Larmonia della materia. Prof. Paolo Abis La tavola periodica di Mendeleev Nel XIX ° sec. erano...

L’armonia della materia

Prof. Paolo Abis

La tavola periodica di MendeleevLa tavola periodica di Mendeleev• Nel XIX ° sec. erano conosciuti all’incirca una sessantina di

elementi.• I chimici constatavano che alcuni elementi mostravano

caratteristiche simili.• Questi elementi sembravano formare delle “famiglie”

relativamente omogenee.– Es. la famiglia degli Alogeni (Fluoro, Cloro, Bromo e Iodio) o quella

dei metalli alcalini (Litio, Sodio et Potassio).

• I ricercatori dell'epoca sentirono la necessità di ordinare in qualche modo gli ELEMENTI in maniera da poterne prevedere le caratteristiche chimico-fisiche.

• Un importante passo avanti in questo senso fu fatto quando si cominciò a mettere in relazione il peso atomico degli elementi con le proprietà chimiche e fisiche che essi manifestavano.

Prof. Paolo Abis

La legge dell’ottavaLa legge dell’ottava

• Nel 1864 lo scienziato J.A.R. Newlands notò che disponendo gli elementi in fila secondo il peso atomico crescente, le proprietà chimico-fisiche tendevano a ripetersi ogni sette elementi, ovverosia l'ottavo elemento presentava caratteristiche simili al primo.

• In conformità a questa periodicità Newlands formulò una legge detta dell'ottava. Questa classificazione tuttavia presentava molte incongruenze e venne messa in ridicolo dai suoi contemporanei.

Prof. Paolo Abis

La tavola periodica di MendeleevLa tavola periodica di Mendeleev

• L'intuizione risolutiva nella catalogazione degli elementi venne da D. Mendeleev e da L. Meyer, che s'occuparono rispettivamente delle proprietà chimiche il primo e delle proprietà fisiche il secondo.

• Entrambi arrivarono quasi congiuntamente ad elaborare, intorno al 1870, una legge sul carattere periodico degli elementi, che successivamente venne tabulata nel cosiddetto Sistema Periodico degli Elementi.

Dmitrij Ivanovich Mendeleev in un ritratto di

Ilya Repin.

http://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Ilya_Repin&action=edit

Prof. Paolo Abis


Lasciò,pertanto degli spazi vuoti per l’inserimento degli elementi ancora da scoprire.

Mendeleev si rese conto che, per rispettare la legge della periodicità, restavano da scoprire ancora alcuni elementi.

Prof. Paolo Abis


• Mendeleev era tanto sicuro della validità della tabella, che predisse le caratteristiche chimiche e fisiche degli elementi mancanti.

• Quando questi vennero scoperti le predizioni di Mendeleev risultarono confermate.

• La tabella di Mendeleev venne chiamata “tavola periodica” ad indicare la ciclicità delle caratteristiche degli elementi, cioè il ripetersi delle stesse proprietà con uno stesso intervallo.

• La tavola di M. era basata sui pesi atomici degli elementi

Prof. Paolo Abis

Attualmente si utilizza una tavola periodica basata sui numeri Atomici (Z n. dei protoni) e non sul peso atomico.

Attualmente si utilizza una tavola periodica basata sui numeri Atomici (Z n. dei protoni) e non sul peso atomico.

Prof. Paolo Abis

Altre configurazioni

periodiche degli elementi

Prof. Paolo Abis

Il riempimento degli orbitali atomici è alla base della definizione di periodicitàIl riempimento degli orbitali atomici è

alla base della definizione di periodicità

Prof. Paolo Abis

Raggruppando gli orbitali per categoria ed invertendo l’ordine di riempimento dei livelli energetici si può ottenere la successiva tabella

Raggruppando gli orbitali per categoria ed invertendo l’ordine di riempimento dei livelli energetici si può ottenere la successiva tabella

Prof. Paolo Abis

Leggendo gli orbitali riga per riga si ha l’ordine di riempimento da parte degli elettroni

Leggendo gli orbitali riga per riga si ha l’ordine di riempimento da parte degli elettroni

Prof. Paolo Abis

Per ogni orbitale possiamo avere due elementi chimici, a seconda che vi siano inseriti 1 o 2 elettroni

Per ogni orbitale possiamo avere due elementi chimici, a seconda che vi siano inseriti 1 o 2 elettroni

Gli orbitali f sono stati spostati in fondo alla figura.

