L'energia di prima ionizzazione di un elemento è l'energia che bisogna impiegare per allontanare l'elettrone più esterno da un atomo allo stato gassoso. L'energia di seconda, terza ecc.... ionizzazione è l'energia impiegata per allontanare il secondo, il terzo ecc.... elettrone.
L'energia di ionizzazione è misurata in kJ/mol.
Si intende cioè indicare l'energia necessaria a strappare un elettrone ad un numero di Avogadro, 6,022 x 10 23, di atomi di quell'elemento.
L'energia di ionizzazione è maggiore quanto più fortemente l'elettrone è legato al nucleo e ciò è naturale perchè per vincere una forza elevata è necessario impiegare maggiore energia.
Bisogna ricordare che gli elettroni, particelle di carica negativa, sono attratti dal nucleo dell'atomo in cui è concentrata tutta la carica positiva e sono maggiormente attratti quanto più è elevato il numero di protoni, cioè quanto maggiore è la carica positiva del nucleo, e quanto più sono vicini al nucleo.
Se quindi immaginiamo di strappare ad un atomo tutti i suoi elettroni partendo dal più esterno via via fino all'ultimo che gli rimane, è facile immaginare che le energie di ionizzazione aumenteranno man mano che ci si avvicina al nucleo perchè gli elettroni saranno trattenuti da questo con sempre maggior forza.
L'energia di seconda ionizzazione è maggiore di quella di prima ionizzazione.
L'energia di seconda ionizzazione corrisponde all'energia necessaria a strappare un elettrone ad un atomo, anzi uno ione, a cui era già stato strappato precedentemente.
sabato 23 maggio 2009
giovedì 21 maggio 2009
Metalli alcalini
Serie di sei elementi chimici del gruppo IA (1 secondo la nomenclatura IUPAC) della tavola periodica. Sono teneri se paragonati ad altri metalli e fondono a temperature relativamente basse. Dal punto di vista chimico, i metalli alcalini sono forti agenti riducenti: al fine di ottenere una configurazione elettronica stabile, essi infatti cedono facilmente l'unico elettrone appartenente all'orbita più esterna; reagiscono violentemente con l'acqua formando idrossidi metallici e liberando idrogeno, che si incendia in aria per l'alta temperatura di reazione. La loro elevata reattività li rende difficili da trovare in natura allo stato puro.
In ordine di numero atomico crescente, essi sono: litio, sodio, potassio, rubidio, cesio e francio. Quest'ultimo elemento esiste solo in forma radioattiva.
Il Litio è il capostipite della famiglia dei metalli alcalini. E’ il primo elemento solido, poiché segue l’idrogeno e l’elio. E’ un metallo leggerissimo, poiché la sua densità è circa metà di quella dell’acqua. E’ l’elemento con il potenziale standard di riduzione più negativo. Queste caratteristiche ne fanno, non a caso, il componente chiave delle batterie di ultima generazione per apparati elettronici. Nella foto lo si vede galleggiare sul solvente nel quale è conservato.
Il Sodio è un elemento da tutti conosciuto e sentito nominare, principalmente riguardo l’acqua minerale. Anch’esso è un alcalino e non molti sanno che, a parte quando disciolto in acqua, è un metallo tenero ed argenteo, facilmente tagliabile con un coltello. A causa della sua elevata reattività, viene conservato sotto olio di vaselina o etere di petrolio.
il Potassio, anch’esso metallo tenerissimo e dal colore brillante, si distingue da sodio e litio che lo precedono per una reattività ancora più accentuata.
il Rubidio, conserva le stesse proprietà dei suoi cugini alcalini, ma si distingue per un prezzo elevatissimo, che sfiora i 150 euro al grammo!
il Cesio, anch’esso molto costoso, anche se non come il rubidio, ha letteralmente segnato il nostro tempo: Nel 1967 la tredicesima conferenza generale dei pesi e delle misure definì il secondo come la durata di 9.192.631.770 periodi della radiazione corrispondente alla transizione tra due livelli iperfini dello stato fondamentale dell'atomo di cesuio 133.
In ordine di numero atomico crescente, essi sono: litio, sodio, potassio, rubidio, cesio e francio. Quest'ultimo elemento esiste solo in forma radioattiva.
