Tavola periodica - Legami e Ossidazioni

Tavola periodica - legami e ossidazioni

Atomo e numeri quantici

L’atomo di idrogeno secondo la meccanica quantistica: dalla risoluzione dell’equazione d’onda valida per l’elettrone dell’atomo di idrogeno, si ottiene l’insieme degli orbitali corrispondenti a diversi stati quantici che può assumere. A seconda della sua energia, l’elettrone sarà descritto da uno di questi orbitali. Quando l’atomo è nel suo stato fondamentale, l’elettrone è più vicino al nucleo e l’orbitale 1s che lo individua è caratterizzato dalla seguente terna di numeri quantici: n=1, l=0, m=0, m(s)=+1/2 o -1/2.

Se si fornisce energia sufficiente, l’elettrone passa a un livello energetico superiore: il suo nuovo stato quindi è descritto da un orbitale qualsiasi del nuovo livello raggiunto. Lo stato energetico nell’atomo di idrogeno dipende esclusivamente dal numero quantico principale n. In questo caso, quindi, i diversi valori assunti dal numero quantico secondario l non comportano alcuna differenziazione energetica tra orbitali dello stesso livello.

Un numero quantico è un numero che specifica il valore di una proprietà dell’elettrone e contribuisce a definire lo stato quantico dell’elettrone stesso.

L’orbitale è una funzione d’onda elettronica caratterizzata da una particolare terna di valori dei numeri quantici n, l e m; a ciascuna terna corrisponde un particolare stato quantico dell’elettrone.

Lo spin è una proprietà intrinseca dell’elettrone che si manifesta quando l’elettrone, sottoposto all’azione di un campo magnetico esterno disomogeneo, assume due diversi stati energetici. Un orbitale può descrivere lo stato quantico di due soli elettroni; essi devono avere spin antiparallelo.

La configurazione elettronica di un atomo o di uno ione è l’insieme degli orbitali necessari a descrivere tutti i suoi elettroni.

Regola di Hund: nella configurazione elettronica più stabile di un atomo, gli elettroni appartenenti a un medesimo sottolivello tendono ad assumere stesso spin.

Periodicità e proprietà degli elementi

La periodicità degli elementi è la ripetizione a intervalli regolari di alcune proprietà chimiche. Secondo la legge della periodicità, che governa la tavola periodica, le proprietà chimiche degli elementi sono una funzione periodica del loro numero atomico.

Con raggio atomico si intende la metà della distanza minima di avvicinamento fra due atomi dello stesso elemento = è la distanza tra il nucleo e l’ultimo elettrone. TP: diminuisce da sinistra verso destra, aumenta dall’alto verso il basso.

L’energia o potenziale di ionizzazione è l’energia minima necessaria per sottrarre da un atomo o da una molecola e portarlo a distanza infinita da esso. TP: aumenta da sinistra verso destra, diminuisce dall’alto verso il basso.

L’affinità elettronica è l’energia che si libera quando l’atomo di un elemento in fase gassosa cattura un elettrone. TP: aumenta da sinistra verso destra, diminuisce dall’alto verso il basso.

L’elettronegatività è la capacità di un atomo di attrarre a sé gli elettroni di legame: il 7° gruppo; i più elettronegativi sono: Azoto, Ossigeno e Fluoro.

Legami chimici

Secondo la regola dell’ottetto, quando un atomo si combina con altri, raggiunge il massimo di stabilità scambiando o condividendo elettroni, in modo da conseguire una configurazione elettronica esterna a otto elettroni simile a quella del gas nobile più vicino nel sistema periodico.

Il legame covalente si forma quando due atomi mettono in comune una o più coppie di elettroni. (La lunghezza di legame è la distanza che intercorre tra i nuclei di due atomi uniti da un legame covalente).

Nel legame covalente dativo, la coppia di elettroni comuni è fornita da uno solo degli atomi partecipanti al legame. (I composti di coordinazione si hanno quando un metallo viene circondato da atomi che danno elettroni e che appartengono a molecole o ioni negativi).

Il legame ionico si ottiene quando la differenza di elettronegatività tra gli atomi è superiore a 1.9.

Il legame metallico è dovuto all’attrazione fra gli ioni metallici positivi e gli elettroni mobili che li circondano.

L’angolo di legame è l’angolo formato dagli assi congiungenti i nuclei degli atomi legati.

Il legame a idrogeno è una forza attrattiva che si stabilisce fra molecole che contengono un atomo di idrogeno legato covalentemente a un atomo piccolo, molto elettronegativo e con una o più coppie elettroniche libere (N, O, F).

Un dipolo è un sistema che ha due poli elettrici con stessa carica q ma di segno opposto separati da una certa distanza d.

La valenza rappresenta il numero di elettroni che un atomo guadagna, perde o mette in comune quando si lega con altri atomi.

Numero di ossidazione e composti binari

Il numero di ossidazione rappresenta la carica che ogni atomo, o molecola o ione poliatomico, assumerebbe se gli elettroni di legame fossero assegnati dall’atomo più elettronegativo.

Le classi di composti costituiti da due elementi sono gli ossidi, idruri, idracidi e sali binari.

La formula degli idruri dei metalli si scrive riportando sempre per primo il simbolo del metallo e poi quello dell’idrogeno.

Gli idracidi sono un piccolo gruppo di composti binari di natura molecolare, costituiti da idrogeno e non metallo. La loro formula si scrive indicando sempre per prima l’atomo di idrogeno. Questi composti hanno carattere acido, quindi, in acqua, le loro molecole si ionizzano liberando ioni H+ e anioni.

Negli ossidi l’ossigeno si scrive sempre a destra perché ad esso spetta n.o. -2. Particolarità è il fluoro con cui l’ossigeno è +2.

Gli ossidi dei metalli hanno in genere un comportamento basico che si manifesta quando lo ione ossido, O2-, reagisce con l’acqua e forma ioni OH- ovvero idrossido che colorano la cartina di blu.

Gli ossidi dei non metalli, invece, hanno un comportamento acido ed è caratterizzato dalla loro capacità di reagire con l’acqua sviluppando ioni H+ che colorano la cartina di rosso.