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Il sistema periodico1 LICEO SCIENTIFICO STATALE LEONARDO da VINCI di FIRENZE CORSO SPERIMENTALE F DOCENTE Prof. Enrico Campolmi IL SISTEMA PERIODICO.

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1 Il sistema periodico1 LICEO SCIENTIFICO STATALE LEONARDO da VINCI di FIRENZE CORSO SPERIMENTALE F DOCENTE Prof. Enrico Campolmi IL SISTEMA PERIODICO

2 Il sistema periodico2 Attualmente si conoscono 109 elementi: 92 naturali e 17 artificiali

3 Il sistema periodico3 Abbondanza relativa dei vari elementi

4 Il sistema periodico4 Nella seconda metà dell800, quando gli elementi conosciuti erano circa 50, si cominciò a cercare un criterio per classificarli Nel 1869, il chimico russo Mendeleèv propose una classificazione basata sulle proprietà chimiche D. I. Mendeleèv (1834 – 1907) Gli elementi sono disposti secondo colonne verticali (gruppi) e righe orizzontali (periodi)

5 Il sistema periodico5 Successivamente alla scoperta dei numeri atomici gli, elementi vennero disposti in ordine crescente di numero atomico

6 Il sistema periodico6 B 2p 1 H 1s 1 Li 2s 1 Na 3s 1 K 4s 1 Rb 5s 1 Cs 6s 1 Fr 7s 1 Be 2s 2 Mg 3s 2 Ca 4s 2 Sr 5s 2 Ba 6s 2 Ra 7s 2 Sc 3d 1 Ti 3d 2 V 3d 3 Cr 4s 1 3d 5 Mn 3d 5 Fe 3d 6 Co 3d 7 Ni 3d 8 Zn 3d 10 Cu 4s 1 3d 10 B 2p 1 C 2p 2 N 2p 3 O 2p 4 F 2p 5 Ne 2p 6 He 1s 2 Al 3p 1 Ga 4p 1 In 5p 1 Tl 6p 1 Si 3p 2 Ge 4p 2 Sn 5p 2 Pb 6p 2 P 3p 3 As 4p 3 Sb 5p 3 Bi 6p 3 S 3p 4 Se 4p 4 Te 5p 4 Po 6p 4 Cl 3p 5 Be 4p 5 I 5p 5 At 6p 5 Ar 3p 6 Kr 4p 6 Xe 5p 6 Rn 6p 6 Y 4d 1 La 5d 1 Ac 6d 1 Cd 4d 10 Hg 5d 10 Ag 5s 1 4d 10 Au 6s 1 5d 10 Zr 4d 2 Hf 5d 2 Nb 4d 3 Ta 5d 3 Mo 5s 1 4d 5 W 6s 1 5d 5 Tc 4d 5 Re 5d 5 Ru 4d 6 Os 5d 6 Rh 4d 7 Ir 5d 7 Ni 4d 8 Ni 5d 8 Riempiendo gli orbitali otteniamo la configurazione elettronica dei vari elementi Tutti gli elementi dello stesso periodo hanno gli elettroni più esterni nello stesso livello energetico Gli elementi dellottavo gruppo (gas nobili) riempiono gli orbitali s e p dellultimo livello energetico

7 Il sistema periodico7 La configurazione elettronica interna di ogni elemento corrisponde a quella del gas nobile precedente Tutti gli elementi dello stesso gruppo hanno la medesima configurazione elettronica esterna

8 Il sistema periodico8 1s 2s2p 3s3p3d 4s4p4d4f 5s5p5d5f 6s6p6d 7s Attraversando i blocchi, mano a mano che cresce il numero atomico, è possibile memorizzare lordine di riempimento degli orbitali

9 Il sistema periodico9 LE PROPRIETA PERIODICHE Nel susseguirsi degli elementi, periodicamente ricompaiono delle caratteristiche comuni Elementi appartenenti allo stesso gruppo, avendo la stessa configurazione elettronica esterna, hanno comportamento chimico simile Fluoro 2s 2 2p 5 HF Cloro3s 2 3p 5 HCl Bromo4s 2 4p 5 HBr Iodio5s 2 5p 5 HI Il volume atomico aumenta diminuisce

10 Il sistema periodico10 Il volume atomico influenza la forza con la quale gli elettroni più esterni sono legati al nucleo. La regola dellottetto Tutto in natura tende verso una maggiore stabilità, intesa come assenza di cambiamento Più una sostanza è stabile e più difficilmente parteciperà a reazioni chimiche In natura non si incontrano mai atomi isolati, perché non sono stabili A questa regola fanno eccezione i gas nobili, che sono invece elementi molto stabili La loro stabilità risiede nella loro configurazione elettronica esterna nS 2 nP 6, (He fa eccezione) con gli orbitali S e P riempiti da 8 elettroni (un ottetto) La configurazione elettronica otteziale, conferendo la massima stabilità possibile, costituisce il riferimento che tutti gli atomi cercano di raggiungere attraverso le reazioni chimiche Tutti gli elementi reagiscono e formano legami per raggiungere la configurazione elettronica esterna del gas nobile più vicino

