Tavola periodica e proprietà periodiche

1. Tavola periodica e proprietà periodiche

2. Alcune tappe storiche 1789 Lavoisier pubblica una lista di 33 elementi chimici raggruppati in  gas, metalli, non-metalli e terrosi. 1829 Döbereineidentificadiversigruppi di treelementipresentanticaratteristichecomuni: leggedelletriadi. 1866 Newlandssirendecontoche, ordinandoglielementi in base allamassaatomica (dal piùleggero al piùpesante), cambiano man mano le proprietàchimico-fisiche, ma sembranoripetersiogni 8: leggedelleottave. 1869 Mendeleev,sviluppandol’idea di Newlands, pubblicaunalista in cui glielementiaventiproprietàsimilisonosistemati in colonne. Ne risulta, così, unasorta di tabella (tavola) in cui le colonne, appunto, rappresentanogruppi (totale 7) di elementi con caratteristichesimili, mentreognirigacontieneelementi con proprietà via viadifferenti. In questomodo ci sirendecontoche le proprietàtendono a ripetersirigadoporigaperiodicamente. La tavolavenneperciòfu definite: tavolaperiodica.

3. Lo stesso Mendeleev si accorge che, per raggruppare gli elementi secondo caratteristiche simili, non sempre può essere rispettato l’ordine di massa atomica. Così, ad esempio, pone l’arsenico As nel gruppo di azoto N e fosforo P, lasciando vuoti due posti, prevedendo l’esistenza di due elementi, all’epoca sconosciuti) Tali elementi furono scoperti alla fine dell’800: il gallio e il germanio Altro esempio è l’ordine del tellurio Te e dello Iodio I invertito rispetto alla massa, sempre per rispettare le caratteristiche.

4. 1890 I gas nobili  furono inseriti come ottavo gruppo (ultimo a destra) 1905 Werner estende la tavola periodica inserendo nuovi elementi: metalli di transizione , lantanidi e attinidi. 1915 Moseley (raggi x numero z) scopre la corrispondenzatral’ordinedeglielementidellatavolaperiodica e ilnumeroatomico z 1930 Con le nuoveteoriedellameccanicaquantistica e iconseguentistudisullaconfigurazioneelettronica, siscopreche le caratteristichedeglielementidipendono dal livellopiùesterno (glielementidellostessogruppopresentanougualenumero di elettronisull’ultimolivello)

5. Tavola periodica attuale Blocco s Blocco p Blocco d Blocco f

6. Proprieta’ periodiche • Le proprietà principalmente analizzate da Mendeleev (seconda metà dell’800) sono: • P. fisiche: stato di aggregazione a t°ambiente, t°di fusione e t° di ebollizione, conducibilità elettrica e termica, malleabilità, duttilità, friabilità. • P. chimiche: reattività in presenza di O2, H2 e Cl2 • Nei primi decenni del ‘900 furono aggiunte 4 grandezze fisiche periodiche molto significative: energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività e raggio atomico Sempre nel ‘900 le proprietà periodiche furono strettamente correlate con configurazione elettronica degli atomi. Tutte queste grandezze e proprietà vengono definite periodiche in quanto variano lungo ciascuna riga (periodo) e tale variabilità si ripete, nella sostanza, in tutti i periodi in modo tale che ogni colonna (gruppo) contiene elementi con proprietà molto simili.

7. Grazie alle nuove scoperte e teorie, nonché tecnologie dei primi decenni del ‘900, si studiarono particolari proprietà degli atomi che si rivelarono fondamentali per la comprensione del comportamento e delle caratteristiche delle varie sostanze elementari. Una, tra queste nuove proprietà indagate, è la Energia di prima ionizzazione Energia minima necessaria per estrarre un elettrone ad un atomo neutro isolato gassoso (trasformandolo in ione positivo) A+ + e- A + E.I.

9. Andamento dell'energia di prima ionizzazione in funzione del numero atomico.

10. Energia di prima ionizzazione – andamento nella tavola • E’ sempre > 0: nessun elemento isolato ha tendenza a perdere spontaneamente un elettrone, quindi bisogna fornirgli energia. • L’E.I. aumenta lungo un periodo in quanto, aumentando il numero di p+ nel nucleo e di e- intorno ad esso, aumenta proporzionalmente la forza di attrazione coulombiana. • L’E.I. diminuisce scendendo lungo un gruppo perchèl’e- più esterno è sempre più lontano, quindi ha meno forza coulumbiana ed inoltre è più schermato rispetto ai protoni del nucleo da parte dei livelli più interni.

11. E.I.

12. Esistono configurazioni elettroniche esterne più stabili di altre. 1s2 2s2 2p6 n s1 (n-1) s2(n-1) p6 3s2 3p6 4s2 4p6 5s2 5p6 4s1 3s1 2s1 5s1 6s1

13. Affinita' elettronica Energia scambiata (assorbita o ceduta) quando un elemento acquista un elettrone (ovvero si trasforma iun ione negativo) X + e- X- + energia oppure X- X + energia + e-

14. Affinità elettronica

15. Dimensioni atomiche • Le dimensioni di un atomo sono determinate dalla distribuzione degli elettroni intorno al nucleo. • Non è possibile determinare sperimentalmente le dimensioni di un atomo isolato.

16. Raggi atomici J.C. Slater ha calcolato il raggio atomico di moltissimi elementi basandosi sulle distanze tra atomi nelle sostanze elementari e nei composti allo stato solido. I raggi atomici sono stati definiti in modo tale che la somma dei raggi sia pari alla distanza fra i nuclei. Naturalmente il raggio atomico variera' a seconda di come l'atomo in esame interagisce con i suoi vicini, ma la deviazione dal valore medio del raggio atomico e' entro 12 picometri.

17. Raggi atomici • Le dimensioni atomiche diminuiscono lungo ciascun periodo, nel senso in cui aumentano le interazioni nucleo-elettroni. • Le dimensioni atomiche aumentano scendendo lungo un gruppo, nel senso in cui le interazioni nucleo-elettroni diminuiscono.

18. Raggio atomico

19. Atomi neutri e ioni • Quando un atomo perde e- trasformandosi in un catione, si ha diminuzione delle dimensioni, soprattutto quando questo corrisponde alla scomparsa dello strato più esterno. • Quando l’atomo prende e- per dare un anione, le dimensioni aumentano. Es. alogeni che danno ioni mononegativi raggiungendo la configurazione elettronica del gas nobile successivo.

20. Elettronegatività E’ un parametro non misurabile con strumenti, ma calcolabile in vari modi ed indica la tendenza di un atomo di attrarre gli elettroni di legame in uno specifico legame chimico. Tra i vari modi, citiamo quello di Pauling (più utilizzato), basato su misurazioni di energie coinvolte nei vari legami e quello (meno utilizzato, ma più semplice) di Mulliken, che si ottiene semplicemente come semisomma delle energia di ionizzazione e dell’affinità elettronica Conoscere le elettronegatività degli atomi mi serve per conoscere e comprendere diverse proprietà delle sostanze, ad esempio, la polarità e la percentuale di ionizzazione di un determinato composto, la sua solubilità in determinati solventi, la sua reattività, la possibilità di un determinato atomo di combinarsi con determinati altri ecc.