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ELETTRONI E TAVOLA PERIODICA - Coggle Diagram
ELETTRONI E TAVOLA PERIODICA
L'attuale tavola periodica è organizzata in righe (
periodi
) è in colonne (
gruppi
) secondo il riempimento progressivo degli orbitali. Le colonne raggruppano elementi con analoghe configurazioni elettroniche esterne, per cui gli elementi di uno stesso gruppo presentano comportamento chimico simile. Nella tavola periodica si identificano quattro blocchi a seconda del tipo di orbitali esterni: s, p, d, f. La tavola deve il suo nome al fatto che alcune proprietà variano periodicamente
Il
raggio atomico
diminuisce verso destra in un periodo e aumenta verso il basso in un gruppo. L'
energia di ionizzazione
, E.I. (l'energia necessaria ad allontanare un elettrone esterno da un atomo allo stato gassoso), l'
affinità elettronica
, A.E. (l'energia liberata da un atomo allo stato gassoso quando acquista un elettrone). Entrambe aumentano verso destra in un periodo e diminuiscono scendendo in un gruppo. L'
elettronegatività
(la tendenza di un atomo ad attrarre gli elettroni di legame) nasce dalla combinazione di E.I. e A.E.; diminuisci spostandosi verso il basso in un gruppo e aumenta verso destra in un periodo
Gli elementi si suddividono in
metalli
,
non-metalli
e
semimetalli
. Le caratteristiche metalliche ( bassa elettronegatività, alta conducibilità elettrica e termica, lucentezza, duttilità e malleabilità) aumentano verso il basso in un gruppo e diminuiscono verso destra in un periodo
La maggior parte degli elementi in natura si trovano allo status solido. I gas nobili si trovano appunto allo stato gassoso. infine allo stato liquido troviamo Mercurio e Bromo
L'energia di ionizzazione è la tendenza di un atomo a diventare un catione (perdere un elettrone). Maggiore è il suo valore, minore sarà la tendenza. E' minima nei metalli alcalini e massima nei gas.
L'affinità elettronica misura la tendenza di un elemento a formare anioni (acquista un elettrone). Può assumere valori positivi o negativi: ha valori positivi se l'atomo per acquistare l'elettrone ha bisogno di assorbire molta energia dall'ambiente; di conseguenza la temperatura diminuisce. Invece ha valori negativi quando l'atomo acquistando gli elettroni libera energia sotto forma di calore. Questa reazione viene chiamata esotermica e causa un aumento della temperatura. In questo modo l'atomo si trova in una situazione di maggior stabilità poiché ha diminuito la sua energia.
L'elettrone negatività emerge solo nel momento in cui un elemento è coinvolto in un legame chimico. Maggiore è il valore di elettronegatività, maggiore sarà l'attrazione colombiana esercitata sugli elettroni di legame
Il raggio atomico è la metà della distanza minima di avvicinamento tra i nuclei di due atomi dello stesso elemento. Corrisponde a una misura sperimentale effettuata grazie all'ausilio dei raggi X e viene misurata in picometri (10-12 m) o in Amstrong (10-10 m). Il raggio atomico varia anche in base al fenomeno di ionizzazione: nel caso in cui si trasformi in un catione il raggio si riduce, mentre se si trasforma in un anione il raggio aumenta.
Secondo la convenzione CAS, il numero del periodo indica su quale livello energetico si trova l'ultimo elettrone. Dunque definisce il numero quantico principale.
Secondo la convenzione CAS, il numero del gruppo, indicato con i numeri romani da I a VIII, danno informazioni su quanti elettroni sono presenti nel guscio di valenza.
Secondo De Broglie una particella di massa m, in movimento con velocità v, può essere considerata come un'onda con λ data da:
λ = h/mv
La verifica sperimentale si ha con Davisson e Germer che osservano figure di interferenza inviando elettroni contro un cristallo di nichel
L'elettrone si considera un'onda stazionaria, la cui "forma" resta invariata nel tempo. Per evitare il suo annullamento, un'onda deve essere contenuta in un'orbita un numero intero di volte. Possono così esistere solo quelle orbite per le quali:
2πr = nλ
Se il raggio dell'orbita avesse valori diversi da quelli indicati dalla formula l'onda non sarebbe più stazionaria, ma si accavallerebbe e distruggerebbe
In particolare essi investirono un cristallo di nichel con un fascio di elettroni e osservarono la formazione di figure di interferenza su una lastra fotografica posta a valle. Notarono che le figure di interferenza costituiscono la firma delle onde
Nel 1924 il fisico francese Louis Victor De Broglie ipotizzò che le particelle in movimento dovessero presentare anche un comportamento ondulatorio. Dunque a tutta la materia si poteva attribuire una duplice natura
Il Principio di indeterminazione di Heinsenberg, dimostra che per sistemi di dimensioni atomiche è impossibile determinare contemporaneamente la quantità di moto e la posizione:
Δx * Δp ≥ h/4π
. La posizione dell'elettrone si può individuare solo in termini probabilistici.
Il Principio di indeterminazione non è causato dalla nostra incapacità di osservare i fenomeni, ma dalla natura ondulatoria delle particelle. Dunque l'elettrone non si muove su orbite definite nello spazio e il suo comportamento può essere descritto solo in termini di probabilità di trovarlo
Schrodinger descrive il comportamento ondulatorio degli elettroni con l'equazione d'onda, le cui soluzioni( funzioni d'onda, ѱ) definiscono delle zone attorno al nucleo (orbitali) in cui si ha una probabilità superiore al 95% di trovare gli elettroni. Nel ѱ sono presenti quattro parametri corrispondenti ai numeri quantici del modello di Bohr-Sommerfeld.
I numeri quantici degli orbitali indicano:
n
l'energia e la distanza dal nucleo; assume i valori da 1 a 7.
l
la forma; valori da 0 a n - 1 .
m
l'orientazione; assume il valore da - l a + l .
s
il senso di rotazione (spin) dell' elettrone; vale ± 1/2
Gli elettroni si dispongono negli orbitali: occupando prima quelli a energia minore (
regola della diagonale
); al massimo due per ogni orbitale (
principio di esclusione di Pauli
); occupando uno per volta orbitali degeneri prima di appaiarsi (
regola di hund o della massima molteplicità
). La disposizione degli elettroni e di un atomo si chiama configurazione elettronica (c. e.)
Il modello che deriva dalle idee di Heisenberg e Schrodinger viene definito quantomeccanico e definisce solo le regioni dello spazio in cui è più alta la probabilità di trovare l'elettrone