Il Litio è il capostipite della famiglia dei metalli alcalini. E’ il primo elemento solido, poiché segue l’idrogeno e l’elio. E’ un metallo leggerissimo, poiché la sua densità è circa metà di quella dell’acqua. E’ l’elemento con il potenziale standard di riduzione più negativo. Queste caratteristiche ne fanno, non a caso, il componente chiave delle batterie di ultima generazione per apparati elettronici. Nella foto lo si vede galleggiare sul solvente nel quale è conservato.
Il Sodio è un elemento da tutti conosciuto e sentito nominare, principalmente riguardo l’acqua minerale. Anch’esso è un alcalino e non molti sanno che, a parte quando disciolto in acqua, è un metallo tenero ed argenteo, facilmente tagliabile con un coltello. A causa della sua elevata reattività, viene conservato sotto olio di vaselina o etere di petrolio.
il Potassio, anch’esso metallo tenerissimo e dal colore brillante, si distingue da sodio e litio che lo precedono per una reattività ancora più accentuata.
il Rubidio, conserva le stesse proprietà dei suoi cugini alcalini, ma si distingue per un prezzo elevatissimo, che sfiora i 150 euro al grammo!
il Cesio, anch’esso molto costoso, anche se non come il rubidio, ha letteralmente segnato il nostro tempo: Nel 1967 la tredicesima conferenza generale dei pesi e delle misure definì il secondo come la durata di 9.192.631.770 periodi della radiazione corrispondente alla transizione tra due livelli iperfini dello stato fondamentale dell'atomo di cesuio 133.
Gli elementi di transizione interna - Lantanidi ed attinidi
GLI ELEMENTI DI TRANSIZIONE INTERNA – LANTANIDI ED ATTINIDI
Gli elementi del blocco f sono detti comunemente elementi di transizione interna o terre rare, in
quanto si pensava fossero poco diffusi in natura.
Sono costituiti da due serie di 14 elementi e si dispongono nel 6° e 7° periodo, tra il 3° ed il 4°
gruppo della tavola periodica. Generalmente vengono rappresentati separati dagli altri elementi
semplicemente per una maggiore chiarezza nella rappresentazione della tabella periodica stessa.
Le due serie vengono indicate anche col nome dell'elemento che precede ciascuna di esse. Avremo quindi la serie dei lantanidi o lantanoidi (6° periodo) e degli attinidi o attinoidi (7° periodo).
I Lantanidi
Gli elementi del blocco f sono detti comunemente elementi di transizione interna o terre rare, in
quanto si pensava fossero poco diffusi in natura.
Sono costituiti da due serie di 14 elementi e si dispongono nel 6° e 7° periodo, tra il 3° ed il 4°
gruppo della tavola periodica. Generalmente vengono rappresentati separati dagli altri elementi
semplicemente per una maggiore chiarezza nella rappresentazione della tabella periodica stessa.
Le due serie vengono indicate anche col nome dell'elemento che precede ciascuna di esse. Avremo quindi la serie dei lantanidi o lantanoidi (6° periodo) e degli attinidi o attinoidi (7° periodo).
I Lantanidi
Sono elementi dal carattere metallico, di colore bianco-argenteo, estremamente elettropositivi e
reattivi. I raggi atomici sono molto simili (compresi tra 1.02 e 0.86 Å). La loro chimica è tanto simile da aver portato, fino al 1907, a considerarli un unico elemento.
I lantanidi esistono tutti in natura, con la sola eccezione del promezio (Pm, Z = 61, ottenuto per via sintetica), nella quale si trovano esclusivamente nei composti. Pur essendo comunemente chiamati terre rare, in natura hanno una certa abbondanza. Ad esempio, il Ce (6.6·10-3% in peso nella crosta terrestre; 25° elemento per abbondanza) ha un'abbondanza simile a quella del Cu ed è circa quattro volte più abbondante del Pb.
Gli Attinidi
Sono elementi dal carattere metallico, di colore bianco-argenteo, reattivi. Sono tutti elementi
radioattivi, con tempi di semivita relativamente brevi (tranne 232Th, 235U e 238U che hanno t½ paragonabili all'età della terra e sono detti di origine primaria).
Gli unici elementi della serie degli attinidi ad esistere in natura, ancorchè poco diffusi, sono Th, Pa
e U. Tutti gli altri sono stati ottenuti per via sintetica con reazioni nucleari.
Metalli, non - metalli e semimetalli.....
Gli elementi che appartengono ai gruppi 3, 4 e 5 A comprendono sia metalli che non – metalli.
Il carattere metallico degli elementi aumenta man mano che si scende nella tavola e l’ultimo membro di ciascun gruppo manifesta proprietà metalliche.
