Tavola periodica: come variano le proprietà

La periodicità delle proprietà

Se consideriamo gli elementi di ciascun periodo, possiamo notare che ogni volta che cresce di un'unità il numero atomico, gli atomi di quell'elemento hanno un elettrone esterno in più, questo fatto determina un cambiamento delle proprietà chimiche e si ripete con una certa periodicità. Per questo alla tavola degli elementi viene affidato l'aggettivo di "periodica".

litio (un metallo alcalino) ->berillio (un metallo alcalino-terroso) fino ad arrivare a quelle del fluoro (un alogeno) -> neon (un gas nobile)

Gli elementi hanno molte altre caratteristiche che mettono in evidenza la stretta relazione tra periodicità delle proprietà e struttura elettronica come: l'energia di ionizzazione degli elementi, l'affinita elettronica ed il raggio atomico.

L'energia di ionizzazione

Si definisce energia di prima ionizzazione l'energia, espressa in Kcal/mol, necessaria ad una mole di atomi allo stato gassoso per trasformarla in una mole di cationi monovalenti.

L'atomo che perde l'elettrone, mantiene inalterato il numero di protoni del nucleo e assume una carica positiva. Si forma uno ione positivo, o catione. Quando si parla dell'energia di ionizzazione di un atomo, senza specificare, si intende parlare dell'energia di prima ionizzazione, cioè di quella richiesta per sottrarre all'atomo l'elettrone meno fortemente legato. L'energia di ionizzazione (Ei) ha sempre valori positivi perchè il processo ionizzazione comporta un aumento di energia da parte dell'atomo che viene ionizzato.

Le dimensioni dei cationi che si formano (Atomo+) sono inferiori a quelle dei rispettivi atomi neutri (Atomo) poiché, mancando un elettrone, il nucleo fa risentire un'attrazione maggiore sugli elettroni che rimangono.

Se ad un atomo vengono sottratti, successivamente, un primo, un secondo, un terzo,...elettrone, si parla di energia di prima (E1), di seconda (E2), di terza (E3),...ionizzazione, ed i valori di queste energie crescono assai rapidamente passando da un elettrone al successivo. Questo comportamento è intuitivo perchè un atomo perdendo successivamente elettroni aumenta la sua carica positiva ed aumenta quindi, parallelamente, l'energia necessaria per separare da esso cariche negative.

L'energia di ionizzazione nella tavola periodica

L'energia di prima ionizzazione aumenta dal basso verso l'alto nei gruppi e da sinistra a destra nei periodi. Gli andamenti descritti possono essere messi in relazione con le dimensioni atomiche e quindi con il valore del raggio atomico. Infatti più lontani dal nucleo sono gli elettroni, meno energia sarà necessaria per distaccarli.

L'energia di ionizzazione è minima nei metalli alcalini, che danno facilmente ioni positivi, e massima nei gas nobili.

L'affinita elettronica

Alcuni atomi tendono ad acquistare spontaneamente un elettrone formando ioni negativi (anioni) più stabili (e quindi con contenuto energetico minore) dell'atomo neutro da cui provengono. L'affinità elettronica viene definita come l'energia, espressa in Kcal/mol, liberata da una mole di atomi neutri allo stato gassoso quando si trasforma in una mole di anioni monovalenti.

Le dimensioni degli anioni (Atomo-) sono maggiori di quelle dei rispettivi atomi neutri (Atomo) vista la presenza di un elettrone in eccesso la cui carica non è adeguatamente bilanciata dalla carica del nucleo.

Andamento dell'affinita' elettronica nella tavola periodica

L'affinità elettronica è associabile alle dimensioni dell'atomo: è tanto maggiore quanto più piccolo è il volume atomico. Infatti più piccolo è un atomo, tanto più vicino al nucleo si collocherà l'elettrone acquistato, liberando maggiori quantità di energia. Pertanto: l'affinità elettronica aumenta dal basso verso l'alto in un gruppo e da sinistra a destra in un periodo.

Il raggio atomico

Il raggio atomico è un’altra caratteristica degli atomi che cambia in modo periodico. È noto che gli atomi sono particelle incredibilmente piccole e oggi sappiamo anche che il loro raggio varia da circa 37 a 262 pm.

Esso tende a diminuire al crescere del numero atomico, poi cresce bruscamente quando si passa ad un altro periodo. Il motivo di queste variazioni regolari dipende dal fatto che le dimensioni degli atomi sono strettamente legate alla disposizione degli elettroni nei vari livelli e dipendeanche dalle forze attrattive e repulsive che si stabiliscono all’interno degli atomistessi.

Le dimensioni degli atomi diminuiscano andando da sinistra a destra in un periodo: gli elettroni, infatti,sono collocati tutti sugli stessi livelli però aumenta via via la carica del nucleo, percui la maggior forza di attrazione sugli elettroni porta a una riduzione delle dimensioni dell’atomo.

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