La loro posizione originaria è indicata dagli asterischi

Prof. Paolo Abis

Correttamente raddoppiamo i quadratini. Se inseriamo all’interno i numeri degli elementi chimici e i loro simboli otteniamo la tavola periodica seguente:

Correttamente raddoppiamo i quadratini. Se inseriamo all’interno i numeri degli elementi chimici e i loro simboli otteniamo la tavola periodica seguente:

Blocco s

Blocco d

Blocco p

Blocco f

Prof. Paolo Abis

La Tavola PeriodicaLa Tavola Periodica

Prof. Paolo Abis

• Nella tavola periodica moderna, gli elementi sono ordinati secondo il n. atomico crescente.

• E’ organizzata in conformità alla legge della periodicità : le proprietà chimiche e fisiche variano in funzione del numero atomico secondo intervalli regolari.

La Tavola PeriodicaLa Tavola Periodica

Prof. Paolo Abis

Tavola periodica

Le proprietà atomiche degli elementi dipendono dalla loro configurazione elettronica.

Le proprietà atomiche degli elementi dipendono dalla loro configurazione elettronica.

Prof. Paolo Abis

Si noti che elementi 113, 115, e 117 non sono conosciuti, ma sono inclusi nella tabella per mostrare le loro posizioni previste. Ci sono rapporti non confermati per l'osservazione degli elementi 114 (ununquadium), 116 (ununhexium), e 118 (ununoctium) e così sono stati inclusi anche questi elementi.

Lantanidi

Attinidi

Prof. Paolo Abis

Numero atomico --> Z

Nome dell’elemento

Simbolo chimico

Massa atomica

SONO NOTI 109 ELEMENTI :

• 87 sono metalli

• 26 radioattivi

• 16 sono artificiali (tutti radioattivi)

• 2 si trovano allo stato liquido

Tavola periodica

Prof. Paolo Abis

Gli elementi sono raggruppati in Gruppi e Periodi

Gli elementi sono raggruppati in Gruppi e Periodi

In corrispondenza dei 7 valori del numero quantico principale,

troviamo 7 righe orizzontali, chiamate periodi

1

2

3

4

5

6

7

perio

di

Lungo il periodo le proprietà chimiche e fisiche variano gradualmente. Ciò dipende dal fatto che la configurazione elettronica si completa gradualmente fino ad arrivare ai gas nobili che hanno il guscio esterno completo.

Gas Nobili

Prof. Paolo Abis

Un gruppo di elementi è costituito da quelli che compaiono in una stessa colonna della tavola periodica.

Un gruppo di elementi è costituito da quelli che compaiono in una stessa colonna della tavola periodica.

Gli elementi di uno stesso gruppo sono caratterizzati da una medesima configurazione elettronica esterna. Questo comporta notevoli analogie nel comportamento chimico.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Gruppi

Prof. Paolo Abis

I gruppi vengono distinti in due categorie: A e BI gruppi vengono distinti in due categorie: A e B

I Gruppi A comprendono gli elementi rappresentativi o tipici

Con configurazione

s e p

Gruppi A

I A II A III A IV A V A VI A VII A VIIIA

VI B

Gruppi B

I B II BIII B IV B V B VII B VIII B

s

pI Gruppi B comprendono i metalli di transizione caratterizzati dal riempimento degli orbitali d

d

Prof. Paolo Abis

Il tipo di orbitale più esterno, occupato da uno o più elettroni,

condiziona le proprietà chimiche dell’elemento e la sua posizione nella tabella

Il tipo di orbitale più esterno, occupato da uno o più elettroni,

condiziona le proprietà chimiche dell’elemento e la sua posizione nella tabella

Prof. Paolo Abis

• Gli elettroni presenti nel guscio più esterno dell’atomo costituiscono la configurazione elettronica esterna.

