GLI ELEMENTI
CHIMICI
Gli elementi chimici si indicano con un simbolo,
costituito da una e/o due lettere (la prima sempre
maiuscola) derivate dal latino.
In natura esistono 92 tipi di atomi diversi con un diverso numero atomico , da 1 a 92.
Ciascun elemento possiede proprietà fisiche e chimiche diverse.
Oltre che per il numero atomico Z, le varie specie di atomi differiscono anche per la
massa atomica A.
La serie degli elementi naturali inizia con l’atomo dell’idrogeno con un protone e un
elettrone che è il più leggero; finisce con l’uranio che possiede 92 protoni e elettroni e
146 neutroni.
Cambiando il numero atomico gli atomi sono diversi e cioè hanno proprietà chimiche e
fisiche diverse.
8₁₆
O
viviamo
respirando
ossigeno
⁹₁₉F
moriremmo
respirando
fluoro
⁷⁹₁₉₇Au
solido
a contatto con la pelle
non procura danni
⁸⁰₂₀₀Hg
liquido
pericolosissimo
La tavola periodica degli elementi è lo schema con il quale vengono ordinati
gli elementi chimici sulla base del loro numero atomico Z e del numero di elettroni
presenti nell'orbitale atomico più energetico.
E’ stata ideata dal chimico russo Dimitrij Ivanovic Mendeleev nel 1869 inizialmente
contava numerosi spazi vuoti.
Il numero del gruppo corrisponde al numero totale di elettroni del guscio più esterno occupato
18
GRUPPI
7 PERIODI
Lantanidi
Attinidi
ll numero del periodo corrisponde al numero quantico principale del guscio più esterno occupato
LA TAVOLA PERIODICA
DEGLI ELEMENTI
metallo
non metallo
numero atomico
semi metallo
simbolo chimico
nome
94Pu
massa atomica relativa
artificiali
solido
7N
liquidi
80Hg
8O
configurazione elettronica
Fe
3134
punto di ebollizione (°C)
Ferro
1811
55,8457
7874
punto di fusione (°C)
densità (kg/m3)
2He
gas
35Br
26
2
8
14
2
9F
10Ne
17Cl
18Ar
36Kr
54Xe
86Rn
Mettendo in colonna gli atomi con la stessa configurazione elettronica esterna
salta
fuori
proprio
la
tavola
periodica
degli
elementi
...
... che Mendeleev aveva costruito, il secolo precedente, basandosi SUL
COMPORTAMENTO CHIMICO !
orbitali s
orbitali d
orbitali p
orbitali f
LA CONFIGURAZIONE
ELETTRONICA DI UN
ELEMENTO
Ogni
orbitale
viene
rappresentato
con
un
quadratino all’interno del
quale vanno inseriti gli
elettroni. A ciascun orbitale
viene associata una sigla
composta da un numero,
che rappresenta il numero
quantico principale (n=1, 2,
3, 4, 5, 6, 7) e da una
lettera, numero quantico
secondario (s, p, d, f).
Gli elettroni di un atomo
sono definiti da 4 numeri
quantici, 3 dei quali (n, l,
ml) definiscono l’orbitale.
Si intende la disposizione degli elettroni sui suoi
orbitali
Per scrivere la configurazione elettronica di un elemento ci
sono 3 regole da seguire
IL PRINCIPIO DELLA COSTRUZIONE PROGRESSIVA o
di AUFBAU
Si occupano prima gli orbitali a più bassa energia e
poi quelli a energia più elevata.
L’ordine di riempimento si può ricordare seguendo la
regola della diagonale
IL PRINCIPIO DI ESCLUSIONE DI PAULI
In un atomo non possono esistere 2 elettroni aventi
gli stessi valori dei 4 numeri quantici.
Un orbitale può contenere al massimo
2 elettroni purché di spin opposto
REGOLA DI HUND o della MASSIMA MOLTEPLICITA’
Quando si devono riempire gli orbitali aventi la
stessa energia si colloca un elettrone su ciascun
orbitale e poi si completano gli orbitali semipieni
errato
corretto
SUCCESSIONE ENERGETICA DEGLI ORBITALI

L’energia di ogni orbitale è
sempre diversa da un altro

Tra il livello 3 ed il livello 4 vi è
una sovrapposizione dei livelli
energetici
6
5
4d
4


