Chimica introduttiva-1st Canadian Edition

Uno dei motivi per cui la tavola periodica è così utile è perché la sua struttura ci consente di determinare qualitativamente come alcune proprietà degli elementi variano rispetto alla loro posizione sulla tavola periodica. La variazione delle proprietà rispetto alla posizione sulla tavola periodica è chiamata tendenze periodiche., Non c’è altro strumento nella scienza che ci permetta di giudicare le proprietà relative di una classe di oggetti come questa, il che rende la tavola periodica uno strumento molto utile. Molte tendenze periodiche sono generali. Ci possono essere alcuni punti in cui si vede una tendenza opposta, ma c’è una tendenza generale se considerata su un’intera riga o su un’intera colonna della tavola periodica.

Carica nucleare efficace

Molte delle proprietà periodiche degli atomi dipendono dalla configurazione elettronica; in particolare, gli elettroni di valenza e il loro livello di attrazione verso il nucleo.,

Gli elettroni di valenza sono simultaneamente attratti dalla carica positiva del nucleo e schermati (respinti) dalle cariche negative di altri elettroni. Questa carica nucleare netta percepita dagli elettroni di valenza è conosciuta come la sua carica nucleare efficace, Zeff (pronunciato “zed-efficace”)., La carica nucleare effettiva è sempre inferiore alla carica nucleare effettiva, e può essere approssimativamente stimata usando la seguente equazione:

Zeff = Z – S

Dove Z è la carica nucleare (uguale al numero di protoni), e S è la costante di screening che può essere approssimata al numero di elettroni “core” non di valenza.

Esempio:

Approssimare la carica nucleare efficace del magnesio.

Soluzione:

Per prima cosa dobbiamo determinare la configurazione elettronica del magnesio per determinare il numero di elettroni del nucleo.,

Mg = 1s2 2s2 2p6 3s2 = 3s2, quindi il magnesio ha 10 elettroni di nucleo dai suoi orbitali 1s2, 2s2, 2p6.

Il magnesio è l’elemento 12, quindi ha 12 protoni e una carica nucleare di 12.

Zeff = 12 – 10

Zeff = 2+

Spostandosi da sinistra a destra attraverso un periodo della tavola periodica, ogni elemento successivo ha un protone aggiuntivo e un elettrone di valenza, ma gli elettroni principali che sono responsabili della maggior parte dello screening rimangono gli stessi. Ciò si traduce in una tendenza che in generale la carica nucleare effettiva aumenta da sinistra a destra in qualsiasi periodo della tavola periodica.,

Spostando dall’alto verso il basso una colonna della tavola periodica, potremmo aspettarci che gli elementi abbiano una carica nucleare efficace simile in quanto hanno tutti lo stesso numero di elettroni di valenza. Tuttavia, in realtà vediamo un leggero aumento di Zeff che si sposta verso il basso di una colonna della tavola periodica. Man mano che il numero quantico principale (n) aumenta, la dimensione orbitale aumenta rendendo le nubi di elettroni core più diffuse. Anche queste nubi di elettroni core che sono più diffuse non schermano, dando un leggero aumento a Zeff (Figura 8.,22)

Figura 8.22. La tendenza periodica per carica nucleare efficace.

Raggi atomici

Il raggio atomico è un’indicazione della dimensione di un atomo. Sebbene il concetto di un raggio definito di un atomo sia un po ‘ sfocato, gli atomi si comportano come se avessero un certo raggio. Tali raggi possono essere stimati da varie tecniche sperimentali, come la cristallografia a raggi X dei cristalli.

Mentre si scende una colonna della tavola periodica, i raggi atomici aumentano., Questo perché il guscio dell’elettrone di valenza sta diventando più grande e c’è un numero quantico principale più grande, quindi il guscio di valenza si trova fisicamente più lontano dal nucleo. Questa tendenza può essere riassunta come segue:

come ↓PT, raggio atomico

dove PT sta per tavola periodica. Passando attraverso una riga sulla tavola periodica, da sinistra a destra, la tendenza è diversa. Questo perché sebbene il guscio di valenza mantenga lo stesso numero quantico principale, il numero di protoni—e quindi la carica nucleare—aumenta man mano che si attraversa la riga., La crescente carica positiva porta ad una carica nucleare efficace più grande che getta una presa più stretta sugli elettroni di valenza, così come si attraversa la tavola periodica, i raggi atomici diminuiscono. Ancora una volta, possiamo riassumere questa tendenza come segue:

as →PT, atomic radius↓

Figura 8.23 “Atomic Radiies Trends on the Periodic Table” mostra sfere che rappresentano gli atomi dei blocchi s e p dalla tavola periodica alla scala, mostrando le due tendenze per il raggio atomico.