La classificazione degli elementi come metalli o non – metalli avviene in base alla loro struttura elettronica e sono:
- Metalli: elementi con un numero di elettroni esterni basso, minore o eguale a quello degli orbitali esterni s e p, e con energia di ionizzazione bassa. Perciò gli elementi di transizione, i lantanoidi e gli attinoidi hanno 1 o 2 elettroni s e il carattere metallico aumenta scendendo lungo ogni gruppo;
- Non-metalli: elementi con numero di elettroni esterni maggiore del numero di orbitali esterni s e p e con energia di ionizzazione alta.
- In più vi sono i Semimetalli: elementi che possono comportarsi da metalli o da non-metalli in situazioni particolari; sono quelli di confine tra i due tipi.
Il carattere metallico degli elementi aumenta man mano che si scende nella tavola e l’ultimo membro di ciascun gruppo manifesta proprietà metalliche.
La classificazione degli elementi come metalli o non – metalli avviene in base alla loro struttura elettronica e sono:
- Metalli: elementi con un numero di elettroni esterni basso, minore o eguale a quello degli orbitali esterni s e p, e con energia di ionizzazione bassa. Perciò gli elementi di transizione, i lantanoidi e gli attinoidi hanno 1 o 2 elettroni s e il carattere metallico aumenta scendendo lungo ogni gruppo;
- Non-metalli: elementi con numero di elettroni esterni maggiore del numero di orbitali esterni s e p e con energia di ionizzazione alta.
- In più vi sono i Semimetalli: elementi che possono comportarsi da metalli o da non-metalli in situazioni particolari; sono quelli di confine tra i due tipi.
La chimica del carbonio
Il carbonio è un elemento speciale, può formare milioni di composti.Il carbonio appartiene al secondo periodo e al gruppo 4. Ha Z = 6, si indica con il simbolo C, ha peso atomico 12.01115. L’isotopo naturale più abbondante è il 12C, esistono anche il 13C eil 14C.La configurazione elettronica del carbonio ci dice che sono 4 gli epiùesterni, disponibili.Il C può formare quindi 4 legami semplici.
Quinto gruppo
Gli elementi presenti nel gruppo 5 della tavola periodica (redatta secondo le norme IUPAC), sono:
vanadio (23)
niobio (41)
tantalio (73)
dubnio (105)
Questi elementi sono classificati nel gruppo 5 perché hanno tutti 5 elettroni nel guscio degli orbitali esterni. Il dubnio non esiste in natura.
Vanadio
Il vanadio è l'elemento chimico di numero atomico 23. Il suo simbolo è V. È un elemento raro, tenero e duttile, che si trova sotto forma di composto in certi minerali. Si usa soprattutto in metallurgia, per la produzione di leghe.
Caratteristiche: V è presente con abbondanza del 0,0136% (136ppm) cioè è il 5° elemento per abbondanza tra gli elementi di transizione dopo Fe,Ti,Mn e Zr
Il vanadio è un metallo bianco lucente, morbido e duttile. Ha una buona resistenza alla corrosione da parte degli alcali, dell'acido solforico e dell'acido cloridrico. Esposto all'aria si ossida rapidamente a temperature superiori a 933 K (660 °C).
Il vanadio ha una buona consistenza ed una piccola sezione d'urto con i neutroni provenienti dalla fissione nucleare, ciò lo rende adatto per l'impiego in applicazioni legate alla produzione di energia nucleare.
Chimicamente manifesta un comportamento intermedio tra metallo e non-metallo, sia acido che basico.
Gli stati di ossidazione più frequentemente assunti dal vanadio nei suoi composti sono +2, +3, +4 e +5. In un esperimento di laboratorio è possibile osservare colorimetricamente il passaggio del vanadio attraverso questi stati di ossidazione durante la riduzione del vanadato di ammonio NH4VO3 con zinco metallico.
In rari casi il vanadio può assumere anche numero di ossidazione +1.
Niobio
Il niobio, noto in passato anche col nome di columbio perché scoperto insieme al tantalio nel minerale columbite, è l'elemento chimico di numero atomico 41. Il suo simbolo è Nb. È un metallo di transizione raro, tenero, duttile, di colore grigio. Si estrae dalla niobite e viene principalmente impiegato nella produzione di leghe metalliche speciali ed in saldature ad elevata resistenza.
