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Antonello Santini » 15.Le proprietà periodiche degli atomi. Tavola periodica


Un po’ di Storia

Gli elementi raggruppati a seconda dell’epoca della loro scoperta

Gli elementi raggruppati a seconda dell'epoca della loro scoperta


Un po’ di Storia

  • L’elenco degli elementi fornito da Lavoisier (1789) era destinato ad allungarsi grazie alle tecniche di analisi e all’utilizzazione dei fenomeni elettrolitici per separare le sostanze. Dal XIX secolo molti studiosi si prefissero l’obiettivo di ordinare gli elementi in raggruppamenti in base a somiglianze di comportamento.
  • Il chimico tedesco J.W. Döbereiner (1780-1849), dal 1817 al 1829 raggruppò gli elementi con proprietà simili in triadi cioè la massa atomica dell’elemento centrale, le proprietà fisiche e chimiche risultano intermedie fra quelle dei componenti la triade.

Un po’ di Storia

  • Il chimico inglese J.A.R. Newlands (1837-96), pubblicò nel 1864 una prima tavola di 36 elementi, disposti secondo la massa atomica crescente e nel 1865 una nuova tavola periodica (The periodic law) di 62 elementi, ripartiti in otto colonne di sette posti ciascuna cioè con proprietà analoghe in ogni riga orizzontale e periodicità in ogni colonna e propose quindi di chiamare questa relazione legge delle ottave.
  • Ma queste classificazioni non ebbero fortuna perché non riuscivano a spiegare la posizione degli elementi di transizione.

Un po’ di Storia

  • Meyer e Mendeleev rielaborando le nuove idee su atomi, molecole, massa atomica e massa mole-colare proposte alla Conferenza Internazionale di Chimica di Karlsruhe (1860) dai chimici italiani Avogadro e Cannizzaro, proposero razionali classi-ficazioni degli elementi.
  • Il tedesco Meyer in base alla regola della periodicità e la proprietà del volume atomico, pubblicò una prima tavola nel 1864.
D.I. Mendeleev e un suo manoscritto

D.I. Mendeleev e un suo manoscritto


Un po’ di Storia

Il russo Mendeleev nel 1869, enunciando la seguente legge “le proprietà degli elementi variano con cadenza periodica all’aumentare della massa atomica“, pubblicò la sua prima tavola periodica che chiamò Tavola Periodica degli elementi in cui dispose gli elementi ordinandoli in righe e colonne secondo il loro peso atomico crescente, e ponendo l’uno sotto l’altro quelli che mostravano proprietà chimiche e fisiche simili, in modo da formarne dei gruppi, lasciando degli spazi vuoti per elementi non ancora conosciuti, riuscendo così a prevederne l’esistenza.

Le proprietà del germanio e quelle previste da Mendeleev

Le proprietà del germanio e quelle previste da Mendeleev

Le proprietà del germanio e quelle previste da Mendeleev


Gli atomi

Per un elemento X (vedere figura a lato).


Numero Atomico = n° di protoni = n° di elettroni = Z

Il numero atomico di un elemento è uguale al numero dei suoi protoni e coincide con il suo numero d’ordine nel sistema periodico. È generalmente indicato con “Z” e naturalmente esso indica anche il n° degli elettroni e quindi anche la loro disposizione intorno al nucleo.

Numero di Massa = n° di protoni + n° di neutroni = A

Il numero di massa atomica è la somma del numero dei protoni e dei neutroni. Esso è sempre un numero intero ed è generalmente indicato con “A”.


Gli atomi

È possibile calcolare il numero dei neutroni, sub particelle atomiche che non influiscono sulle caratteristiche chimiche degli atomi:

Numero di neutroni = A – Z

Gli Isotopi sono atomi di uno stesso elemento che hanno una massa differente. Essi contengono lo stesso numero di protoni ma differente numero di neutroni, ed hanno identiche proprietà chimiche ma differenti proprietà fisiche.

ESEMPIO: L’idrogeno ha tre isotopi: 1H (protio) che presenta nel nucleo solo 1 protone, 2H (deuterio) 1 protone ed 1 neutrone, e 3H (trizio) 1 protone e 2 neutroni

Le proprietà periodiche degli atomi. Tavola Periodica

Sintesi isotopi

Sintesi isotopi


Abbondanza isotopica naturale per alcuni elementi


Organizzazione della Tavola Periodica

Nella tavola periodica gli elementi si succedono in funzione del loro numero atomico crescente, organizzati in periodi (righe orizzontali) e gruppi (colonne verticali). Gli elementi che costituiscono un gruppo hanno proprietà fisiche e chimiche simili (hanno configurazione elettronica simile).

