Le proprietà periodiche degli elementi - corso di chimica ...larafinelli.people.ing.unibo.it/Lucidi 2008-2009/proprieta... · Proprietà periodiche: CARICA NUCLEARE EFFICACE, Z eff

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Le proprietà periodiche degli elementi

2

Numero atomico

Simbolo

Peso atomico

Metallo

Semimetallo

Non metallo

Numerazione gruppi IUPAC

1s

2s2p

3s3p

4s3d4p

5s4d5p

6s4f5d6p

7s5f6d7p

3

I II III IV V VI VII

0

Numerazione gruppi tradizionale, n° coincide con gli elettroni esterni degli elementi o elettroni di valenza

4

Moseley ha ordinato gli elementi secondo valori crescenti del numero atomico (Z) � TAVOLA PERIODICA.

File orizzontali � PERIODIFile verticali� GRUPPI

Gli elementi appartenenti allo stesso gruppo hanno strutture

elettroniche simili e comportamento chimico simile. Tutto ciò fa

ritenere che le proprietà degli elementi chimici dipendano dagli

elettroni più esterni (detti elettroni di valenza).

1° periodo � piccolissimo periodo

2° e 3° periodo � periodi corti o piccoli

4° e 5° periodo � lunghi periodi

6° periodo � lunghissimo periodo

7° periodo � incompleto

5

Classificazione periodica degli elementi

Blocco s (ns2) Blocco p (np6)

Blocco d ((n-1)d10)

Blocco f ((n-2)f14)

6

1. Carica nucleare efficace (Zeff o Z*)

2. Dimensioni atomiche

3. Energia di ionizzazione

4. Affinità elettronica

5. Elettronegatività

6. Carattere metallico

Le proprietà periodiche

7

Carica nucleare efficace

In un atomo polielettronico gli elettroni più interni esplicano una

azione di “schermo” per cui un elettrone risente di una carica Zeff,detta carica nucleare efficace, minore di Z.

3+--

-

Li

Li: 3 e-

Z = 3Zeff = 1,30

8

Z = carica del nucleo

σ = costante di schermo dell’i-esimo

elettrone, con Σ estesa a tutti gli

elettroni meno quello considerato

0<σi <1

ieff ZZ σΣ−=

Zeff = Z - S

Zeff dipende dalla capacità degli e– già presenti di schermare il nucleo e quindi dal tipo di orbitale in cui si trova l’e– piùesterno.

La carica nucleare efficace è quella effettivamente sentitadall’elettrone considerato e può essere calcolata dall’equazionedi Slater:

S = costante di schermo totale

9

3+--

-

Li

Li: 3 e-

Z = 3Zeff = Z-S = 3-1,70 = 1,30

Be: 4 e-

Z = 4Zeff = Z-S = 4-2,05 = 1,95

se gli e– sono nello stesso tipo di

orbitale non si schermano fra loro in

modo efficace (σ=0.35)

4+--

-

Be

-

Lungo un periodo la carica nucleare efficace aumenta

se gli e– sono interni e

vicini al nucleo sono molto

schermanti (σ=0.85/1)

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Orbitali di tipo diverso (s, p, d, f, ecc.), appartenenti allo stesso livello

n, penetrano verso il nucleo in maniera diversa. La capacità di penetrazione varia nell’ordine:

s > p > d > f

Gusci interni

Na 1s2 2s2 2p6 3s1

Na: 11 e-

Z = 11Zeff = 2,20

Zeff risulta tanto minore quanto minore è la penetrazione del relativo orbitale. L’elettrone è energeticamente meno legato al nucleo quanto minore èZeff e al relativo orbitale corrisponderà una energia maggiore.

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0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

ZH

He

Li Na

Ne Ar

K

Kr Xe

Rb Cs

Periodo

Gruppo

Proprietà periodiche: CARICA NUCLEARE EFFICACE, Zeff

Aumenta Z

ma anche S

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RAGGIO ATOMICO

Raggio atomico metallico (es. cristallo metallico Al). Viene definito

come la metà della distanza internucleare tra gli atomi più vicini nel

reticolo cristallino.

Raggio atomico covalente (es. molecola biatomica Cl2). E’ la metà della distanza internucleare tra due atomi uguali.

r=d/2=99 pm

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Proprietà periodiche: RAGGIO ATOMICO lungo un gruppo

Aumenta n Aumenta rA

14

Proprietà periodiche: RAGGIO ATOMICO

PeriodoZeff ↑↑↑↑

Gruppon ↑↑↑↑

15

Proprietà periodiche: RAGGIO ATOMICO

1 2 3 4 5 6 7 8

Gruppo

Raggio atomico

(pm)

Per

iodo

16

Ionizzazione: effetto sulle dimensioni atomiche

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L’energia di ionizzazione

−+ + → eXX g

E

g

ion

)()(

'

1a ionizzazione

−++ + → eXX g

Eg

ion 2

)()(

''

2a ionizzazione

−++ + → eXX g

ionEg

3

)(

'''

)(2

3a ionizzazione

L’energia di prima ionizzazione è l’energia necessaria per togliere l’elettrone più esterno ad un atomo neutro e isolato.

