Il sistema periodico

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Storia e sviluppo del sistema periodico

Proprietà atomiche e andamenti periodici

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La struttura della tavola periodica

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Le famiglie nella tavola periodica

I simboli di Lewis

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Classificazione degli elementi

• 118 elementi
• Le righe orizzontali formano 7 periodi, ciascuno dei quali indica il livello energetico n a cui si trovano gli elettroni di valenza degli elementi che li compongono (brevi periodi e lunghi periodi).
• le colonne formano i gruppi: esiste una doppia numerazione: la prima, suggerita dalla IUPAC, in numeri arabi da 1 a 18; la seconda in numeri romani da I a VIII che interessa soltanto i gruppi principali in cui gli elettroni esterni si dispongono a riempire i sottolivelli s e p.

Il raggio atomico

Il raggio atomico (Å) è la metà della distanza minima di avvicinamento tra due atomi dello stesso elemento. Il raggio atomico aumenta lungo un gruppo e diminuisce lungo un periodo

• Per gli elementi di transizione la configurazione del livello più esterno rimane la stessa, ma si osserva il riempimento dei livelli più interni d o f. L'andamento periodico dei raggi atomici di questi elementi è quindi in parte diverso da quello dei gruppi principali.
• Per i gas nobili il riempimento del livello più esterno porta a un aumento della distanza tra gli atomi e quindi i valori dei raggi atomici degli elementi del gruppo VIII sono maggiori di quelli prevedibili in base all'andamento generale.

Le dimensioni degli atomi neutri sono diverse da quelle degli ioni. Quando si allontana un elettrone da un atomo, diminuiscono le repulsioni elettrone-elettrone e gli elettroni rimasti si avvicinano di più al nucleo: il catione che si forma ha un volume minore di quello dell'atomo neutro. L'aggiunta di un elettrone, invece, aumenta la repulsione reciproca tra gli elettroni, che si allontanano occupando un volume maggiore: l'anione che si forma ha un volume maggiore di quello dell'atomo neutro

L'energia di ionizzazione

L’energia di prima ionizzazione (kJ/mol) è l’energia necessaria per rimuovere un elettrone da un atomo isolato.L’energia di prima ionizzazione aumenta lungo un periodo e diminuisce lungo un gruppo.

• Le energie di ionizzazione successive aumentano, poichè è più difficile allontanare un elettrone da uno ione positivo rispetto a un atomo neutro.

L'affinità elettronica

L’affinità elettronica è l’energia che si libera quando un atomo in fase gassosa cattura un elettrone, divenendo uno ione negativo.

• L’affinità elettronica aumenta lungo un periodo e diminuisce lungo un gruppo.
• Si misura in kilojoule/mole e si determina in via sperimentale.

L'elettronegatività

L’elettronegatività di un elemento misura la sua tendenza ad attrarre gli elettroni di legame da un altro elemento.

• Nel 1932 , Linus Pauling propone un tipo di scala per esprimere l'elettronegatività. Secondo tale convenzione il fluoro è l'elemento più elettronegativo, mentre il francio è quello meno elettronegativo.

I legami chimici

Il legame chimico

L’energia di legame (kJ/mol) è la quantità di energia che è necessario fornire a una mole di sostanza per rompere il legame fra i suoi atomi.

Nonostante l’enorme numero di combinazioni possibili fra gli atomi, non tutte sono realizzabili: un composto si forma solo se la sua energia potenziale è minore dei singoli atomi che lo costituiscono. Soltanto se due atomi liberano energia durante il processo di formazione del composto si forma il legame chimico.

La regola dell'ottetto

Il motivo della stabilità dei gas nobili risiede nel fatto che la loro configurazione elettronica presenta otto elettroni (due nel caso dell’elio, idrogeno, litio e berillio)nello strato di valenza, che quindi è completo.

‘un atomo raggiunge il massimo della stabilità acquistando, cedendo o condividendo elettroni con un altro atomo in modo da raggiungere l’ottetto nella sua configurazione elettronica esterna, simile a quella del gas nobile nella posizione più vicina nella tavola periodica.

Il legame ionico

Se la differenza di elettronegatività fra gli atomi diventa molto grande (superiore al 60%, superiore ad 1,9), l’atomo più elettronegativo strappa l’elettrone all’altroatomo, assumendo su di sé l’intera carica negativa, mentre l’atomo che ha perso l’elettrone acquisisce una carica positiva.

Dalla posizione sulla tavola periodica si può dedurre che: • gli elementi metallici tendono a cedere elettroni diventando ioni positivi; • i non metalli tendono ad acquistare elettroni trasformandosi in ioni negativi.

Il legame covalente

Cos'è un legame covalente?