Configurazione elettronica esternaConfigurazione elettronica esterna

VII Gruppo

1s2 2s2 2p5

1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 d10 4s2 4p5

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 d10 4s2 4p6 d10 5s2 5p5

Gli elementi dello stesso gruppo hanno la stessa configurazione esterna

Gli elementi dello stesso gruppo hanno la stessa configurazione esterna

Prof. Paolo Abis

• Gli elettroni presenti nel guscio più esterno dell’atomo costituiscono la configurazione elettronica esterna.


VII GruppoVII Gruppo

Gli elementi dello stesso gruppo hanno proprietà chimiche e fisiche simili

Gli elementi dello stesso gruppo hanno proprietà chimiche e fisiche simili

Le proprietà chimiche non dipendono dal n. totale di elettroni, ma dalla configurazione esterna

Le proprietà chimiche non dipendono dal n. totale di elettroni, ma dalla configurazione esterna

Prof. Paolo Abis

• Un caso particolare: i gas nobili


VIII GruppoVIII GruppoSi trovano allo stato aeriforme

Si trovano allo stato aeriformeSono molto stabiliSono molto stabili

Si trovano allo stato monoatomico

Si trovano allo stato monoatomico

Hanno scarsissima reattività chimica

Hanno scarsissima reattività chimica

• I loro atomi sono tanto stabili perché si trovano nello stato di minima energia che corrisponde alla configurazione esterna completa :

OttettoOttetto S2P6S2P6

Prof. Paolo Abis

Visto che gli elementi dell’ottavo gruppo hanno una bassa energia grazie alla presenza dell’ottetto, possiamo prevedere che anche gli altri atomi, per abbassare la loro energia, tendano ad acquisire la stessa configurazione elettronica.

La regola dell’ottettoLa regola dell’ottetto

Nelle reazioni chimicheNelle reazioni chimiche

ogni elemento tende a raggiungere la configurazione elettronica dell’ottetto

ogni elemento tende a raggiungere la configurazione elettronica dell’ottetto

Che è una configurazione stabile a bassa energia.

Che è una configurazione stabile a bassa energia.

S2P6S2P6

Prof. Paolo Abis

Alcune proprietà degli elementi mostrano variazioni graduali procedendo attraverso un periodo o un gruppo

Conoscere queste tendenze permette di comprendere le proprietà chimiche

Le tendenze che prenderemo in considerazione per gli elementi rappresentativi sono:

dimensioni atomichedimensioni atomicheenergia di prima ionizzazioneenergia di prima ionizzazioneaffinità elettronicaaffinità elettronicaraggio ionicoraggio ionicoelettronegatività elettronegatività

Le proprietà periodicheLe proprietà periodiche

Prof. Paolo Abis



Prof. Paolo Abis

Il volume atomico di un atomo è una misura dello spazio occupato dal nucleo e dagli elettroni dell’atomo.

• Ricordando che le dimensioni degli orbitali aumentano all’aumentare del numero

quantico principale n

• Possiamo affermare che il volume atomico aumenta negli elementi dello stesso gruppo dall’alto verso il basso:

Dimensioni atomicheDimensioni atomiche

Prof. Paolo Abis

Litio Z=3 Berillio Z=4

Cosa succede, invece, se ci spostiamo da sinistra verso destra in un periodo ?

Aumentando gli elettroni aumenta il volume dell’atomo ? Aumenta il numero di protoni che attirano sul nucleo, con la

propria carica positiva, gli elettroni che si trovano negli orbitali esterni, di conseguenza il volume dell’atomo si contrae ?

