sotto forma di calore che fa riscaldare l’acqua. Da questa reazione si produce idrogeno, un l’acqua. Da questa reazione si produce idrogeno, un gas molto leggero ed infiammabile che è la causa gas molto leggero ed infiammabile che è la causa dell’effervescenza osservata nell’dell’effervescenza osservata nell’esperimento esperimento Il Il secondo prodotto che si ottiene l’idrossido di litio)secondo prodotto che si ottiene l’idrossido di litio)

Preleviamo un pezzetto di sodio abbastanza piccolo, in modo da evitare che si inneschi la combustione dell’idrogeno che si andrà a sviluppare, ponendolo in un becher contenente acqua.

Questa volta sistemiamo il becher dietro una lastra di vetro, per permettere agli studenti di vedere l’esperimento ma esser allo stesso tempo di essere protetti da eventuali piccole esplosioni.

Cosa si osserva?Cosa si osserva?

Esperimento 4

Il pezzetto di sodio galleggia, anche il sodio ha Il pezzetto di sodio galleggia, anche il sodio ha densità inferiore a quella dell’acqua (0,9 g/ml). densità inferiore a quella dell’acqua (0,9 g/ml).

Inizia una effervescenza intorno al pezzetto di sodio Inizia una effervescenza intorno al pezzetto di sodio che lo porta a spostarsi freneticamente sulla che lo porta a spostarsi freneticamente sulla

superficie dell’acqua, spinto dal gas idrogeno che superficie dell’acqua, spinto dal gas idrogeno che libera. La reazione è visibilmente più vigorosa libera. La reazione è visibilmente più vigorosa

rispetto a quella del litio,. rispetto a quella del litio,.

il pezzetto di sodio assume forma sferica, perché il pezzetto di sodio assume forma sferica, perché passa allo stato liquido. L’esotermicità della passa allo stato liquido. L’esotermicità della

reazione è sufficiente a superare i 98 °C, reazione è sufficiente a superare i 98 °C,

corrispondenti al punto di fusione del sodio.corrispondenti al punto di fusione del sodio.

Preleviamo un pezzetto di potassio molto piccolo (poiché altamente Preleviamo un pezzetto di potassio molto piccolo (poiché altamente reattivo) e lo mettiamo in un becher contenente acqua. reattivo) e lo mettiamo in un becher contenente acqua.

Cosa osserviamo? Cosa osserviamo?

Anche il potassio (densità 0,8 g/ml) galleggia, ma la reazione è Anche il potassio (densità 0,8 g/ml) galleggia, ma la reazione è talmente vigorosa ed esotermica da provocare l’immediata talmente vigorosa ed esotermica da provocare l’immediata combustione dell’idrogeno generato, infatti si osserva una fiamma combustione dell’idrogeno generato, infatti si osserva una fiamma rossastra che seguerossastra che segue il pezzetto di potassio che scoppietta durante la rapida il pezzetto di potassio che scoppietta durante la rapida reazionereazione.. ..

Esperimento 3

Rubidio Rubidio e e Cesio Cesio A questo punto appare evidente che provare la stessa reazione A questo punto appare evidente che provare la stessa reazione

con il rubidio e il cesio sarebbe troppo pericoloso, per via con il rubidio e il cesio sarebbe troppo pericoloso, per via della elevatissima reattività che conduce ad una reazione della elevatissima reattività che conduce ad una reazione talmente veloce ed esotermica da divenire esplosiva. talmente veloce ed esotermica da divenire esplosiva.

Francio Francio Il francio è un elemento estremamente raro in natura (15 g nel Il francio è un elemento estremamente raro in natura (15 g nel

primo km di crosta terrestre), infatti i suoi isotopi sono tutti primo km di crosta terrestre), infatti i suoi isotopi sono tutti radioattivi, con tempi di dimezzamento molto brevi. La radioattivi, con tempi di dimezzamento molto brevi. La piccola quantità presente sulla crosta terrestre si forma per piccola quantità presente sulla crosta terrestre si forma per decadimento radioattivo del raro isotopo 227Ac nella serie decadimento radioattivo del raro isotopo 227Ac nella serie dell’isotopo 235U. Per questo motivo il francio fu scoperto dell’isotopo 235U. Per questo motivo il francio fu scoperto solo nel 1939, grazie al lavoro svolto da Marguerite Perey solo nel 1939, grazie al lavoro svolto da Marguerite Perey che diede il nome “francio” all’elemento in onore che diede il nome “francio” all’elemento in onore

Dall’esperienze appena svolte si può dedurre che : Dall’esperienze appena svolte si può dedurre che :

- Tutti i metalli del primo gruppo, esposti all’aria, - Tutti i metalli del primo gruppo, esposti all’aria, reagiscono immediatamente con l’ossigeno e reagiscono immediatamente con l’ossigeno e l’umidità dell’aria ricoprendosi velocemente di una l’umidità dell’aria ricoprendosi velocemente di una patina di ossidi, idrossidi ed in alcuni casi anche di patina di ossidi, idrossidi ed in alcuni casi anche di perossidi. perossidi.

- Tutti i metalli alcalini sono morbidi .- Tutti i metalli alcalini sono morbidi .

- Sono elementi solidi, lucenti malneabili, duttili- Sono elementi solidi, lucenti malneabili, duttili

- ….e buoni conduttori di corrente e di calore- ….e buoni conduttori di corrente e di calore

- Variabilità di comportamento tra i diversi metalli - Variabilità di comportamento tra i diversi metalli appartenenti allo stesso gruppo.appartenenti allo stesso gruppo.