Gli elettroni si sistemeranno
sempre al livello energetico più
basso se non è occupato
Nel riempimento elettronico si
dovrà procedere cominciando
dal livello più basso e
procedere verso il successivo
5f
6p
5d
4f
6a
5p
5s
4p
E
3
2
1
3d
4s
3p
3s
2p
2s
1s
QUANTI n PER 113 ELEMENTI ?
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p
7 x 1 orbitali di tipo s
6 x 3 orbitali di tipo p
4 x 5 orbitali di tipo d
2 x 7 orbitali di tipo f
14 e36 e40 e28 e118 e-
Gli orbitali fino a n = 7 sono sufficienti per contenere gli elettroni dei 113 elementi noti
IL RIEMPIMENTO DEGLI ORBITALI
LA CONFIGURAZIONE ELETTRONICA DI UN ELEMENTO
Si intende la disposizione
degli elettroni sui suoi orbitali
s
7 (Q)
6 (P)
5 (O)
4 (N)
3 (M)
2 (L)
1 (K)
p
Ogni orbitale viene rappresentato con un quadratino all’interno del quale vanno
inseriti gli elettroni. A ciascun orbitale viene associata una sigla composta da un
numero, che rappresenta il numero quantico principale (n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) e da
una lettera, numero quantico secondario (s, p, d, f).
d
f
22Ti titanio
1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 3 d2 4 s2
Un’ultima considerazione da fare è che, quando un elemento ha un sottolivello d o f
con tutti gli orbitali pieni (2 elettroni) ed uno semipieno (1 elettrone), c’è il richiamo
di un elettrone dall’orbitale immediatamente superiore, per cui, per esempio, la
configurazione elettronica del Rame (Cu 29) sarà:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1
e non:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d9 4s2
Lo stesso avviene quando un sottolivello d o f ha tutti gli orbitali semipieni ed uno
vuoto, per cui, per esempio, la configurazione elettronica del Cromo (Cr 24), sarà:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1
e non:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d4 4s2
Esistono diciotto eccezioni comuni alle configurazioni elettroniche degli atomi nel
livello energetico più basso, anche definito stato base.
Si discostano dalla regola generale solo nella penultima e terzultima posizione degli
elettroni.
Cr (..., 3d5, 4s1); Cu (..., 3d10, 4s1); Nb (..., 4d4, 5s1); Mo (..., 4d5, 5s1); Ru (..., 4d7, 5s1);
Rh (..., 4d8, 5s1); Pd (..., 4d10, 5s0); Ag (..., 4d10, 5s1); La (..., 5d1, 6s2);
Ce (..., 4f1, 5d1, 6s2); Gd (..., 4f7, 5d1, 6s2); Au (..., 5d10, 6s1); Ac (..., 6d1, 7s2);
Th (..., 6d2, 7s2); Pa (..., 5f2, 6d1, 7s2); U (..., 5f3, 6d1, 7s2); Np (..., 5f4, 6d1, 7s2) e
Cm (..., 5f7, 6d1, 7s2).
LA CONFIGURAZIONE ELETTRONICA DI UN ELEMENTO
Deviazioni dal principio
di Aufbau
s
7 (Q)
6 (P)
p
Alcuni elementi nel riempimento degli orbitali fanno eccezione .
•
Cr e Mo appartengono al gruppo 6 (6B)
•
Cu e Ag appartengono al gruppo 11 (1B)
d
f
24Cr cromo
1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 3 d5 4 s
29Cu rame
1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 3 d10 4 s
5 (O)
4 (N)
3 (M)
2 (L)
1 (K)
Configurazioni elettroniche a sottolivelli semiriempiti
(es. 4s1 3d5) o completamente riempiti (es. 4s1 3d10)
• abbassano l’energia dell’atomo
• sono più stabili di configurazioni a orbitali semipieni
CONFIGURAZIONE ELETTRONICA E GRUPPI
 Elementi appartenenti allo stesso gruppo hanno la stessa configurazione
elettronica esterna
 Stessa configurazione esterna significa proprietà chimiche simili
CONFIGURAZIONE ELETTRONICA E GRUPPI
Osservando la
tavola periodica, si
può vedere una
linea spezzata che
separa due tipi di
elementi: i metalli,
che presentano
delle caratteristiche
particolari, e altri
che non le
presentano e per
questo son chiamati
non metalli.
Vi sono degli
elementi lungo la
linea spezzata che
presentano
caratteristiche
intermedie: i
semimetalli
 Elementi appartenenti allo stesso gruppo hanno la stessa
configurazione elettronica esterna
 Stessa configurazione esterna significa proprietà chimiche simili
METALLI, NON
METALLI e GAS NOBILI
hanno
molecola
monoatomica
hanno
molecola
poliatomica