Esame di Chimica inorganica

N

umero atomico (Z)

Il numero di protoni nel nucleo degli atomi appartenenti ad un certo elemento è indicato dal numero atomico Z.

Ogni elemento è caratterizzato da un certo valore di Z, indicato nella tavola periodica. Tutti gli atomi dello stesso

elemento hanno lo stesso numero di protoni nel nucleo. Durante una trasformazione chimica, il numero atomico

non cambia mai, in questo modo l’atomo mantiene sempre la sua identità; mentre il numero degli elettroni in un

atomo neutro, corrisponde a Z, ma il numero di questi può variare durante la formazione di un legame chimico. Il

numero atomico inoltre stabilisce la specie atomica e di conseguenza il comportamento chimico.

A

tomo neutro

In un atomo neutro, il numero di protoni carichi positivamente nel nucleo deve

coincidere

col numero di elettroni carichi negativamente esterni al nucleo, quindi il numero

degli

elettroni è uguale al suo numero atomico Z. In un catione monoatomico

(quindi in un elettrone di un atomo carico positivamente) il numero degli

elettroni è minore del numero atomico Z, mentre, in un anione

monoatomico (quindi in un elettrone di un atomo carico negativamente) il

numero degli elettroni è maggiore del numero atomico Z.

I

ntroduzione alla tavola periodica - gli elementi Tutte le sostanze che sono costituite da un solo tipo di

atomo, prendono il nome di elementi. Tutta la materia è

formata da elementi. Essi non possono essere separati in

sostanze più semplici nemmeno tramite metodi chimici.

Spesso gli elementi si distinguono sia per il loro colore, sia

per il loro stato di aggregazione. Ogni elemento viene

riportato su una tabella che prende il nome di tavola

periodica, nella quale sono inserite le sue caratteristiche,

come numero di massa, stato di ossidazione, ed altre

informazioni che riguardano ogni specifico elemento. La

tavola periodica prende anche il nome di tabella

periodica o sistema periodico degli elementi.

Nella tavola periodica ci sono 118 elementi, di cui

90 sono naturali , e 24 artificiali (hanno la

caratteristica di avere il proprio nucleo instabile e la

loro esistenza non è duratura con il tempo), ovvero

creati in laboratorio. Gli elementi sono organizzati

nella tavola periodica con numero atomico Z crescente, ed hanno tutti uno specifico nome in modo da essere

riconosciuti. Inoltre gli elementi sono posizionati in sequenza in funzione della loro configurazione

elettronica. Le proprietà degli elementi sono funzioni periodiche nei loro numeri atomici. La prima tavola

periodica venne delineata da Dmitrij Ivanovic Mendeleev, nel 1869. Egli si basò sull’osservazione che alcune

proprietà degli elementi potessero essere correlate alla loro massa atomica e che proprietà simili ricorrevano

dopo un certo intervallo variabile di masse atomiche. Mendelev costruì la tavola in base al ripetersi ricorrente di

queste proprietà in uno schema periodico che contenesse tutti gli elementi conosciuti e utilizzando degli spazi

vuoti per quegli elementi che lui previse mancanti e che sarebbero stati scoperti in seguito. Il criterio della

massa atomica non è più considerato come base per la classificazione sistematica degli elementi, è rimasta

però invariata.

E’ organizzata in gruppi (o famiglie, lungo le colonne) e periodi (lungo le righe). I gruppi sono divisi in due

categorie: A e B, dove A è costituito dagli elementi dei gruppi principali , e B dai gruppi degli elementi di

transazione. Gli elementi sono sistemati lungo le colonne seguendo le proprietà chimico-fisiche simili e lungo i

periodi la proprietà di essere metallica va via via a diminuire.

La tavola periodica si può dividere in più regioni a seconda delle proprietà che possiedono gli elementi.

Metalli: solidi (tranne il mercurio(Hg)) a temperatura ambiente, duttili (ovvero ridotti in cavi sottili), malleabili



(possono essere stirati in lamine sottili), lucenti, buoni conduttori di elettricità, possono anche formare leghe. Gli

atomi sono organizzati in strutture costituite da un numero elevato di atomi disposti in maniera regolare. I metalli con

usi più quotidiani sono:

a) Ferro e alluminio: vengono utilizzati come componenti per le macchine in quanto duttili e

malleabili e per il loro basso costo rispetto ad altri metalli

b) Rame: utilizzato come conduttore di elettricità

Non metalli: solidi a temperatura ambiente (zolfo, carbonio, fosforo e iodio), gassosi (idrogeno, ossigeno, azoto,

 fluoro, cloro, elio, neon, argon, cripton e xenon), liquidi (bromo), ne duttili, ne malleabili, colore variabile, cattivi

conduttori di elettricità (ad eccezione del carbonio sottoforma di grafite). Gli atomi dei non metalli (gas nobili) si

trovano isolati, formano molecole con un numero discreto di atomi, o strutture più complesse.

Semimetalli: prendono anche il nome di metalloidi, hanno caratteristiche intermedie per quanto rigurda le

 loro proprietà che sono sia dei metalli che dei non metalli, per questo motivo si trovano a destra, in modo così

da dividere i metalli e i non metalli.

