5. tavola periodica e proprietà periodiche Flashcards
Proprietà periodiche
- raggio atomico
- raggio ionico
- energia di ionizzazione
- affinità elettronica
- elettronegatività
Raggio atomico
Dimensione dell’atomo, in particolare la distanza tra il nucleo e il confine dell’atomo.
Il problema è che l’atomo non è un oggetto fisico, per cui non ha un confine fisico.
Quindi il raggio si misura a partire da due atomi in contatto tra loro.
Si distinguono dunque diversi tipi di raggi:
- raggio covalente: semidistanza tra i nuclei di due atomi dello stesso elemento legati covalentemente
- nel legame covalente, le nubi elettroniche degli atomi tendono a sovrapporsi, per cui il raggio misurato è leggermente minore del raggio reale dell’atomo
- raggio metallico: semidistanza tra i nuclei di due atomi in contatto nel metallo solido cristallino (non c’è compenetrazione delle nubi elettroniche)
- metalli (elementi del blocco s) e metalli di transizione (blocco d)
- raggio di van der Waals: semidistanza tra i nuclei di due atomi di gas nobili allo stato solido
- gas nobili, che non formano legami ma interagiscono soltanto.
ANDAMENTO NELLA TAVOLA PERIODICA
Gruppi principali ↙
- aumenta nel gruppo: gli elementi di uno stesso gruppo hanno configurazione elettronica dello stesso tipo ma con n diverso (corrispondente al periodo)
- diminuisce nel periodo: nel periodo il numero quantico principale n è lo stesso, ma aumenta la carica efficace Z_eff, dato che aumentano i protoni, e quindi è maggiore l’attrazione al nucleo degli elettroni di valenza.
Elementi di transizione: gli elettroni di valenza occupano il sottolivello ns, ma il sottolivello (n-1)d è leggermente più interno dell’ns. Questo significa che la maggiore carica nucleare (aumento di un protone) è contrastata dalla maggiore repulsione tra gli elettroni.
Gli elementi del blocco f non differiscono molto nelle dimensioni.
Raggio ionico
Si calcola in base alla distanza tra i nuclei di ioni legati ionicamente.
Il raggio ionico di riferimento è quello dello ione ossido O(2-), di 140 pm.
In un legame ionico, il raggio del catione è minore di quello dell’anione.
I cationi hanno raggio minore di quello degli atomi neutri da cui derivano poiché hanno meno elettroni.
Gli anioni hanno raggio maggiore di quello degli atomi da cui derivano poiché gli elettroni aggiunti da un lato risentono meno della carica nucleare, dall’altro sono respinti dagli altri elettroni.
Il raggio di ioni isoelettronici dipende dalla carica efficace.
ANDAMENTO NELLA TAVOLA PERIODICA
Gruppi principali ↙
- aumenta nel gruppo: gli elementi di uno stesso gruppo hanno configurazione elettronica dello stesso tipo ma con n diverso (corrispondente al periodo)
- diminuisce nel periodo: nel periodo il numero quantico principale n è lo stesso, ma aumenta la carica efficace Z_eff, dato che aumentano i protoni, e quindi è maggiore l’attrazione al nucleo degli elettroni di valenza.
Energia di ionizzazione
L’energia di ionizzazione EI è la minima energia necessaria per rimuovere un elettrone da un atomo neutro in fase gassosa, ovvero per portarlo a distanza infinita dal nucleo.
X(g) → X+(g) + e-
X+(g) → X(2+)(g) + e-
Per convenzione, dato che è una reazione endotermica, ha segno positivo.
Unità di misura: kJ/mol
Rimuovendo elettroni successivi, si hanno energie di ionizzazione diverse: rimuovere elettroni successivi richiede progressivamente più energia (ancora di più per gli elettroni interni).
EI_1 < EI_2 < EI_3…
ANDAMENTO NELLA TAVOLA PERIODICA ↗
- diminuisce nel gruppo: scendendo nel gruppo aumenta il raggio atomico e quindi gli elettroni che vengono rimossi sono più lontani dal nucleo
- aumenta nel periodo: lungo il periodo aumenta la carica efficace e quindi è necessaria energia maggiore per rimuovere gli elettroni
ECCEZIONE
L’O ha EI più bassa dell’N perché ha due elettroni su uno stesso orbitale p, per cui l’elettrone che viene rimosso risente di una maggiore repulsione. Inoltre, l’elettrone rimosso ha spin antiparallelo, ovvero energia leggermente maggiore.
Entalpia di acquisizione elettronica
L’entalpia di acquisizione elettronica Δ_(EA)H è la variazione di entalpia (somma di energia interna e prodotto di pressione per volume H = U + pV, quantità di energia interna che il sistema può scambiare con l’ambiente) che si verifica quanto un atomo neutro, isolato e in fase gassosa acquisisce un elettrone, formando un anione.
