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La Tavola Periodica degli Elementi

(In allegato ci sono schemi integrativi al testo)

La tavola periodica è lo schema con il quale vengono ordinati gli elementi chimici. L’ordine degli elementi chimice nella tavola periodica rispetta la sequenza di riempimento degli orbitali e l’ordine crescente del numero atomico (Z) degli elementi e quindi del numero di elettroni presenti nell’orbitale atomico più energetico (Le prime tavole periodiche seguivano invece un ordine crescente in funzione del peso atomico). La tavola periodica è stata ideata dal chimico Dmitrij Mendeleev.

Le 7 righe orizzontali sono definite Periodi e sono una per ogni livello energetico “n”. Le colonne verticali sono invece definite Gruppi.

Nella distribuzione degli elementi nella tavola periodica si va a capo quando l’ultimo elettrone da aggiungere occupa il livello energetico successivo. I blocchi indicano a quale “l” (s, p, d, f) deve essere messo l’ultimo elettrone dell’elemento. Il blocco verde rappresenta il progressivo riempimento degli orbitali s, il blocco rosso degli orbitali p, il blocco blu degli orbitali d e il blocco arancione degli orbitali f.

Gli elementi che sono nella stessa colonna hanno come caratteristica comune l’uguale configurazione elettronica esterna, ovvero la parte più distante dal nucleo che viene riempita. C’è un legame tra la configurazione elettronica e le proprietà chimiche degli elementi: questo legame corrisponde alle caratteristiche periodiche degli elementi, che si traggono dalla tavola. Infatti, è dalla posizione di un elemento nella tavola che capiamo il suo comportamento chimico, la sua configurazione elettronica, il suo volume e la sua energia di ionizzazione.

Volume

Dipende dal numero di elettroni presenti nell’atomo. Con l’aumento del primo numero quantico (n) aumenta il volume che varia anche da destra a sinistra nella tavola. Andando da sinistra a destra il nucleo è sempre più caricato positivamente, quindi ha più energia e attrae i suoi orbitali con più forza. Quindi gli elementi a destra hanno gli orbitali più compressi rispetto agli elementi sulla sinistra che avranno perciò un volume maggiore. Rispetto all’atomo neutro, il volume degli ioni è differente: nei cationi (ione+), che hanno un e- in meno, il volume diminuisce perchè c’è più attrazione verso gli e- rimasti; negli anioni (ione-), che hanno un e- in più, il volume aumenta perchè essendoci un elettrone in più rispetto ai protoni, la forza di attrazione del nucleo sulle cariche negative esterne diminuisce e gli elettroni si allargano.

Energia di Ionizzazione

Nessun atomo cede elettroni spontaneamente poichè ha una sua certa stabilità. É quindi necessaria una certa quantità di energia per togliere l’elettrone più esterno dell’atomo e tramutare l’atomo in ione. Questa quantità di energia è detta Energia di Ionizzazione e si può misurare per ogni elemento, ma varia da un elemento all’altro. Alcuni elementi hanno una bassa energia di ionizzazione, ovvero necessitano di poca energia per cedere un elettrone, altri invece hanno un’alta energia di ionizzazione in quanto gli elettroni sono molto legati tra loro. Dalla posizione dell’elemento nella tavola periodica si riesce a capire la sua energia di ionizzazione. Essa, infatti, diminuisce nel gruppo e aumenta nel periodo, diminuendo con l’aumentare del volume. Maggiore è la distanza degli elettroni dal nucleo, minore energia è richiesta per strapparli all’atomo.

Dopo aver perso un primo elettrone, l’atomo ne può perdere altri e così di parla di 2°, 3°. 4° ionizzazione e di formazione di ioni 2+, 3+, 4+ ecc. Ma è già raro arrivare alla 3° ionizzazione perchè l’energia richiesta alla 2° è già molto più elevata rispetto a quella richiesta per la prima (i protoni sono di volta in volta sempre più numerosi rispetto agli elettroni esercitando quindi un’attrazione sempre più forte). Questo discorso vale per ogni elemento, ovunque esso si trovi nella tavola periodica.

Affinità elettronica

L’affinità elettronica è la tendenza di un atomo ad attrarre un elettrone in più (tendenza quindi a diventare un anione). Questa proprietà varia nella tavola periodica come il potenziale di ionizzazione, cioè diminuisce nel gruppo e aumenta nel periodo. Se un atomo richiede poca energia per cedere un elettrone (lo cede quindi abbastanza facilmente), avrà una bassa tendenza ad acquisire un nuovo elettrone.

Bassa energia di ionizzazione

[math]\to[/math]
bassa affinità elettronica
Alta energia di ionizzazione
[math]\to[/math]
alta affinità elettronica


Quindi, gli atomi che tendono a diventare cationi sono disposti, nella tavola periodica, in basso a sinistra; gli atomi invece che tendono a diventare anioni sono in alto a destra.

Elettro-negatività

É simile all’affinità elettronica, solo che attrae elettroni di legame (il legame covalente – per condivisione di elettroni – tra atomi coinvolge gli elettroni più esterni). L’elettronegatività si calcola come differenza di elettronegatività tra due atomi e osservando da che parte si spostano gli elettroni: gli elettroni si spostano verso l’atomo più elettro negativo. Questa energia aumenta da sinistra verso destra e dal basso verso l’alto.

Il Numero di Valenza indica il numero di legami che fa quell’elemento.

L’ultima colonna a destra è quella dei Gas Nobili caratterizzati da una configurazione elettronica stabile (gli orbitali esterni sono pieni). A sinistra della “scaletta nera” ci sono i metalli, a destra invece i non metalli.

I Metalli tendono a cedere elettroni per raggiungere la configurazione elettronica stabile - del gas nobile a loro più vicino. Atomi di metalli si legano tra loro legando con legame metallico, ovvero cedono elettroni che formano una nube di elettrone nella quale si stabilizzano cationi metallici. In questa struttura gli elettroni sono liberi di muoversi e questo dà ai metalli determinate proprietà: i metalli sono lucenti, duttili, malleabili, buoni conduttori di calore e elettricità.

I Non Metalli tendono ad acquistare elettroni per raggiungere la configurazione elettronica stabile - del gas nobile a loro più vicino. Le caratteristiche dei non-metalli sono contrarie a quelle dei metalli.

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