La moderna classificazione periodica degli elementi Descrizione generale della tavola periodica degli elementi: i gruppi, i periodi e la loro numerazione. Proprietà generali dei metalli alcalini, alcalino-terrosi, alogeni e gas nobili. I blocchi s , p , d e f . Carica nucleare efficace, raggio atomico, raggio ionico, energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività e carattere metallico: significato e loro andamento lungo i gruppi e i periodi. Metalli, non metalli e semi-metalli.

Numerazione gruppi IUPAC Mendeleev , 17 febbraio 1869

La tavola periodica degli elementi (forma a lunghi periodi) LEGENDA Li Solidi Cs Liquidi Ar Gas Tc Artificiali Metalli Alcalini Metalli alcalino terrosi Metalli di Transizione Terre Rare Altri metalli Gas nobili Alogeni Non metalli La linea rossa divide i metalli (in basso a sinistra) dai non metalli (in alto a destra)

Numerazione Gruppi Periodi (1) II (2) (numerazione-IUPAC- Inter. Un. Pure and Appl. Chem) III (13) IV (14) V (15) VI (16) VII (17) O (18) (1) (2) (3) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (4) (5) (6) (7) Periodi Numerazione gruppi tradizionale, n° coincide con gli elettroni esterni degli elementi o elettroni di valenza

Moseley ha ordinato gli elementi secondo valori crescenti del numero atomico (Z) TAVOLA PERIODICA. File orizzontali PERIODI File verticali GRUPPI Gli elementi appartenenti allo stesso gruppo hanno strutture elettroniche simili e quindi comportamento chimico simile. 1° periodo piccolissimo periodo 2° e 3° periodo periodi corti o piccoli 4° e 5° periodo lunghi periodi 6° periodo lunghissimo periodo 7° periodo incompleto

Metalli alcalino-terrosi, M++ Alogeni, X- II III IV V VI VII Blocco p (ns2 np1, ns2 np5) Blocco s (ns1, ns2) Blocco d ( (n-1)d10 ) Gas nobili (ns2 np6) Blocco f ( (n-2)f 14) Metalli alcalini, M+ Metalli alcalino-terrosi, M++ Alogeni, X- Blocco s e blocco p: elementi tipici o rappresentativi

Le proprietà periodiche Carica nucleare efficace (Zeff o Z*) Dimensioni atomiche (raggio atomico e raggi ionici) Energia di ionizzazione Affinità elettronica Elettronegatività Carattere metallico

Carica nucleare efficace In un atomo polielettronico gli elettroni più interni esplicano una azione di “schermo” per cui un elettrone risente di una carica Zeff (carica nucleare efficace) minore di Z H He Li -- -- 2+

Carica nucleare efficace Orbitali di tipo diverso (s, p, d, f, ecc.) appartenenti allo stesso livello n penetrano verso il nucleo in maniera diversa. La capacità di penetrazione varia nell’ordine: Zeff risulta tanto minore quanto minore è la penetrazione del relativo orbitale. L’elettrone è energeticamente meno legato al nucleo quanto minore è Zeff e al relativo orbitale corrisponderà una energia maggiore

Proprietà periodiche: CARICA NUCLEARE EFFICACE, Zeff

RAGGIO ATOMICO 2 rA Raggio atomico covalente: molecola biatomica, F2 Raggio atomico metallico: cristallo metallico, Al Raggio atomico di Van der Waals: aggregati allo stato solido, He 2 rA 1pm = 0.01Ǻ

Proprietà periodiche: RAGGIO ATOMICO lungo un gruppo

Proprietà periodiche: RAGGIO ATOMICO Periodo Zeff Gruppo n

Proprietà periodiche: RAGGIO ATOMICO

Ionizzazione: effetto sulle dimensioni atomiche Raggio ionico Ionizzazione: effetto sulle dimensioni atomiche rNa=1.54 Å, rNa+= 1.02 Å rAl= 1.43 Å, rAl3+= 0.54 Å rF=0.71 Å, rF-= 1.33 Å

RAGGIO IONICO

L’energia di ionizzazione 1a ionizzazione 3a ionizzazione

L’energia di ionizzazione E’ion E3s E2p E2s 1eV= 23,053 kcal/mol 1 kcal/mol = 13.7 kJ/mol

Ne: [He] 2s2 2p6 E’ion E’’ion Na+ Na

Eccezioni: elementi dei gruppi III e VI ( o 13 e 16) Si passa da ns2 np1 a ns2, e da ns2 np4 a ns2 np3