Tavola periodica interattiva 1

Tavola periodica interattiva 2

Tavola periodica

Tavola periodica


Organizzazione della Tavola Periodica

  • La tavola può essere suddivisa in blocchi ciascuno dei quali contiene diverse serie di 2, 6, 10 e 14 elementi in cui si vanno riempiendo rispettivamente gli orbitali s, p, d ed f;
  • I blocchi s e p sono detti elementi rappresentativi o elementi tipici e sono divisi in 8 gruppi;
  • I blocchi d ed f contengono rispettivamente gli elementi di transizione e di transizione interna.

Organizzazione della Tavola Periodica

Come variano alcune proprietà nel sistema periodico

Come variano alcune proprietà nel sistema periodico


Proprietà: Raggio Atomico

Gli atomi sono oggetti estremamente piccoli. Per esprimere le loro dimensioni, le unità di misura sono:

  • Picometro = 1pm =10-12
  • Angstrom = 1Å = 10-1 nm =10-8 cm

Osservando la tavola periodica osserviamo: il raggio atomico diminuisce lungo un periodo (aumenta la carica nucleare); il raggio atomico aumenta lungo un gruppo (gli elettroni occupano livelli energetici più esterni).

Raggio atomico

Raggio atomico


Proprietà: Energia di Ionizzazione

Si chiama energia di prima ionizzazione l’energia richiesta per staccare un elettrone da un atomo neutro. Il processo di ionizzazione può essere indicato nel modo seguente:

X + Energia -> X+ + e-

Dove X rappresenta l’atomo di un elemento generico, X+ il corrispondente ione positivo, e- l’elettrone rimosso.

Le energie di prima ionizzazione crescono da sinistra verso destra nell’ambito di un periodo, diminuiscono dall’alto verso il basso nell’interno di un gruppo. Le energie di ionizzazione successive sono più elevate rispetto alla energia di prima ionizzazione.

Proprietà: Energia di Ionizzazione


Proprietà: Affinità elettronica

  • L’affinità elettronica esprime l’energia che si sviluppa quando un atomo acquista un elettrone diventando uno ione negativo: X + e- -> X-
  • L’affinità elettronica aumenta all’aumentare dell’energia di ionizzazione: aumenta lungo un periodo e diminuisce lungo un gruppo.
  • La maggior parte degli elementi che compongono la tavola periodica sono metalli. Altri, chiamati non metalli hanno proprietà diverse e, in particolare gli alogeni hanno una elevata affinità elettronica.

Proprietà: Affinità elettronica


Proprietà: Elettronegatività

L’elettronegativà degli atomi esprime la tendenza ad attrarre a se gli elettroni messi in comune con altri atomi per raggiungere la stabilità. L’elettronegatività dipende dall’energia di ionizzazione e dall’affinità elettronica, perciò: un atomo che ha una bassa energia di ionizzazione e una bassa affinità elettronica tende a cedere piuttosto che ad acquistare elettroni (ad esempio è il caso degli elementi del Gruppo IA); al contrario un atomo che ha una elevata energia di ionizzazione e una elevata affinità elettronica, tende ad acquista piuttosto che a cedere elettroni (è il caso, ad esempio, degli elementi del Gruppo VIIA).

Proprietà: Elettronegatività

L’elettronegatività espressa con dei numeri adimensionali: agli elementi più elettronegativi spettano i valori più elevati. La scala dei valori di elettronegatività più famosa e più utilizzata è quella proposta dal chimico statunitense L. Pauling nel 1932. Sia l’energia di ionizzazione che l’affinità elettronica forniscono utili indicazioni sul modo di comportarsi degli atomi singoli, isolati, dei vari elementi nei confronti degli elettroni. Solo gli elementi del Gruppo VIIIA hanno una configurazione elettronica tale che gli atomi tendono a conservare inalterata la propria struttura, rifiutando sia la cessione sia l’acquisto di elettroni cioè, hanno elevata energia di ionizzazione e bassissima affinità elettronica.

L’andamento dell’elettronegatività nella tavola periodica

In questa tabella sono riportati valori di elettronegatività che non coincidono con quelli riportati nella nostra tavola periodica, determinati e proposti da Pauling. In questa tabella, altresì, c’è una scelta di sistemazione diversa dei lantanidi e degli attinidi (il lantanio e l’attinio sono collocati nel blocco f anzichè nel blocco d).


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