PERCORSO ABILITANTE SPECIALE (A012)
UNIVERSITA’ DI CAMERINO
“Caratteristiche fisiche e
chimiche degli elementi del
primo gruppo della tavola
periodica”
CARLO SGROMO
Tipologia di classe: 2 anno istituto
professionale
Livello della classe : medio basso con
elementi di eccellenza
1) Conoscere e saper giustificare le
proprietà chimico fisiche degli
elementi
2) stimolare “ L’APPROCCIO
SCIENTIFICO/SPERIMENTALE “
CONOSCENZE PREGRESSE:
ATOMO; ELETTRONE, STABILITA’
DELL’ATOMO, REGOLA
DELL’OTTETTO……
METALLI ALCALINI
Li
Rb
K
Na
Cs
Il litio ha il record di
densità più bassa tra i
metalli (0.53 g/ml) e
galleggia anche in olio.
Analisi delle principali caratteristiche fisiche
dei metalli
Tutti i metalli alcalini sono morbidi.
Sono elementi solidi, lucenti
malneabili, duttili
….e buoni conduttori di corrente e di
calore
Esperimento 2.
Metodologia: preleviamo un pezzetto di
sodio e lo tagliamo con un coltello
Durante questa esperienza si nota come la superficie
dopo pochi secondi essa inizia a divenire
progressivamente sempre più opaca, fino a ricoprirsi di
una patina bianco grigiastra di ossidi ed idrossidi di
sodio
Litio metallico
esposto all’aria.
Esperimento 3
.
Preleviamo un pezzetto di litio e lo mettiamo in
un becher contenente acqua.
Cosa si osserva?
- il pezzetto di litio galleggia, ( questo ci
conferma che si tratta di un metallo con densità
inferiore a quella dell’acqua (come già detto
0,53 g/ml)
- inizia una effervescenza intorno al pezzetto
di litio, che nel giro di circa un minuto si
dissolve lasciando la soluzione limpida.
La reazione del litio con l’acqua è la seguente:
2Li(s) + 2H2O(l) → 2LiOH(aq) + H2(g)
(Si tratta di una reazione esotermica, cioè si libera energia
sotto forma di calore che fa riscaldare l’acqua. Da questa
reazione si produce idrogeno, un gas molto leggero ed
infiammabile che è la causa dell’effervescenza osservata
nell’esperimento Il secondo prodotto che si ottiene
l’idrossido di litio)
Esperimento 4
Preleviamo un pezzetto di sodio
abbastanza piccolo, in modo da evitare
che si inneschi la combustione
dell’idrogeno che si andrà a
sviluppare, ponendolo in un becher
contenente acqua.
Questa volta sistemiamo il becher dietro
una lastra di vetro, per permettere agli
studenti di vedere l’esperimento ma
esser allo stesso tempo di essere
protetti da eventuali piccole esplosioni.
Cosa si osserva?
Il pezzetto di sodio galleggia, anche il sodio ha densità
inferiore a quella dell’acqua (0,9 g/ml).
Inizia una effervescenza intorno al pezzetto di sodio che lo
porta a spostarsi freneticamente sulla superficie dell’acqua,
spinto dal gas idrogeno che libera. La reazione è
visibilmente più vigorosa rispetto a quella del litio,.
il pezzetto di sodio assume forma sferica, perché passa allo
stato liquido. L’esotermicità della reazione è sufficiente a
superare i 98 °C, corrispondenti al punto di fusione del
sodio.
Esperimento 3
Preleviamo un pezzetto di potassio molto piccolo
(poiché altamente reattivo) e lo mettiamo in un
becher contenente acqua.
Cosa osserviamo?
Anche il potassio (densità 0,8 g/ml) galleggia,
ma la reazione è talmente vigorosa ed esotermica
da provocare l’immediata combustione
dell’idrogeno generato, infatti si osserva una
fiamma rossastra che segue il pezzetto di potassio che
scoppietta durante la rapida reazione..
Rubidio e Cesio
A questo punto appare evidente che provare la stessa
reazione con il rubidio e il cesio sarebbe troppo
pericoloso, per via della elevatissima reattività che
conduce ad una reazione talmente veloce ed esotermica
da divenire esplosiva.
Francio
Il francio è un elemento estremamente raro in natura (15 g
nel primo km di crosta terrestre), infatti i suoi isotopi
sono tutti radioattivi, con tempi di dimezzamento molto
brevi. La piccola quantità presente sulla crosta terrestre
si forma per decadimento radioattivo del raro isotopo
227Ac nella serie dell’isotopo 235U. Per questo motivo il
francio fu scoperto solo nel 1939, grazie al lavoro svolto
da Marguerite Perey che diede il nome “francio”
all’elemento in onore
Dall’esperienze appena svolte si può dedurre che :
- Tutti i metalli del primo gruppo, esposti all’aria, reagiscono
immediatamente con l’ossigeno e l’umidità dell’aria
ricoprendosi velocemente di una patina di ossidi, idrossidi
ed in alcuni casi anche di perossidi.
