Tavola periodica e proprietà periodiche

Proprietà periodiche Le proprietà atomiche degli elementi dipendono dalla loro configurazione elettronica. Le proprietà atomiche che variano in maniera ricorrente lungo ciascun periodo e gruppo della tavola periodica sono chiamate proprietà periodiche degli elementi.

Energia di prima ionizzazione Energia minima necessaria per togliere un elettrone ad un atomo neutro isolato gassoso A A+ + e-

Andamento della energia di prima ionizzazione in funzione del numero atomico.

Energia di prima ionizzazione E’ sempre > 0: nessun elemento isolato ha tendenza a perdere spontaneamente un elettrone, e quindi bisogna spendere energia. Lungo un periodo aumenta il numero di protoni nel nucleo e degli e- dello stesso strato: l’energia di ionizzazione aumenta lungo un periodo. L’energia di ionizzazione diminuisce scendendo lungo un gruppo perche l’e- è sempre più schermato dal nucleo. Esistono configurazioni elettroniche esterne più stabili di altre.

Esistono configurazioni elettroniche esterne più stabili di altre. Configurazione elettronica del gas nobile precedente 1s2 2s2 2p6 n s1  (n-1) s2 (n-1) p6 3s2 3p6 4s2 4p6 5s2 5p6 4s1 2s1 3s1 5s1 6s1

Esistono configurazioni elettroniche esterne più stabili di altre. n s2 n p1  n s2 2s2 2 p1 3s2 3 p1

Esistono configurazioni elettroniche esterne più stabili di altre. 2s2 2p3 3s2 3p3 n s2 n p4 n s2 n p3 2s2 2p4 3s2 3p4

X- X + e- Affinita' elettronica Energia relativa alla reazione di perdita di un elettrone da parte di ione monoatomico negativo gassoso. X- X + e-

L’andamento è influenzato dagli stessi parametri operativi per l’energia di prima ionizzazione, anche se in maniera meno regolare (l’affinità elettronica è molto sensibile anche alle repulsioni interelettroniche).

Affinità elettronica Aumenta lungo un periodo (es. LiF) ma con punti di discontinuità (es. Be). Diminuisce lungo un gruppo (es. Cl—At), con discrepanze fra 2° e 3° periodo (es. F e Cl) dove l’elevata repulsione interelettronica in atomi di piccole dimensioni fa sì che in questi atomi A sia < che in quelli del periodo successivo (O < S; F < Cl)

Affinita' elettronica X- X + e-

Affinita’ elettronica Gli atomi della maggior parte degli elementi hanno affinità elettronica > 0. Eccezioni: gas nobili n s2 n p6 (n+1) s1  n s2 n p6 Be & Mg n s2 n p1  n s2 N 2s2 2p4 2 s2 2 p3 Questa è una riprova che ci sono delle configurazioni elettroniche relativamente più stabili delle altre.

Energia di seconda ionizzazione Li: I ionizz: 2s1  1s2 II ionizz: 1s2  1s1 Be: I ionizz: 2s2  2s1 II ionizz: 2s1  1s2 Li+ Be2+

Confronto tra gli andamenti dell'affinita' elettronica e delle energie di I e II ionizzazione nei primi elementi della tabella periodica . Na+ Ne F-

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.

Raggi atomici J.C. Slater ha proposto un insieme congruente di raggi atomici 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 dia le distanze fra i nuclei. Naturalmente il raggio atomico varierà a seconda di come l'atomo in esame interagisce con i suoi vicini, ma la deviazione dal valor medio del raggio atomico e' entro 12 pm.

Raggi atomici (in pm) degli elementi    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 H 25 Li 145 Be 105 B 85 C 70 N 65 O 60 F 50 Na 180 Mg 150 Al 125 Si 110 P 100 S 100 Cl 100 K 220 Ca 180 Sc 160 Ti 140 V 135 Cr 140 Mn 140 Fe 140 Co 135 Ni 135 Cu 135 Zn 135 Ga 130 Ge 125 As 115 Se 115 Br 115 Rb 235 Sr 200 Y 180 Zr 155 Nb 145 Mo 145 Tc 135 Ru 130 Rh 135 Pd 140 Ag 160 Cd 155 In 155 Sn 145 Sb 145 Te 140 I 140 Cs 260 Ba 215 La * 195 Hf 155 Ta 145 W 135 Re 135 Os 130 Ir 135 Pt 135 Au 135 Hg 150 Tl 190 Pb 180 Bi 160 Po 190 At    - Fr   - Ra 215 Ac ** 195   1 pm = 1 x 10-12 m

Non definito per gas nobili che hanno pochissima tendenza a formare legami

Variazione del raggio atomico in funzione del numero atomico L’aumento di Zeff lungo un periodo fa contrarre gli atomi

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.

Elementi di transizione A parte una piccola contrazione all’inizio della serie, gli atomi della stessa serie di transizione hanno più o meno la stessa dimensione. La dimensione è determinata dall’orbitale ns. L’effetto dell’aumento di protoni nel nucleo è bilanciato dall’aumento del numeo di elettroni (n-1)d.

Raggi atomici (in pm) di lantanidi e attinidi  * Ce 185 Pr 185 Nd 185 Pm 185 Sm 185 Eu 185 Gd 180 Tb 175 Dy 175 Ho 175 Er 175 Tm 175 Yb 175 Lu 175  ** Th 180 Pa 180 U 175 Np 175 Pu 175 Am 175   La 195 Hf 155 Contrazione lantanoidea: Scarso effetto schermante degli orbitali f

Confronto tra le dimensioni di atomi neutri e ioni (in pm).

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.