Figura 8.,23 Tendenze dei raggi atomici sulla Tavola periodica

Sebbene ci siano alcune inversioni nella tendenza (ad esempio, vedi Po nella riga in basso), gli atomi generalmente diventano più piccoli man mano che si attraversa la tavola periodica e più grandi man mano che si scende in una qualsiasi colonna. I numeri sono i raggi in pm.

Energia di Ionizzazione

energia di Ionizzazione (IE) è la quantità di energia necessaria per rimuovere un elettrone da un atomo in fase gas:

(g) → A+(g) + e− ΔH ≡ IE

IE è di solito espressa in kJ/mol di atomi. È sempre positivo perché la rimozione di un elettrone richiede sempre che l’energia sia inserita (cioè è endotermica). IE mostra anche tendenze periodiche. Mentre scendi nella tavola periodica, diventa più facile rimuovere un elettrone da un atomo (cioè, CIOÈ diminuisce) perché l’elettrone di valenza è più lontano dal nucleo., Quindi,

as ↓PT, IE↓

Tuttavia, mentre si attraversa la tavola periodica e gli elettroni si avvicinano, ci vuole più energia per rimuovere un elettrone; di conseguenza, IE aumenta:

as →PT, IE

Figura 8.24 “Energia di ionizzazione sulla Tavola periodica” mostra i valori di IE rispetto alla posizione sulla tavola periodica. Ancora una volta, la tendenza non è assoluta, ma le tendenze generali che attraversano e scendono la tavola periodica dovrebbero essere ovvie.

Figura 8.24 Energia di ionizzazione sulla tavola periodica

I valori sono in kJ / mol.,

IE mostra anche una tendenza interessante all’interno di un dato atomo. Questo perché più di un IE può essere definito rimuovendo gli elettroni successivi (se l’atomo li ha per cominciare):

A(g) → A+(g) + e− IE1
A+(g) → A2+(g) + e− IE2
A2+(g) → A3+(g) + e− IE3

e così via.

Ogni IE successivo è più grande del precedente perché un elettrone viene rimosso da un atomo con una carica positiva progressivamente più grande. Tuttavia, IE fa un grande salto quando una ionizzazione successiva scende in un nuovo guscio., Per esempio, i seguenti sono i primi tre IEs per la Mg, la cui configurazione elettronica è 1s22s22p63s2:

Mg(g) → Mg+(g) + e− IE1 = 738 kJ/mol
Mg+(g) → Mg2+(g) + e− IE2 = 1,450 kJ/mol
Mg2+(g) → Mg3+(g) + e− IE3 = 7,734 kJ/mol

Il secondo IE è il doppio del primo, che non è una sorpresa: la prima IE prevede la rimozione di un elettrone da un atomo neutro, mentre la seconda prevede la rimozione di un elettrone da uno ione positivo. Il terzo IE, tuttavia, è più di cinque volte il precedente. Perché è così grande?, Perché i primi due elettroni vengono rimossi dalla subshell 3s, ma il terzo elettrone deve essere rimosso dalla shell n = 2 (in particolare, la subshell 2p, che è più bassa di energia rispetto alla shell n = 3). Quindi, ci vuole molta più energia di quanto il semplice superamento di una carica ionica più grande suggerirebbe. Sono tendenze come questa che dimostrano che gli elettroni sono organizzati in atomi in gruppi.

Affinità elettronica

L’opposto di IE è descritto dall’affinità elettronica (EA), che è il cambiamento di energia quando un atomo in fase gassosa accetta un elettrone:

A(g) + e-→A−(g) ΔH EA EA

EA è anche solitamente espresso in kJ / mol. EA dimostra anche alcune tendenze periodiche, anche se sono meno evidenti rispetto alle altre tendenze periodiche discusse in precedenza., Generalmente, mentre si attraversa la tavola periodica, EA aumenta la sua grandezza:

as →PT, EA

Non c’è una tendenza definitiva mentre si scende nella tavola periodica; a volte EA aumenta, a volte diminuisce. Figura 8.25 “Affinità elettronica sulla Tavola periodica” mostra i valori EA rispetto alla posizione sulla tavola periodica per gli elementi s-e p-block. La tendenza non è assoluta, soprattutto considerando i grandi valori EA positivi per la seconda colonna. Tuttavia, la tendenza generale che attraversa la tavola periodica dovrebbe essere ovvia.

Figura 8.,25 Affinità elettronica sulla Tavola periodica

I valori sono in kJ / mol.