- Tutti i metalli alcalini sono morbidi .
- Sono elementi solidi, lucenti malneabili, duttili
- ….e buoni conduttori di corrente e di calore
- Variabilità di comportamento tra i diversi metalli
appartenenti allo stesso gruppo.
Ma da cosa dipende tutto
ciò????
Caratteristiche chimiche : dalla tendenza
dell’elemento studiato PEREDERE ELETTRONI
E DIVENTARE IONE POSITIVO
Le proprietà fisiche : dal tipo di legame che
unisce gli atomi l’uno con l’altro.
La capacità di perdita di elettroni è definita VALENZA
dell’elemento
ENERGIA DI IONIZZAZIONE
L’energia di ionizzazione (Ei) di un atomo rappresenta l’energia
necessaria per allontanare a distanza infinita dal nucleo
l’elettrone legato ad esso più debolmente. Si formerà uno ione
positivo:
X + Ei
X + (catione) + e- (elettrone)
- maggiore raggio atomico minore energia
di ionizzazione
ELETTRONEGATIVITA’
L’elettronegatività è la capacità degli atomi di attrarre a se
elettroni di legame.
Questa capacità è proporzionale all’energia di ionizzazione e
ne definisce i diversi tipi di legame .
Gli elementi studiati hanno :
- basse energie di ionizzazione
- bassa elettronegatività
……..tendono a perdere gli elettroni di valenza
formando cationi:
Na+ K+……….
La reattività aumenta scendendo lungo il gruppo perché
diminuisce l’energia di ionizzazione e l’elettrone esterno
viene perso più facilmente.
Tutti questi metalli reagiscono con acqua dando gli
idrossidi e liberando idrogeno con una reazione
caratteristica. Ad esempio:
2 Li(s) + 2H2O(l)  2 LiOH(aq) + H2(g)
Tutti i metalli alcalini possono formare ossidi basici di
formula M2O che con acqua danno idrossidi che si
comportano come basi forti
2 Li(s) + ½O2(g)  Li2O(s)
H2 O
Li2O(s) + H2O(l)  LiOH(s)  2 Li+ + 2 OH-
Essendo molto reattivi non si trovano mai come metalli liberi in
natura ma come cationi in sali quali NaCl.
IL LEGAME IONICO
Gli ioni si attraggono per forza
elettrostatica formando un legame ionico.
Il legame ionico si forma quando la
differenza di elettronegatività tra due atomi
è maggiore di 1,9.
I composti ionici
Gli ioni in un composto ionico sono disposti
secondo uno schema ben preciso e possono
dar luogo a un reticolo cristallino che ne
giustifica le principali caratterstiche fisiche .
I composti ionici
I composti ionici
hanno alti punti di
fusione, sono
solidi a
temperatura
ambiente, sono
buoni conduttori
di elettricità sia
allo stato fuso sia
in soluzione.
IL LEGAME METTALLICO
Gli atomi metallici possono mettere in
comune gli elettroni di valenza, che
vengono condivisi tra più nuclei.
Il legame metallico è dovuto all’attrazione
fra gli ioni metallici positivi e gli elettroni
mobili che li circondano.
Tanto più forte è il legame metallico, tanto
più sono numerosi gli elettroni mobili.
LITIO (LI)
- è usato in applicazioni per il trasferimento
di calore.
- Grazie al suo alto potenziale
elettrochimico il litio è inoltre un
importante materiale anodico delle
batterie
SODIO ( Na)
Nella sua forma metallica, è un componente essenziale
nella produzione di composti organici.
In certe leghe per migliorare la loro struttura
Nel sapone (in combinazione con acidi grassi)
Per disincrostare i metalli (lisciarne la superficie)
Per purificare i metalli fusi
Come fluido di raffreddamento e trasporto calore nei
reattori nucleari veloci e nelle valvole di alcuni motori
endotermici
POTASSIO (K)
Il solfato di potassio è usato come fertilizzante.
Il nitrato di potassio si usa per fare la polvere da sparo.
Il carbonato di potassio si usa nella fabbricazione del vetro.
NaK, una lega di sodio e potassio è usata come mezzo di
trasporto del calore.
È un elemento indispensabile per la crescita delle piante ed
è presente nella maggior parte dei tipi di suolo.
Nelle cellule animali gli ioni potassio sono di importanza
vitale.
Il cloruro di potassio è usato per produrre sale da tavola a
basso tenore di sodio