Volume 1

Livelli energetici e periodicità delle proprietà degli elementi Nell Unità 3, abbiamo visto che il numero degli elettroni e la loro disposizione nei vari livelli di energia, cioè la configurazione elettronica dell atomo, è responsabile delle proprietà degli elementi. Per comprendere meglio questo concetto è utile ricordare che il numero degli elettroni nei livelli di energia è limitato; questa limitazione del numero di elettroni in un dato livello, ad esempio il secondo, può contenere solo 8 (otto) elettroni, è responsabile del ripetersi delle proprietà degli elementi lungo la tavola periodica (vedi definizione di periodicità , Unità 4). Per chiarire ulteriormente quanto è stato fin qui affermato, facciamo riferimento alle proprietà del litio e del sodio, due elementi appartenenti al primo gruppo della tavola periodica (Li, Na). Nella tabella seguente sono riportate le configurazioni elettroniche del litio e del sodio; gli elettroni occupano uno spazio tridimensionale (orbitale), mentre in Figura 5.1 per comodità appare un cerchio (traiettoria). H Li Na Litio Li (3 elettroni) 1 s2 ( ) configurazione elettronica diagramma orbitalico 2 s1 ( ) Sodio Na (11 elettroni) configurazione elettronica diagramma orbitalico 1 s2 ( ) 2 s2 ( ) 2 p2 ( ) 2 p2 ( ) 2 p2 ( ) 3 s1 ( ) Come è possibile osservare dalla tabella, sia il litio che il sodio hanno un elettrone spaiato nell orbitale più esterno. Questo conferisce ai due elementi proprietà chimiche simili; infatti sono metalli molto elettropositivi, reagiscono violentemente con l acqua, con gli alogeni formano legami ionici. Quanto è stato detto è valido anche per gli altri elementi del primo gruppo: hanno tutti proprietà chimiche simili e posseggono un solo elettrone spaiato nell orbitale più esterno. Per concludere possiamo affermare che se partiamo da un qualsiasi elemento della tavola periodica e valutiamo le sue proprietà chimiche, dopo un certo numero di elementi incontreremo un altro elemento, con configurazione elettronica esterna uguale all elemento di partenza preso come elemento di riferimento, che ha proprietà chimiche simili. Questa è definita, come nell Unità 4, periodicità degli elementi. A questo proposito è quindi importante ricordare i seguenti principi: 1. gli elementi di uno stesso gruppo hanno un uguale numero di elettroni periferici, quindi hanno anche stessa valenza; 2. nello stesso gruppo, con l aumentare del peso atomico dall alto verso il basso, aumentano anche regolarmente le proprietà fisiche (peso specifico, temperatura di fusione, stato di aggregazione); 3. i legami chimici variano regolarmente lungo i periodi, ciò è una diretta conseguenza del numero degli elettroni più esterni. Infatti i primi elementi di un periodo hanno una forte tendenza a dare origine a cationi (cariche +), gli ultimi ad anioni (cariche ), mentre quelli in posizione intermedia utilizzano legami covalenti. Esempio: gli elementi del secondo periodo: Li, Be formano cationi; B, C, N formano legami covalenti; O, F formano anioni; 4. passando dall inizio alla fine di un periodo, le caratteristiche metalliche lasciano progressivamente il posto a quelle non metalliche. Figura 5.1. Gli elementi del I gruppo hanno 1 elettrone esterno. Na 1 elettrone esterno Mg 2 elettroni esterni Al 3 elettroni esterni Figura 5.2. Elementi del terzo periodo. 79 MODULO B 1 U. 5 - Proprietà peiodiche degli elementi 5.