X(g) + e- → X-(g)
Unità di misura: kJ/mol
Per molti elementi è negativa, ovvero è rilasciata energia.
ANDAMENTO NELLA TAVOLA PERIODICA ↙
Andamento meno prevedibile, ma in generale
- aumenta (meno negativa) nel gruppo: aumenta il raggio atomico, quindi diminuisce la carica efficace e gli atomi tendono meno ad acquistare elettroni
- Eccezione: gli elementi del periodo 2 hanno un valore di Δ_(EA)H maggiore (meno negativo) degli elementi del periodo 3. Perché? es. F 2p, Cl 3p: Poiché il 2p è leggermente più piccolo del 3p, l’elettrone aggiunto al F è respinto di più dagli altri elettroni.
- diminuisce (più negativa) nel periodo: aumenta la carica efficace e quindi gli atomi sono più propensi ad acquistare elettroni
- Eccezione: meno negativa nei gruppi II e V, poiché il nuovo elettrone andrebbe in un nuovo sottolivello p (II gruppo) o si accoppierebbe con un altro elettrone nel sottolivello p (V gruppo).
I gas nobili hanno valore pressoché nullo di Δ_(EA)H poiché il nuovo elettrone si collocherebbe su un nuovo livello elettronico, che ha energia più alta. Ovvero, non hanno affinità per gli elettroni.
Affinità elettronica
L’affinità elettronica EA è la variazione di energia interna che si verifica quando un atomo neutro, isolato e in fase gassosa acquisisce un elettrone, formando un anione.
X(g) + e- → X-(g)
Unità di misura: kJ/mol
Ha lo stesso valore dell’entalpia di acquisizione elettronica (descrivono entrambe lo stesso processo) ma segno opposto.
Ha segno positivo per gli atomi che tendono meno ad acquistare elettroni, ovvero hanno bisogno di energia per acquistare un elettrone,
Ha segno negativo per gli atomi che tendono ad acquistare elettroni, ovvero rilasciano energia.
ANDAMENTO NELLA TAVOLA PERIODICA ↗
Andamento meno prevedibile, ma in generale
- diminuisce nel gruppo: aumenta il raggio atomico, quindi diminuisce la carica efficace e gli atomi tendono meno ad acquistare elettroni
- Eccezione: gli elementi del periodo 2 hanno minore EA degli elementi del periodo 3. Perché? es. F 2p, Cl 3p: Poiché il 2p è leggermente più piccolo del 3p, l’elettrone aggiunto al F è respinto di più dagli altri elettroni.
- aumenta nel periodo: aumenta la carica efficace e quindi gli atomi sono più propensi ad acquistare elettroni
- Eccezione: minore nei gruppi II e V, poiché il nuovo elettrone andrebbe in un nuovo sottolivello p (II gruppo) o si accoppierebbe con un altro elettrone nel sottolivello p (V gruppo).
I gas nobili non hanno affinità per gli elettroni poiché il nuovo elettrone si collocherebbe su un nuovo livello elettronico, che ha energia più alta.
Elettronegatività
L’elettronegatività χ è la tendenza di un atomo in una molecola ad attrarre a sé gli elettroni di legami.
Si manifesta in presenza di un legame chimico.
È adimensionale.
È correlata all’energia di ionizzazione, relativa alla forza di attrazione del nucleo verso i propri elettroni, e all’affinità elettronica, che indica la forza di attrazione verso elettroni estranei.
ANDAMENTO NELLA TAVOLA PERIODICA ↗
- diminuisce nel gruppo: aumenta il raggio atomico e dunque diminuisce la capacità di attrarre elettroni
- aumenta nel periodo.
L’andamento dell’elettronegatività è opposto rispetto a quello del carattere metallico:
- i metalli hanno bassa elettronegatività, cioè tendono a rilasciare elettroni
- i non metalli hanno alta elettronegatività, cioè tendono ad acquisire elettroni.
Carattere metallico
Il carattere metallico è la tendenza di un atomo a perdere elettroni e perciò formare un catione.
Ha un andamento nella tavola periodica opposto a quello dell’energia di ionizzazione:
- aumenta nel gruppo: aumentando il raggio ionico, diminuisce la carica effettiva e quindi l’energia di ionizzazione, ovvero l’atomo perde elettroni più facilmente
- diminuisce nel periodo: diminuendo il raggio ionico, aumenta la carica effettiva e quindi l’energia di ionizzazione, ovvero l’atomo difficilmente perde elettroni.
Comportamento di una sostanza in presenza di un campo magnetico
Il comportamento di una sostanza in presenza di un campo magnetico è spiegato dallo spin.
Una sostanza detta paramagnetica è attratta dal campo magnetico, poiché presenta elettroni spaiati.
Una sostanza detta diamagnetica è debolmente respinta poiché presenta elettroni appaiati, ovvero il campo magnetico di un elettrone annulla quello dell’altro.