Volume e Raggio atomicoVolume e Raggio atomico

√

Il volume atomico diminuisce perché aumenta il numero delle cariche positive e quindi gli elettroni sono attirati verso il nucleo con una forza maggiore

Il volume atomico diminuisce perché aumenta il numero delle cariche positive e quindi gli elettroni sono attirati verso il nucleo con una forza maggiore

Prof. Paolo Abis

LiLi BeBe+3 +4

aumentando N° elettroni

aumenta numero di protoni sul nucleo

maggiore forza di attrazione su elettroni da parte del nucleo

elettroni si avvicinano al nucleo e orbitali si contraggono

1s 2s 1s 2s


Prof. Paolo Abis

Volume atomico e raggio atomico aumentano scendendo nel gruppo e diminuiscono andando verso destra nel periodo

AU

ME

NT

A

DIMINUISCE


Prof. Paolo Abis



Prof. Paolo Abis

Tutti gli atomi, per raggiungere la configurazione stabile dell’ottetto, tendono a perdere o acquistare uno o più elettroni

• Ogni atomo è elettricamente neutro. • Se un atomo cede o acquista uno o più elettroni la carica

del nucleo non è più neutralizzata.• L’atomo si è trasformato in un specie chimica diversa,

detta Ione, con una o più cariche elettriche positive o negative

Ioni : Cationi e AnioniIoni : Cationi e Anioni

Cationi carica positiva atomi che hanno ceduto uno o più elettroni

Cationi carica positiva atomi che hanno ceduto uno o più elettroni

Anioni carica negativa atomi che hanno acquistato uno o più

elettroni

Anioni carica negativa atomi che hanno acquistato uno o più

elettroni

Na +

Cl -

Prof. Paolo Abis

Si può prevedere la carica degli ioni di un elemento in base alla sua posizione nella tavola periodica.

Carica ionicaCarica ionica

Prof. Paolo Abis

Energia necessaria a strappare l’elettrone più debolmente legato all’atomo isolato (allo stato gassoso) e portarlo a distanza infinita dal nucleo

A + A + EnergiaEnergia ---------> A ---------> A++ + e + e--

Energia necessaria a strappare l’elettrone più debolmente legato all’atomo isolato (allo stato gassoso) e portarlo a distanza infinita dal nucleo

A + A + EnergiaEnergia ---------> A ---------> A++ + e + e--

Energia di ionizzazioneEnergia di ionizzazione

se l’atomo è allo stato neutro energia di prima ionizzazione II11

energia di ionizzazione è sempre > 0 (l’energia deve essere fornita all’atomo)

se ione con carica +1 energia di seconda ionizzazione II22

IONEIONE++ (g) IONEIONE2+2+ (g) + ee-- II22

esistono energie di ionizzazione sucessive II3 3 , I, I4 4 ,…., ,…., IInn

II11 < I < I22 < I < I3 3 < I< I44

EEnn = I = I11 + I + I22 + I + I3 3 +………+ I+………+ Inn

Prof. Paolo Abis

Energia di ionizzazione

aumenta

dim

inuis

ce

Da quale fattore dipende l’energia di ionizzazione di un elemento ?

Da quale fattore dipende l’energia di ionizzazione di un elemento ?

Energia di ionizzazioneEnergia di ionizzazione

La forza di attrazione fra due cariche elettriche di segno

opposto è: inversamente propozionale al quadrato della loro distanza

La forza di attrazione fra due cariche elettriche di segno

opposto è: inversamente propozionale al quadrato della loro distanza

Maggiore raggio atomico minore energia di ionizzazione

Maggiore raggio atomico minore energia di ionizzazione

Perciò: inversamente proporzionale al raggio atomico

Perciò: inversamente proporzionale al raggio atomico

diminuisce

aum

enta

Raggio atomico

Prof. Paolo Abis

Affinità elettronicaAffinità elettronica = energia messa in gioco quando un atomo in fase gassosa cattura un elettrone

Affinità elettronica = energia messa in gioco quando un atomo in fase gassosa cattura un elettrone

se A A è positiva cessione di energia

ATOMOATOMO (g ) + eeIONEIONE (g) AA11

se A A è negativa assorbimento di energia

F(g) + e F(g) A = 322 kJ/mol

(2s2 2p5) (2s2 2p6)