11 Il sistema periodico11 Gli ioni Se latomo cede alcuni dei suoi elettroni esterni assume una carica positiva e si trasforma in uno ione positivo o catione Li Li + + e catione monovalente Ca Ca e catione bivalente Fe Fe e catione trivalente Pb Pb e catione tetravalente Le dimensioni dei cationi sono minori di quelle degli atomi di partenza, in quanto i protoni sono adesso più degli elettroni residui e li attirano con maggior forza, facendo diminuire il volume atomico Se latomo acquista elettroni assume una carica negativa diventando uno ione negativo o anione; F + e F anione monovalente O + 2e O 2 anione bivalente N + 3e N 3 anione trivalente Le dimensioni degli anioni sono maggiori di quelle degli atomi di partenza, in quanto i protoni sono adesso meno degli elettroni e li attirano con minor forza, gli elettroni possono quindi allontanarsi un poco dal nucleo, facendo aumentare il volume atomico

12 Il sistema periodico12 Per quale motivo un atomo cede o acquista degli elettroni? Na (Ne) 3S 1 Na + (Ne) Ha raggiunto formalmente lottetto F 1S 2 2S 2 2p 5 F (Ne) Ha raggiunto formalmente lottetto Gli atomi si trasformano in ioni per raggiungere la configurazione elettronica del gas nobile più vicino E possibile prevedere in quale tipo di ioni monoatomici un elemento si trasformerà, a seconda della sua posizione nella tabella periodica,

13 Il sistema periodico13 gruppo Ioni monoatomici gruppo Ioni monoatomici I° Cationi monovalenti (Na + ; K + ecc.) V° raramente cationi trivalenti (Bi 3+ ) o anioni trivalenti(N 3- ) II° Cationi bivalenti (Mg 2+ ; Ca 2+ ecc.) III° Cationi trivalenti (Al 3+ ) VI° anioni bivalenti (O 2- ; S 2- ) IV° Cationi bivalenti (Sn 2+ ; Pb 2+ ) Cationi tetravalenti (Sn 4+ ; Pb 4+ ) VII° anioni monovalenti (Cl - ; F - ; ecc.)

14 Il sistema periodico14 Energia di ionizzazione Energia necessaria per strappare ad un atomo uno dei suoi elettroni più esterni Aumenta spostandosi da sinistra verso destra in un periodo, diminuisce scendendo lungo un gruppo Varia in modo opposto rispetto al volume atomico Tale andamento concorda con la distribuzione degli ioni nei vari gruppi

15 Il sistema periodico15 Elettronegatività Nel legame chimico due atomi mettono in compartecipazione gli elettroni degli orbitali più esterni, che iniziano ad orbitare intorno ad entrambi i nuclei Lelettronegatività è la forza con cui gli atomi di un elemento attirano gli elettroni di legame Aumenta spostandosi da sinistra verso destra in un periodo, diminuisce scendendo lungo un gruppo Lelettronegatività varia in modo opposto rispetto al volume atomico

16 Il sistema periodico16 Metalli e non metalli Metalli: tutti solidi a temperatura ambiente (tranne il mercurio), hanno bassa elettronegatività ed energia di ionizzazione, sono buoni conduttori di calore e di elettricità, sono duttili e malleabili Non metalli: a temperatura ambiente possono essere solidi, liquidi o gassosi, hanno alta elettronegatività ed energia di ionizzazione, sono cattivi conduttori di calore e di elettricità. Semi metalli ( o metalloidi): hanno caratteristiche intermedie. Silicio e germanio, essendo semi conduttori, sono impiegati in elettronica

17 Il sistema periodico17 Il peso atomico Neutroni: particelle sub atomiche prive di carica, con massa uguale a quella del protone (1,66 x grammi), che si trovano nel nucleo assieme ai protoni. Sono stati scoperti da James Chadwick nel 1932 J. Chadwick (1891 – 1974) Numero di massa (A): numero puro dato dalla somma dei protoni e dei neutroni presenti nel nucleo Peso atomico (espresso in UMA): somma dei pesi dei protoni e dei neutroni presenti nel nucleo Isotopi: atomi che possiedono lo stesso numero atomico, ma diverso numero di massa. Gli isotopi hanno le stesse proprietà chimiche 1H1H idrogeno 2H2H deuterio 3H3H trizio

18 Il sistema periodico18 Il peso atomico di un elemento è dato dalla media ponderata dei pesi atomici di tutti i suoi isotopi 1H1H 99,985% 2H2H 0,015% 3H3H 10 -5% B 2p 1 H Li Na K Be Mg Ca Cr MnFe Zn Cu BCN O F Ne He Al Si Sn Pb P As Sb S Se Cl Be I Ar Kr Xe Rn Hg Ag Au


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