Ci sono alcuni gruppi che per le loro caratteristiche e proprietà prendono nomi precisi:

1) Gruppo 1A: metalli alcalini

- rientrano tutti gli elementi che fanno parte della colonna ad eccezione dell’idrogeno

- danno origine a soluzioni alcaline basiche

- sono solidi a temperatura ambiente

- sono reattivi, per questo in natura si trovano sotto forma di composti

- reagiscono con l’acqua per formare idrogeno e soluzioni alcaline

2) Gruppo 2A: Metalli alcalino terrosi

- i metalli di cui è composto si trovano in natura solo combinati

- questi elementi reagiscono con l’acqua e ossidi per formare soluzioni alcaline

- il magnesio e il calcio (uno dei principali costituenti delle ossa del corpo, si trova in natura nei

depositi calcarei) sono il settimo e il quinto elemento più abbondante sulla crosta terrestre

- il radio è l’elemento più pesante di questo gruppo, le sue radiazioni vengono utilizzate per curare

alcune forme di cancro

3) Gruppo 3A

- i metalli che sono presenti sono: gallio, indio, alluminio (elemento di grande importanza, è il più

abbondante sulla crosta terrestre pari all’8.2%) e tallio

- il boro è un metalloide che si trova nel minerale borace, un composto utilizzato come detergente,

antisettico e per la lavorazione dei metalli

4) Gruppo 4A

- contiene un non metallo (carbonio), due metalloidi (silicio, germanio) e due metalli (stagno,

piombo)

5) Gruppo 5A

- contiene l’azoto che si presenta in natura come N2 (molecola biatomica), costituisce i tre quarti

dell’atmosfera terrestre, è presente nella clorofilla, nel DNA e nelle proteine. Si è cercato di

sintetizzare dei composti a partire dall’azoto atmosferico, tale processo prende il nome di fissazione

dell’azoto

- il fosforo è essenziale per la vita perchè è un costituente delle ossa, dei denti e del DNA. Ha molti

allotropi, i più importanti sono il fosforo bianco (se reagisce con l’acqua forma l’acido fosforico,

utilizzato come costituente delle bevande analcoliche) e il fosforo rosso (è presente sulla scatola dei

fiammiferi, nella parte rossa per accendere il fiammifero)

- contiene due non metalli (azoto, fosforo), due metalloidi (arsenico, antimonio) e un metallo

(bismuto)

6) Gruppo 6A

- contiene tre non metalli (ossigeno, zolfo e selenio), un metalloide (tellurio) e un metallo (polonio)

- contiene l’ossigeno, è una molecole biatomica e costituisce circa il 20% nell’atmosfera terrestre e si

combina con moltissimi altri elementi, infatti quasi tutta l’energia che manda avanti la vita sulla Terra,

avviene tramite reazioni che avvengono grazie all’o. Ha un allotropo, l’ozono (O3, ha tre atomi nella sua

molecola).

- lo zolfo in forma elementare è noto come “pietra che brucia”, si può trovare in natura sotto forma di

solido giallo ed ha molti allotropi, il più comune è composto da molecole formate da anelli che

contengono otto atomi di zolfi disposti a corona

- lo zolfo, il selenio e il tellurio sono conosciuti come calcogeni, perchè i minerali grezzi di rame

contengono questi elementi

- zolfo e selenio sono fondamentali per la dieta umana

- il polonio è un elemento radiattivo

- ci sono lungo il gruppo delle variazioni nelle proprietà, ma sono simili per quanto riguarda le loro proprietà

chimiche perchè formano tutti dei composti con l’ossigeno

7) Gruppo 7A: Alogeni

- questo gruppo è molto importante perchè va a formare i sali quando si combinano con i metalli

alcalcini

- sono tutti non metalli e si trovano sotto forma di molecole biatomiche

- l’astato è radioattivo, il fluoro e il cloro sono gas a temperatura ambiente, il bromo è liquido, e lo

iodio è solido

- sono gli elementi più reattivi

8) Gruppo 8A: Gas nobili

- sono non metalli

- il radon è radioattivo

- sono gli elementi meno reattivi

- l’argon è presente per lo 0,9% sulla terra, per questo è classificato come il terzo gas più abbondante

nell’aria secca

- l’elio è il più abbondante nell’universo dopo l’idrogeno, esso viene utilizzato nelle strumentazioni di

risonanza magnetica (MRI) installate negli ospedali, ma anche negli spettrometri di risonanza magnetica

nucleare (NMR) nei laboratori di ricerca. I magneti utilizzati in questi strumenti necessitano di un

raffreddamento che gli viene fornito tramite l’elio liquido, in questo modo i magneti si comportano come

semiconduttori, facendo si che con la generazione di un campo magnetico molto intenso, venga a crearsi

un’immagine del nostro corpo

9) Gruppi dall’1B a 8B: Metalli di transizione

- sono tutti metalli

- 13 di questi elementi sono quelli più abbondanti sulla crosta terrestre

- si presentano in natura combinati con altri elementi, alcuni si possono trovare allo stato elementare in

quanto sono i meno reattivi, come il rame, l’argento, l’oro e il platino

Le due righe fuori dalla tavola periodica rappresentano rispettivamente i lantanidi (detti anche terre rare) e gli

attinidi.

Allotropi: sono degli elementi non metalli che esistono in nature in moltissime forme diverse e distinte, ognuno dei

quali ha delle proprietà caratteristiche diverse, un esempio è il carbonio che si può trovare sia sotto forma di:

gravite (è formata da fogli in cui ogni atomo di carbonio è legato al altri tre, questi fogli sono legati debolmente

l’uno all’altro formando un foglio di anelli esagonali; e la loro morbidità è dovuta dagli strati di cui è costituita che

scivolano uno sull’altro. E’ un lubrificante e viene u