Il legame covalente può essere: • singolo: se è condivisa una sola coppia di elettroni; • doppio: se sono condivise due coppie di elettroni; • triplo: se sono condivise tre coppie di elettroni.

Se i due atomi sono identici il legame è covalente puro, quando la differenza di elettronegatività è minore a 0,4.

Il legame covalente si forma quando due atomi mettono in comune una coppia di elettroni.

Il legame covalente dativo

Cos'è un legame covalente dativo?

• I composti di coordinazione si formano quando un metallo, o uno ione metallico, viene circondatoda atomi donatori di elettroni.

• Il legame covalente dativo si forma quando la coppia di elettroni di legame è fornita da uno solo dei due atomi che partecipano al legame.

• L’atomo che dona gli elettroni si dice donatore, quello che li riceve prende il nome di accettore.

Legame covalente polare

Atomi di natura diversa possono mettere in compartecipazione i loro elettroni di valenza, ma esercitano sugli elettroni di legame una diversa forza attrattiva (elettronegatività) e si forma così un legame covalente polare.

Grazie per l'attenzione!

Dato che gli elementi che appartengono a uno stesso gruppo della tavola periodica hanno proprietà simili, sono spesso definiti famiglie.

• L'idrogeno è isolato rispetto agli elementi del gruppo I, perché non è un metallo alcalino. La sua posizione è giustificata dalla presenza di un solo elettrone di valenza.
• Gli elementi del gruppo I sono i metalli alcalini. Sono molto reattivi perché perdono facilmente l'elettrone di valenza diventando ioni positivi: appena esposti all'aria reagiscono con l'ossigeno (perdono lucentezza metallica e si coprono di una patina di ossido), mentre a contatto con l'acqua liberano gas idrogeno che può incendiarsi reagendo con l'ossigeno dell'aria. Per questo devono essere conservati sotto petrolio.
• La famiglia dei metalli alcalino-terrosi comprende gli elementi del gruppo II, che tendono a perdere i due elettroni di valenza diventando ioni: sono molto reattivi (la reattività aumenta scendendo lungo il gruppo), ma meno dei metalli alcalini.
• Gli elementi del blocco d, al centro della tavola periodica, sono i metalli di transizione, hanno proprietà molto simili.
• I lantanidi sono le terre rare. Hanno proprietà molto simili tra loro e questo ha reso difficoltosa la loro estrazione dai minerali. Trovano impiego in strumenti ad alta tecnologia: superconduttori, laser, fibre ottiche, magneti permanenti.
• Gli attinidi sono radioattivi. Gli elementi del settimo gruppo sono gli alogeni. Acquistano facilmente un elettrone diventando ioni negativi.
• Gli elementi del gruppo VIII sono i gas nobili. Hanno una reattività quasi nulla, poiché il loro livello esterno è completo.

Diverse proprietà dell'atomo sono legate al comportamento degli elettroni più esterni che «sentono» la carica positiva del nucleo. Infatti: l. scendendo lungo un gruppo, il numero quantico principale n aumenta, gli elettroni di valenza si dispongono a distanze crescenti dal nucleo e risentono di meno dell'attrazione nucleare; 2. procedendo da sinistra a destra lungo un periodo, il numero degli elettroni nel livello più interno rimane costante ma aumenta la carica positiva, perché aumenta Z, quindi l'effetto di schermo diminuisce e gli elettroni di valenza vengono maggiormente attratti dal nucleo; Queste osservazioni permettono di comprendere e prevedere come alcune proprietà degli elementi, ovvero il raggio atomico, l'energia di ionizzazione, l'affinità elettronica e l'elettronegatività, hanno un andamento periodico.

Livermonio, tennesio, moscovio, vengono- IUPAC 2016

Dmitrij Mendeleev pubblica la prima tavola periodica, organizzando gli elementi per massa atomica.Legge della periodicità

John Dalton introduce la teoria atomica, avviando la classificazione degli elementi.

Il sistema periodico è una mappa della materia, fondamentale per la chimica e la ricerca scientifica.

Scoperta degli attinidi, ampliando la comprensione delle proprietà chimiche degli elementi pesanti.

Oggi

1803

1869

1940

1913

1860

1952

Moseley propone l'ordinamento degli elementi secondo il numero atomico, migliorando la coerenza della tavola.Argon-potassio, tellurio-iodio o cobalto-nichel.

La prima classificazione degli elementi avvenne dopo il Congresso di Karlsruhe, Cannizzaro-masse atomiche.

I lantanidi vengono definiti, evidenziando le loro applicazioni industriali e tecnologiche.

I simboli di Lewis

• La struttura di Lewis permette di rappresentare la struttura elettronica dello strato di valenza degli elementi dei gruppi principali.