Li(g) + e Li(g) A = 60 kJ/mol

Ne(g) + e Ne(g) A = 29 kJ/mol

(2s2 2p6) (2s2 2p6 3s1)

Affinità elettronica Affinità elettronica

Prof. Paolo Abis

Affinità elettronica Affinità elettronica



aumenta

dim

inuis

ce

Vari

a d

i poco

aumentaAffinità elettronicaAffinità elettronica

Varia nel sistema periodico in maniera simile all’energia di ionizzazione: aumenta nel periodo e diminuisce nel gruppo

Prof. Paolo Abis

Elettronegatività Elettronegatività

L'elettronegatività è una misura della capacità di un atomo di attirare verso di se gli elettroni di legame

L'elettronegatività è una misura della capacità di un atomo di attirare verso di se gli elettroni di legame

L'elettronegatività è un concetto molto utile ed importante in chimica, in quanto consente di fare diverse considerazioni sulla struttura, le proprietà e la reattività delle molecole.

Dalla differenza di elettronegatività dei due atomi impegnati in un legame è possibile risalire alla % di carattere ionico del legame.

a una maggiore differenza di elettronegativita' corrisponde un maggiore carattere polare del legame.

Omeopolare

Eteropolare

Ionico

Prof. Paolo Abis


Differenze di elettronegatività e carattere ionico delle molecole:Differenze di elettronegatività e carattere ionico delle molecole:

Omeopolare Eteropolare Ionico

Esempio: la molecola dell’acquaEsempio: la molecola dell’acqua

-+

+

Prof. Paolo Abis




aumenta

dim

inuis

ce

aumentaElettronegativitàElettronegatività

L'elettronegatività è proporzionale all’ E. I. e varia in modo analogo nella tavola periodica.L'elettronegatività è proporzionale all’ E. I. e varia in modo analogo nella tavola periodica.

dim

inuis

ce

NB. Se si esclude il raro fluoro l’elemento più elettronegativo è l’ossigeno (molto reattivo).

NB. Se si esclude il raro fluoro l’elemento più elettronegativo è l’ossigeno (molto reattivo).

Prof. Paolo Abis

La conseguenza dell’aumento dell’attrazione tra il nucleo e gli

elettroni rimanenti è che il catione ha raggio ionico molto piu’ piccolo del raggio atomico

Per gli anioni vale il discorso inverso. Un aumento della nube

elettronica determina la diminuzione della attrazione tra

nucleo ed elettroni. Quindi l’ anione ha raggio ionico molto piu’

grande del raggio atomico

Raggi atomici e raggi ioniciRaggi atomici e raggi ionici

Prof. Paolo Abis

Metalli e non metalliMetalli e non metalli

• Sono lucenti, • malleabili, • duttili,• buoni conduttori di corrente e

di calore• Sono sistemati a sinistra e al

centro della tavola periodica• Sono tutti solidi eccetto il

mercurio

I metalli I metalli

• hanno la tendenza a perdere e-.

Prof. Paolo Abis


I non metalli I non metalli

• Non sono lucenti, né malleabili e non conducono bene corrente e calore

• Sono sistemati a destra della tavola periodica

• Sono solidi (es. iodio), liquidi (es. bromo) e gassosi (es. cloro)

• hanno la tendenza a acquistare e-.

Prof. Paolo Abis

• aspetto brillante o opaco;

• solidi;• conducono l’elettricità

meno dei metalli e più dei non metalli;

• sono duttili e malleabili.

• Sono elementi con l’aspetto e alcune proprietà tipiche dei metalli, ma con comportamento chimico diverso.


I Semi-metalli I Semi-metalli

Larmonia della materia. Prof. Paolo Abis La tavola periodica di Mendeleev Nel XIX ° sec. erano...

Documents

Transcript of Larmonia della materia. Prof. Paolo Abis La tavola periodica di Mendeleev Nel XIX ° sec. erano...