Per togliere un elettrone ad

un atomo bisogna sempre fornire energia; la

ionizzazione è un processo

endotermico.

L’atomo neutro costituisce

sempre una situazione di

minore energia rispetto

allo ione positivo + 1

elettrone.

18

L’energia di ionizzazione

E2s

E2p

E3s

0

Na(g) + 5.14 eV →→→→ Na+(g) + e-

19

Proprietà periodiche: ENERGIA di 1° IONIZZAZIONE

Gruppon,rA↑↑↑↑

PeriodoZeff ↑↑↑↑

20

Ne [He]2s22p6

F [He]2s22p5

O [He]2s22p4

N [He]2s22p3

C [He]2s22p2

B [He]2s22p1

Be [He]2s2

Li [He]2s1

Proprietà periodiche: ENERGIA di IONIZZAZIONE

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Gruppo

Per

iodo

Energia ionizzazione (kJ mol-1)

Proprietà periodiche: ENERGIA di 1° IONIZZAZIONE

22

Na(g) + 5.14 eV → Na+(g) + e-

Na+(g) + 47.3 eV → Na2+

(g) + e-

E2s

E2p

E3s

Proprietà periodiche: ENERGIA di IONIZZAZIONE

Energia di 1°ionizzazione

Energia di 2°ionizzazione

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L’energia di 1a ionizzazione e superiori

Li Na K Be Mg Ca B Al

0

5000

10000

15000

20000

25000

1a ionizz.

2a ionizz.

3a ionizz.

4a ionizz

E’ion < E’’ion < E’’’ion <…ecc.

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L’affinità elettronica

1

)()( AEgg EXeX +→+ −−

EAE 1° ordine < O Processo esotermico

22

)()( AEgg EXeX +→+ −−−

EAE 2° ordine > O Processo endotermico

L’affinità elettronica è l’energia in gioco nella formazione di uno

ione negativo da parte di un atomo neutro ed isolato.

Viene anche definita come l’energia di legame tra l’elettrone

aggiunto e l’atomo.

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Proprietà periodiche: AFFINITÀ ELETTRONICA

I II III IV V VI VII

1 H-73

2 Li Be B C N O F-60 18 -27 -122 7 -141 -328

3 Na Mg Al Si P S Cl-53 21 -43 -134 -72 -200 -349

4 K Ca Ga Ge As Se Br-48 -2 -29 -120 -78 -195 -325

Ea.e.

(KJ/mol)

PeriodoZeff ↑↑↑↑

Gruppo rA ↑↑↑↑

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Elettronegatività: tendenza di un atomo ad attrarre a sé

elettroni quando forma legami con altri atomi.

L’elettronegatività è una proprietà relativa.

GruppoZeff cost

rA ↑↑↑↑

PeriodoZeff ↑↑↑↑rA ↓↓↓↓

Proprietà periodiche: ELETTRONEGATIVITA’

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Proprietà periodiche: ELETTRONEGATIVITA’

Elementi elettropositivi

Elementi elettronegativi

3 4

4 5 6 7

8

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Formano alogenuri covalentiFormano alogenuri ionici

Formano anioniFormano cationi

Danno ossidi acidiDanno ossidi basici

Non reagiscono con gli acidiReagiscono con gli acidi

Forti forze attrattive tra nucleo ed elettroni esterni

Deboli forze attrattive tra nucleo ed elettroni esterni

Cattivi conduttori termiciBuoni conduttori termici

Solidi, liquidi, gassosiSolidi, alto punto di fusione

Non malleabiliMalleabili

Non duttiliDuttili

Scarsi conduttori elettriciBuoni conduttori elettrici

NON METALLIMETALLI

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Proprietà periodiche: CARATTERE METALLICO

Conducibilità elettrica bassa ma non nullaProprietà intermedie fra metalli e non metalli

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Energia di ionizzazioneAffinità elettronicaElettronegatività

Raggio atomicoCarattere metallico

aumenta

aumenta

aumenta

aum

enta

31

1) Ordinare i seguenti elementi in ordine di raggio atomico

crescente: Cu, K, Fe, Ge, Se, Sc

2) Ordinare i seguenti elementi in ordine di energia di 1°

ionizzazione decrescente: Sb, P, As, Bi, N

3) Ordinare i seguenti elementi in ordine di elettronegatività

crescente: Cl, Al, Si, Mg, P

4) Scrivere il simbolo chimico degli elementi: rame, fosforo,

selenio, argento, osmio, piombo, astato, xeno, radio, cerio,

zirconio, bismuto

5) Scrivere il nome degli elementi che corrispondono ai seguenti

simboli chimici: Rb, Al, Se, Pt, Mo, Sb, Sn, Po, Sc

6) Ordinare i seguenti elementi in ordine di dimensioni atomiche

(raggio atomico) decrescente: Ga, Tl, Al, B, In