Introduzione chimica 1

Le conseguenze della struttura a strati dell'atomo

Gli strati elettronici corrispondono esattamente ai periodi del sistema periodico. Lo strato più esterno viene chiamato strato di valenza, poiché è quello che determina il comportamento chimico dell'elemento. La configurazione elettronica di ciascun elemento riportata nella tavola periodica è in corrispondenza del simbolo dell'elemento stesso e abbreviata.

Per scrivere il simbolo di Lewis di un elemento si riporta il suo simbolo chimico e intorno a esso si dispongono gli elettroni di Valenza, un punto per ciascun dei quattro lati.

Le principali famiglie chimiche

Gli elementi che appartengono a uno stesso gruppo della tavola periodica presentano proprietà simili, perciò vengono

Definiti famiglie. L'idrogeno è isolato perché non è un metallo alcalino. La sua disposizione è giustificata dalla presenza di un solo elettrone di valenza, ma lo stesso elementare è presente come molecola biatomica.

Il primo gruppo comprende i metalli alcalini (ns1):

• Sono particolarmente reattivi
• Hanno un elettrone di valenza che perdono facilmente
• A contatto con l'acqua liberano gas idrogeno

La famiglia del secondo gruppo comprende i metalli alcalino-terrosi (ns2):

• Sono molto reattivi
• Hanno due elettroni di valenza che perdono facilmente
• Reagiscono con l'acqua ma meno vivacemente degli alcalini

Proprietà atomiche e andamenti periodici:

Tra le proprietà che variano in modo periodico vi sono:

• Il raggio atomico
• L'energia di ionizzazione
• L'affinità elettronica
• L'elettronegatività

Nelle blocco di d sono i metalli di transizione:

• Sono utilizzati in leghe

• I lantanidi sono chiamati terre rare, vengono usati in strumenti ad alta tecnologia;
• Gli attimi di sono radioattivi. Gli elementi con Z >92, sono chiamati transuranici.

• Allo stato elementare sono molecole diatomiche;
• Sono tutti elementi altamente reattivi;
• Prendono facilmente un elettrone.

• Hanno una reattività quasi nulla;
• Il loro livello esterno è completo poiché a parte L'elio che ha 2 elettroni tutti gli altri hanno otto elettroni.

Elettronica è massima per gli elementi in alto a destra nella tavola periodica (cloro, fluoro, bromo, iodio, zolfo, ossigeno). La grandezza più adatta a descrivere il comportamento di un atomo, quando interagisce con un altro, è l'elettronegatività. L'elettronegatività di un elemento misura la tendenza di un atomo ad attrarre a sé gli elettroni coinvolti in un legame. A differenza delle precedenti, questa grandezza non è misurabile sperimentalmente.

• Procedendo lungo un periodo diminuisce il raggio atomico e aumenta la forza con cui il nucleo attira a sé gli elettroni;
• Scendendo nel gruppo aumenta il raggio atomico e diminuisce la forza con cui il nucleo attira a sé gli elettroni.

L'elettronegatività non è una proprietà intrinseca di un elemento, poiché ha significato solo quando un elemento si combina con un altro. Gli elementi, in base alle proprietà fisiche e chimiche, possono

essere suddivisi in metalli, non metalli e semimetalli.

I metalli:

• sono più di 80 e occupano la parte sinistra del sistema periodico
• sono solidi, hanno una caratteristica lucentezza metallica, sono buoni conduttori di calore ed elettricità, sono malleabili e duttili.

I non metalli:

• occupano la parte destra in alto del sistema periodico. A eccezione del carbonio, tutti i non metalli sono cattivi conduttori del calore e della corrente elettrica.

I semimetalli:

• si trovano lungo la linea che dal Boro scende fino all'Astato
• sono solidi e hanno proprietà intermedie, in parte di tipo metallico e in parte non metallico.
• Non sono né conduttori né isolanti, ma diventano eccellenti semiconduttori quando contengono impurezze di elementi vicini, permettendo la realizzazione di apparecchi elettronici di dimensioni ridotte.

LEGAMI CHIMICI

Gli elementi presenti in natura sono 89 e producono circa 20 milioni di sostanze diverse. Tutti i corpi dell'Universo

Esistono perché questi 89 atomi si aggregano, cioè si legano, in vario modo, fra loro. Nel 1832, Michael Faraday osserva che l'acqua pura non conduce la corrente elettrica. Se si scioglie in acqua cloruro di sodio, si forma una soluzione che conduce la corrente; invece, una soluzione di acqua e zucchero non la conduce. La differenza nella conducibilità elettrica fra acqua, sale e zucchero dipende dal diverso tipo di legame chimico che esiste fra gli atomi costituenti le sostanze.

Il legame chimico si forma se gli atomi legati tra loro hanno un'energia minore degli atomi separati. Se l'energia potenziale dei due atomi diminuisce, i due atomi si uniscono formando il legame chimico (principio dell'energia potenziale minima). Se invece l'energia potenziale aumenta, il tentativo di unione fallisce e gli atomi non si legano tra di loro.

L'energia di legame è la quantità di energia che è necessario fornire.

A una mole di sostanza per rompere i legami che tengono uniti tutti i suoi atomi; si misura in kJ/mol. Tanto più grande è l'energia di legame, tanto più forte è il legame che unisce gli atomi.

Gli elettroni dello strato più esterno sono chiamati elettroni di valenza o di legame. I gas nobili hanno una configurazione elettronica costituita da otto elettroni esterni, a eccezione dell'elio che ne ha soltanto due.

Lewis Gilbert N. Lewis enuncia, nel 1916, la regola dell'ottetto: un atomo è particolarmente stabile quando ha otto elettroni nello strato di valenza.

La valenza rappresenta il numero di elettroni che un atomo guadagna, perde o mette in comune quando si lega con altri atomi; corrisponde, quindi, al numero di legami che un atomo è in grado di formare.

Una formula rappresentata con i simboli di Lewis è chiamata formula di struttura.

Procedimento per scrivere le formule di struttura di Lewis:

1. ...

stabilire qual è l'atomo centrale e disporre i simboli degli altri atomi in base al criterio di maggiore simmetria

contare gli elettroni di valenza di tutti gli atomi coinvolti

posizionare una coppia di elettroni tra ogni coppia di atomi legati

completare gli ottetti degli atomi legati intorno all'atomo centrale

disporre gli elettroni rimanenti sull'atomo centrale

Attenzione!

• l'idrogeno forma un solo legame, il carbonio quattro, l'azoto tre e l'ossigeno due
• gli atomi coinvolti nei legami multipli sono C, N, O e S
• considerare sempre prima i legami singoli, poi eventuali legami multipli
• molecole o ioni isoelettronici, cioè con lo stesso numero di elettroni di valenza, sono spesso isostrutturali, hanno cioè la stessa struttura.

Il legame ionico

Nella formazione del cloruro di sodio, il trasferimento di un elettrone