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

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

Abbondanza relativa dei vari elementi Il sistema periodico

Gli elementi sono disposti secondo colonne verticali (gruppi) Nella seconda metà dell’800, 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) Il sistema periodico

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

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 dell’ottavo gruppo (gas nobili) riempiono gli orbitali s e p dell’ultimo livello energetico B 2p1 H 1s1 Li 2s1 Na 3s1 K 4s1 Rb 5s1 Cs 6s1 Fr 7s1 Be 2s2 Mg 3s2 Ca 4s2 Sr 5s2 Ba 6s2 Ra 7s2 Sc 3d1 Ti 3d2 V 3d3 Cr 4s13d5 Mn 3d5 Fe 3d6 Co 3d7 Ni 3d8 Zn 3d10 Cu 4s13d10 C 2p2 N 2p3 O 2p4 F 2p5 Ne 2p6 He 1s2 Al 3p1 Ga 4p1 In 5p1 Tl 6p1 Si 3p2 Ge 4p2 Sn 5p2 Pb 6p2 P 3p3 As 4p3 Sb 5p3 Bi 6p3 S 3p4 Se 4p4 Te 5p4 Po 6p4 Cl 3p5 4p5 I 5p5 At 6p5 Ar 3p6 Kr 4p6 Xe 5p6 Rn 6p6 Y 4d1 La 5d1 Ac 6d1 Cd 4d10 Hg 5d10 Ag 5s14d10 Au 6s15d10 Zr 4d2 Hf 5d2 Nb 4d3 Ta 5d3 Mo 5s14d5 W 6s15d5 Tc 4d5 Re 5d5 Ru 4d6 Os 5d6 Rh 4d7 Ir 5d7 4d8 5d8 Il sistema periodico

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

Attraversando i blocchi, mano a mano che cresce il numero atomico, è possibile memorizzare l’ordine di riempimento degli orbitali 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s Il sistema periodico

Fluoro 2s22p5 HF Cloro 3s23p5 HCl Bromo 4s24p5 HBr Iodio 5s25p5 HI LE PROPRIETA’ PERIODICHE Nel susseguirsi degli elementi, periodicamente ricompaiono delle caratteristiche comuni Fluoro 2s22p5 HF Cloro 3s23p5 HCl Bromo 4s24p5 HBr Iodio 5s25p5 HI Elementi appartenenti allo stesso gruppo, avendo la stessa configurazione elettronica esterna, hanno comportamento chimico simile Il volume atomico diminuisce aumenta Il sistema periodico

La regola dell’ottetto Il volume atomico influenza la forza con la quale gli elettroni più esterni sono legati al nucleo. La regola dell’ottetto 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 nS2 nP6, (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 Il sistema periodico

Li → Li+ + e− catione monovalente Gli ioni Li → Li+ + e− catione monovalente Se l’atomo cede alcuni dei suoi elettroni esterni assume una carica positiva e si trasforma in uno ione positivo o catione Ca → Ca2+ + 2e− catione bivalente Fe → Fe3+ + 3e− catione trivalente Pb → Pb4+ + 4e− 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 l’atomo acquista elettroni assume una carica negativa diventando uno ione negativo o anione; F + e−→ F− anione monovalente O + 2e−→O2− anione bivalente N + 3e−→ N3− 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 Il sistema periodico

Na (Ne) 3S1 Na+ (Ne) F 1S2 2S2 2p5 F− (Ne) Per quale motivo un atomo cede o acquista degli elettroni? Na (Ne) 3S1 Na+ (Ne) Ha raggiunto formalmente l’ottetto F 1S2 2S2 2p5 F− (Ne) Ha raggiunto formalmente l’ottetto 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, Il sistema periodico

anioni monovalenti (Cl-; F-; ecc.) gruppo Ioni monoatomici I° Cationi monovalenti (Na+; K+ ecc.) V° raramente cationi trivalenti (Bi 3+) o anioni trivalenti(N3-) II° Cationi bivalenti (Mg 2+; Ca 2+ ecc.) III° Cationi trivalenti (Al 3+) VI° anioni bivalenti (O2-; S2-) IV° (Sn 2+; Pb 2+ ) Cationi tetravalenti (Sn 4+; Pb 4+ ) VII° anioni monovalenti (Cl-; F-; ecc.) Il sistema periodico

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 Il sistema periodico

L’elettronegatività varia in modo opposto rispetto al volume atomico Nel legame chimico due atomi mettono in compartecipazione gli elettroni degli orbitali più esterni, che iniziano ad orbitare intorno ad entrambi i nuclei L’elettronegatività 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 L’elettronegatività varia in modo opposto rispetto al volume atomico Il sistema periodico

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 Il sistema periodico

Il peso atomico J. Chadwick (1891 – 1974) Neutroni: particelle sub atomiche prive di carica, con massa uguale a quella del protone (1,66 x 10-24 grammi), che si trovano nel nucleo assieme ai protoni. Sono stati scoperti da James Chadwick nel 1932 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 1H idrogeno 2H deuterio 3H trizio Il sistema periodico

Il peso atomico di un elemento è dato dalla media ponderata dei pesi atomici di tutti i suoi isotopi 1H 99,985% 2H 0,015% 3H ≈ 10-5% B 2p1 H Li Na K Be Mg Ca Cr Mn Fe Zn Cu C N O F Ne He Al Si Sn Pb P As Sb S Se Cl I Ar Kr Xe Rn Hg Ag Au Il sistema periodico