Sistema periodico

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 4

Successivamente alla scoperta dei numeri atomici gli, elementi vennero

disposti in ordine crescente di numero atomico

Il sistema periodico 5

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

1 18

IA VIIIA

2 13 14 15 16 17

H He

1 IIA IIIA IVA VA VIA VIIA

1s 1s

1 2

• F

B

Be B C N Ne

O

Li

2 • 2p

2p 5

2s 2p 2p 2p 2p

1

2 1 2 3 6

2p

2s 4

1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Na Mg Cl

Si S Ar

Al P

3 IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB

3s 1 3s 3p

2 3p 3p 3p

5

3p 3p

2 4 6

1 3

K Ca Zn As Be

V Mn Fe Co

Sc Ti Ga Ge Se

Cr Kr

Ni

4 Cu

4s

1 4s 3d 4p 4p

2 10 3 5

3d 3d 3d 3d

3d 3d 4p 4p 4p

4s 3d 4p

3 5 6 7 4s 3d

1 2 1 2 4

3d

1 5 6

1 10

8

Sr

Rb Nb Ru Rh

Mo Cd Sn I Xe

Zr Tc

Y In Sb Te

Ni Ag

5 5s

2

5s 4d 4d 4d

5s 4d

1 4d 5p 5p 5p

4d 3 6 7

1 5 4d 10 2 5 6

4d 5p 5p 5p

2 5 4d 5s 4d

1 1 3 4

8 1 10

Hf

Cs Ta Re Os Ir

W

La Rn

At

Ni

Ba Hg Tl Pb Bi Po

6 Au

5d

6s 5d 5d 5d 5d

6s 5d

2

1 5d 6p

3 5 6 7 6p

5d

1 5

1 6

6s 5

5d 6p 6p 6p 6p

8

2 10 1 2 3 4

6s 5d

1 10

Fr Ra Ac

7 7s 7s

1 2 6d 1 Il sistema periodico 6

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 7

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 8

LE PROPRIETA’ PERIODICHE

Nel susseguirsi degli elementi, periodicamente 2s 2p HF

2 5

Fluoro

ricompaiono delle caratteristiche comuni Cloro 3s 3p HCl

2 5

Elementi appartenenti allo stesso gruppo, Bromo 4s 4p HBr

avendo la stessa configurazione elettronica 2 5

esterna, hanno comportamento chimico simile Iodio 5s 5p HI

2 5

Il volume atomico

diminuisce

aumenta Il sistema periodico 9

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 nS nP ,

2 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

Il sistema periodico 10

Gli ioni

Li → Li + e catione monovalente

+ −

Se l’atomo cede alcuni dei suoi Ca → Ca + 2e catione bivalente

2+ −

elettroni esterni assume una carica

positiva e si trasforma in uno ione Fe → Fe + 3e catione trivalente

3+ −

positivo o catione Pb → Pb + 4e catione tetravalente

4+ −

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 F + e → F anione monovalente

− −

una carica negativa diventando uno O + 2e →O anione bivalente

− 2−

ione negativo o anione; N + 3e → N anione trivalente

− 3−

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 11

Il sistema periodico 12

Per quale motivo un atomo cede o acquista degli elettroni?

Na (Ne) 3S 1

Na + (Ne) Ha raggiunto formalmente l’ottetto

F 1S 2S 2p

2 2 5

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 13

Ioni monoatomici Ioni monoatomici

gruppo

gruppo Cationi monovalenti raramente cationi

I° (Na ; K ecc.)

+ + trivalenti (Bi )

3+

V°

Cationi bivalenti o anioni

II° trivalenti(N )

3-

(Mg ; Ca ecc.)

2+ 2+

Cationi trivalenti anioni bivalenti

III° VI° (O ; S )

2- 2-

(Al )

3+

Cationi bivalenti anioni monovalenti

(Sn ; Pb )

2+ 2+

IV° VII° (Cl ; F ; ecc.)

- -

Cationi tetravalenti

(Sn ; Pb )

4+ 4+ Il sistema periodico 14

Il sistema periodico 15

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 16

Elettronegatività

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 17

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 18