Appunti di Chimica inorganica

Relazione di De Broglie

Ogni corpo in movimento è associato a un’onda la cui lunghezza d’onda è inversamente proporzionale alla quantità di moto p. Se direzioniamo un flusso di elettroni tra due fenditure ma accendiamo un laser subito dopo la fenditura, non osserviamo il fenomeno delle interferenze ma vediamo dei lampi. Non è mai possibile vedere il profilo di interferenza e allo stesso tempo determinare da quale fessura. Non è possibile misurare simultaneamente la sua posizione e la sua velocità.

Principio di indeterminazione di Heisenberg

Per l’elemento generico x:

• Cationi: xⁿ⁺ (n = numero cariche positive rispetto a x neutro)
• Anioni: si aggiunge un numero di elettroni pari alla carica dell’elettrone

Atomi polielettrici

Il raggio atomico di non legame o raggio di Van der Waals corrisponde alla metà della distanza fra i nuclei adiacenti al solido atomico; rappresenta il raggio di un atomo. Il raggio atomico di legame o raggio covalente si definisce nei metalli come metà della distanza tra i nuclei di due atomi adiacenti in un cristallo di metallo. Il raggio atomico è un termine generale che si riferisce alla media di un sistema di raggi di legame determinati da misure effettuate su un gran numero di elementi e composti. Il raggio atomico rappresenta il raggio di un atomo quando è legato ad un altro atomo ed è sempre più piccolo del raggio di Van der Waals.

Distinzione trend lungo il gruppo/trend lungo il periodo

Per il I° gruppo il raggio atomico aumenta lungo un gruppo nella tavola periodica, mentre il raggio atomico diminuisce lungo un periodo nella tavola periodica. Il raggio atomico è principalmente determinato dagli elettroni di valenza; all’aumentare del numero quantico n, la probabilità massima di localizzare gli elettroni si allontana dal nucleo, aumentando il volume atomico. Durante il periodo, si ha una diminuzione del raggio poiché occorre considerare come varia la carica nucleare effettiva Z_eff = Z - o (indice di maggiore attrazione fra gli elettroni esterni ed il nucleo) ed aumenta la carica effettiva lungo il gruppo.

Raggio atomico: andamenti

L’andamento lungo il gruppo è l’aumento delle dimensioni degli orbitali esterni. I cationi sono molto più piccoli dei corrispondenti atomi: la perdita dell’elettrone o degli elettroni più esterni determina la diminuzione del raggio atomico. Gli anioni sono molto più grandi dei corrispondenti atomi: l’aggiunta dell’elettrone o degli elettroni sui livelli più esterni determina l’aumento del raggio atomico.

Energia di ionizzazione

L’energia di ionizzazione (E_I) di un atomo o ione è l’energia necessaria per rimuovere un elettrone dall’atomo o dallo ione nello stato gassoso. L’E_I è sempre positiva perché la rimozione di un elettrone richiede sempre energia. Ad esempio, per il sodio (Na), l’energia di I° ionizzazione (E_I¹) è l’energia necessaria per rimuovere il primo elettrone: Na(g) → Na⁺(g) + e^-, con E_I¹ = +496 kJ/mol. L’energia di II° ionizzazione è sfavorita.

Quando si considera come varia E_I¹ all’interno della tavola periodica, essa aumenta spostandosi da sinistra a destra lungo un periodo e diminuisce spostandosi verso il basso lungo un gruppo. Tendenzialmente, gli elementi che tendono a formare cationi sono i metalli (sinistra). L’energia di ionizzazione aumenta spostandosi da sinistra a destra lungo il periodo: E_I = Z²_eff / n². Qui n è costante, ma Z_eff cresce. L’energia di ionizzazione diminuisce spostandosi dall’alto in basso lungo un gruppo: Z_eff aumenta di poco, n aumenta e prevale.

Eccezioni

Passaggio dal blocco s al blocco p: gli orbitali np hanno energia già più alta dei ns (effetto penetrazione) – sotto-livello E_n,o (orbitale ns) > E_n,1 (orbitale np). Destabilizzazione dovuta alla repulsione ora che gli elettroni devono occupare lo stesso orbitale.

Andamento delle energie di ionizzazioni successive

Se consideriamo l’E_I¹ e consideriamo degli elettroni che giacciono più sotto rispetto al livello di valenza, sarà più difficile togliere un elettrone non di valenza (per questo ci fermiamo agli elettroni esterni, troppo difficile energicamente).

Affinità elettronica

L’affinità elettronica (AE) di un atomo o ione è la variazione di energia associata all’acquisto di un elettrone da parte di un atomo allo stato gassoso (formazione anioni). L’AE è di solito < 0 in quanto un atomo o ione in genere rilascia energia quando acquista un elettrone, per l’interazione coulombiana attrattiva nucleo-elettroni.

Elettronegatività

L’elettronegatività (x) è la forza con cui un atomo attrae gli elettroni quando entra a far parte di un composto. A sinistra abbiamo elementi poco elettronegativi mentre a destra abbiamo gli elementi più elettronegativi. Cesio (Cs) e fluoro (F) sono esempi rappresentativi.

Composti

Gli elementi in natura sono circa 91. In un composto, gli elementi si combinano in proporzioni fisse e definite, mentre in una miscela, gli elementi possono mescolarsi in qualsiasi proporzione. Ad esempio, una miscela di idrogeno e ossigeno può contenere idrogeno e ossigeno in tutte le proporzioni, mentre nell’acqua (composto) le molecole di acqua hanno un rapporto fisso di idrogeno (2 atomi) e ossigeno (1). I composti sono formati da atomi tenuti insieme da legami chimici; i legami chimici sono il risultato dell’interazione tra gli atomi.