Ma da cosa dipende tutto ciò????

Caratteristiche chimicheCaratteristiche chimiche : dalla tendenza dell’elemento studiato PEREDERE ELETTRONI E DIVENTARE IONE POSITIVO

Le proprietà fisicheLe proprietà fisiche : dal tipo di legame che unisce gli atomi l’uno con l’altro.

La capacità di perdita di elettroni è definita VALENZA dell’elemento

L’energia di ionizzazione (Ei) di un atomo rappresenta l’energia necessaria per allontanare a distanza infinita dal nucleo l’elettrone legato ad esso più debolmente. Si formerà uno ione positivo:

X + Ei X + (catione) + e- (elettrone)

ENERGIA DI IONIZZAZIONE

- maggiore raggio atomico minore - maggiore raggio atomico minore energia di ionizzazioneenergia di ionizzazione

L’elettronegatività è la capacità degli atomi di

attrarre a se elettroni di legame.

Questa capacità è proporzionale all’energia di

ionizzazione e ne definisce i diversi tipi di legame .

ELETTRONEGATIVITA’

Gli elementi studiati hanno :

- basse energie di ionizzazione

- bassa elettronegatività

……..tendono a perdere gli elettroni di valenza formando cationi:

Na+ K+……….

La reattività aumenta scendendo lungo il gruppo perché diminuisce l’energia di ionizzazione e l’elettrone esterno viene perso più facilmente.

Tutti questi metalli reagiscono con acqua dando gli idrossidi e liberando idrogeno con una reazione caratteristica. Ad esempio:

2 Li(s) + 2H2O(l) 2 LiOH(aq) + H2(g)

Tutti i metalli alcalini possono formare ossidi basici di formula M2O che con acqua danno idrossidi che si comportano come basi forti

2 Li(s) + ½O2(g) Li2O(s)

Li2O(s) + H2O(l) LiOH(s) 2 Li+ + 2 OH-H2O

Essendo molto reattivi non si trovano mai come metalli liberi in natura ma come cationi in sali quali NaCl.

IL LEGAME IONICO IL LEGAME IONICO

Gli ioni si attraggono per Gli ioni si attraggono per forza forza elettrostaticaelettrostatica formando un formando un legamelegame ionicoionico..

Il legame ionico si forma quando la Il legame ionico si forma quando la differenza di differenza di elettronegativitàelettronegatività tra due tra due atomi è maggiore di 1,9.atomi è maggiore di 1,9.

I composti ioniciI composti ionici

Gli ioni in un composto ionico sono Gli ioni in un composto ionico sono disposti secondo uno schema ben disposti secondo uno schema ben preciso e possono dar luogo a un preciso e possono dar luogo a un reticolo cristallino che ne giustifica le reticolo cristallino che ne giustifica le principali caratterstiche fisicheprincipali caratterstiche fisiche . .

I composti ioniciI composti ionici

I I composti ionici composti ionici hanno alti punti hanno alti punti di fusione, sono di fusione, sono solidi a solidi a temperatura temperatura ambiente, sono ambiente, sono buoni conduttori buoni conduttori di elettricità sia di elettricità sia allo stato fuso sia allo stato fuso sia in soluzione.in soluzione.

Gli atomi metallici possono mettere in Gli atomi metallici possono mettere in comune gli elettroni di valenza, che comune gli elettroni di valenza, che vengono condivisi tra più nuclei.vengono condivisi tra più nuclei.

IL LEGAME METTALLICO IL LEGAME METTALLICO

Il legame metallico è dovuto Il legame metallico è dovuto all’attrazione fra gli ioni metallici all’attrazione fra gli ioni metallici positivi e gli elettroni mobili che li positivi e gli elettroni mobili che li circondano.circondano.

Tanto più forte è il legame metallico, Tanto più forte è il legame metallico, tanto più sono numerosi gli elettroni tanto più sono numerosi gli elettroni mobili.mobili.

- è usato in applicazioni per il - è usato in applicazioni per il trasferimento di calore.trasferimento di calore.

- Grazie al suo alto potenziale - Grazie al suo alto potenziale elettrochimico il litio è inoltre un elettrochimico il litio è inoltre un importante materiale anodico delle importante materiale anodico delle batteriebatterie

LITIO (LI)

Nella sua forma metallica, è un componente Nella sua forma metallica, è un componente essenziale nella produzione di essenziale nella produzione di composti organicicomposti organici.

In certe In certe legheleghe per migliorare la loro struttura per migliorare la loro struttura

Nel Nel saponesapone (in combinazione con (in combinazione con acidi grassiacidi grassi))

Per disincrostare i metalli (lisciarne la superficie) Per disincrostare i metalli (lisciarne la superficie)

Per purificare i metalli fusi Per purificare i metalli fusi

Come fluido di raffreddamento e trasporto calore Come fluido di raffreddamento e trasporto calore nei reattori nucleari veloci e nelle valvole di alcuni nei reattori nucleari veloci e nelle valvole di alcuni

motori endotermicimotori endotermici

SODIO ( Na)

Il solfato di potassio è usato come fertilizzante.

Il nitrato di potassio si usa per fare la polvere da sparo.

Il carbonato di potassio si usa nella fabbricazione del vetro.

NaK, una lega di sodio e potassio è usata come

mezzo di trasporto del calore.

È un elemento indispensabile per la crescita delle piante ed è presente nella maggior parte dei tipi di

suolo.

Nelle cellule animali gli ioni potassio sono di importanza vitale.

Il cloruro di potassio è usato per produrre sale da tavola a basso tenore di sodio

POTASSIO (K)