Li Na K Rb Cs Z

Configurazione elettronica Energia di ionizzazione (eV) Elemento Configurazione elettronica Energia di ionizzazione (eV) 1 s 2 s p 3 s p I II III IV V VI VII VIII H He 13.6 24.6 54.4 Li Be B C N O F Ne 2 – 1 2 – 2 2 – 3 2 – 4 2 – 5 2 - 6 5.4 9.3 8.3 11.3 14.5 17.4 21.6 75.6 18.2 25.1 24.4 29.6 35.1 35.0 41.1 122.4 153.9 37.9 47.9 47.4 54.9 62.6 64.0 217.7 259.3 64.5 77.5 77.4 87.2 97.2 340.1 392.0 97.9 113.9 114.2 126.4 489.8 551.9 138.1 157.1 157.9 666.8 739.1 185.1 871.1 953.6 Na Mg Al Si P S Cl Ar 2 – 6 5.1 7.6 6.0 8.1 11.0 10.4 13.0 15.8 47.3 15.0 18.8 16.3 19.7 23.4 23.8 27.6 71.7 80.1 28.4 33.4 30.2 39.9 40.9 98.9 109.3 120.0 45.1 51.4 53.5 59.8 138.6 141.2 153.8 166.7 65.0 72.5 67.8 75.0 172.4 186.9 190.4 205.1 220.4 88.0 96.7 91.3 208.4 225.3 241.9 246.4 263.3 281.0 114.3 124.0 264.2 266.0 285.1 303.9 309.3 328.8 348.3 143.5 Na+ Mg++ Al+++

i metalli alcalini sono gli elementi più elettropositivi: In generale: quanto più bassa è Eion, tanto più facilmente si può formare uno ione positivo ; i metalli alcalini sono gli elementi più elettropositivi:  l’elettropositività decresce da sinistra verso destra spostandosi lungo i singoli periodi;  l’elettropositività cresce dall’alto verso il basso entro i singoli gruppi (cioè dall’elemento più leggero al più pesante). Elemento a più alto valore di energia di ionizzazione: Fluoro (F) Elemento a più basso valore di energia di ionizzazione: Francio (Fr)

Ad esempio consideriamo il secondo periodo:

Eccezioni: elementi dei gruppi II e V ( o 2 e 15) Si passa da ns2 a ns2 np1, e da ns2 np3 a ns2 np4

Eccezioni: elementi dei gruppi II e V (o 2 e 15) Si passa da una configurazione ns2 a ns2np1 e da ns2 np3 a ns2 np4 rispettivamente, con annullamento della simmetria nella distribuzione di carica elettrica attorno al nucleo

Proprietà periodiche: AFFINITÀ ELETTRONICA Ee.a. (KJ/mol) I II III IV V VI VII H Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca Ga Ge As Se Br 1 -73 Periodo Zeff 2 -60 18 -27 -122 7 -141 -328 3 -53 21 -43 -134 -72 -200 -349 4 -48 -2 -29 -120 -78 -195 -325 Gruppo ra Interessamento dell’orbitale np di più alta energia – orbitale ns più esterno saturo. Semisaturazione degli orbitali 2p e 3p rispettivamente.

Proprietà periodiche: AFFINITÀ ELETTRONICA

Elementi meno elettronegativi

Metalli vs. non metalli METALLI NON METALLI Buoni conduttori elettrici Cattivi conduttori Duttili Non duttili Malleabili Non malleabili Solidi, alto punto di fusione Solidi, liquidi, gassosi Buoni conduttori termici Cattivi conduttori termici Reagiscono con gli acidi Non reagiscono con gli acidi Danno ossidi basici (CaO, NaOH, NaH, ...) Danno ossidi acidi (CO2, SO2, H2SO4, HCl,…) Formano cationi Formano anioni Formano alogenuri ionici Formano alogenuri covalenti

Esercizi Ordinare i seguenti elementi in ordine di raggio atomico crescente: Cu, K, Fe, Ge, Se, Sc. Ordinare i seguenti elementi in ordine di energia di 1° ionizzazione decrescente: Sb, P, As, Bi, N. Ordinare i seguenti elementi in ordine di elettronegatività crescente: Cl, Al, Si, Mg, P. Scrivere il simbolo chimico degli elementi: rame, fosforo, selenio, argento, osmio, piombo, astato, xeno, radio, cerio, zirconio, bismuto. Scrivere il nome degli elementi che corrispondono ai seguenti simboli chimici: Rb, Al, Se, Pt, Mo, Sb, Sn, Po, Sc. Ordinare i seguenti elementi in ordine di dimensioni atomiche (raggio atomico) decrescente: Ga, Tl, Al, B, In.