Caratteristiche: il niobio è un metallo duttile grigio lucente che assume una sfumatura bluastra quando rimane esposto all'aria a temperatura ambiente per tempi prolungati. La proprietà chimiche del niobio sono sostanzialmente simili a quelle del tantalio, che appartiene al suo stesso gruppo della tavola periodica degli elementi, questa somiglianza nella reattività di Nb e Ta è dovuta al fatto che le loro dimensioni sono per lo più identiche, cosa strana che è possibile spiegare con la contrazione lantanidica.
Anche a temperature non elevate, viene lavorato in atmosfera inerte, dato che già a 200 °C tende a subire ossidazione.
I suoi stati di ossidazione più comuni sono +2, +3 e +5.
Tantalio
Il tantalio è l'elemento chimico di numero atomico 73. Il suo simbolo è Ta.
È un metallo di transizione duro e duttile, lucido, di colore blu-grigio, molto resistente alla corrosione, soprattutto all'attacco degli acidi, ed è un buon conduttore di calore ed elettricità. È piuttosto raro in natura e si trova nel minerale tantalite. Il tantalio si usa in strumenti chirurgici e negli impianti di protesi intracorporee, perché non reagisce con i fluidi del corpo.
Caratteristiche: come già detto, il tantalio è molto resistente alla corrosione: in pratica, per temperature al di sotto dei 150 °C, lo si può considerare del tutto immune agli attacchi chimici, perfino a sostanze estremamente aggressive come l'acqua regia, e può essere intaccato soltanto dall'acido fluoridrico, da soluzioni acide contenenti lo ione fluoruro e da triossido di zolfo libero. Il tantalio ha un punto di fusione molto alto, superato soltanto dal tungsteno e dal renio (punto di fusione 3290 K, punto di ebollizione 5731 K). Il tantalio ha la più alta capacità elettrica specifica di qualunque altra sostanza.
Dubnio
Il dubnio è l'elemento chimico della tavola periodica degli elementi, che ha come simbolo Db e come numero atomico 105.
È un elemento sintetico, altamente radioattivo, il cui isotopo più stabile ha una emivita inferiore ai 40 secondi. Questo elemento quindi, non ha applicazioni pratiche e le sue proprietà sono poco conosciute.
vanadio (23)
niobio (41)
tantalio (73)
dubnio (105)
Questi elementi sono classificati nel gruppo 5 perché hanno tutti 5 elettroni nel guscio degli orbitali esterni. Il dubnio non esiste in natura.
Vanadio
Il vanadio è l'elemento chimico di numero atomico 23. Il suo simbolo è V. È un elemento raro, tenero e duttile, che si trova sotto forma di composto in certi minerali. Si usa soprattutto in metallurgia, per la produzione di leghe.
Caratteristiche: V è presente con abbondanza del 0,0136% (136ppm) cioè è il 5° elemento per abbondanza tra gli elementi di transizione dopo Fe,Ti,Mn e Zr
Il vanadio è un metallo bianco lucente, morbido e duttile. Ha una buona resistenza alla corrosione da parte degli alcali, dell'acido solforico e dell'acido cloridrico. Esposto all'aria si ossida rapidamente a temperature superiori a 933 K (660 °C).
Il vanadio ha una buona consistenza ed una piccola sezione d'urto con i neutroni provenienti dalla fissione nucleare, ciò lo rende adatto per l'impiego in applicazioni legate alla produzione di energia nucleare.
Chimicamente manifesta un comportamento intermedio tra metallo e non-metallo, sia acido che basico.
Gli stati di ossidazione più frequentemente assunti dal vanadio nei suoi composti sono +2, +3, +4 e +5. In un esperimento di laboratorio è possibile osservare colorimetricamente il passaggio del vanadio attraverso questi stati di ossidazione durante la riduzione del vanadato di ammonio NH4VO3 con zinco metallico.
In rari casi il vanadio può assumere anche numero di ossidazione +1.
Niobio
Il niobio, noto in passato anche col nome di columbio perché scoperto insieme al tantalio nel minerale columbite, è l'elemento chimico di numero atomico 41. Il suo simbolo è Nb. È un metallo di transizione raro, tenero, duttile, di colore grigio. Si estrae dalla niobite e viene principalmente impiegato nella produzione di leghe metalliche speciali ed in saldature ad elevata resistenza.
Caratteristiche: il niobio è un metallo duttile grigio lucente che assume una sfumatura bluastra quando rimane esposto all'aria a temperatura ambiente per tempi prolungati. La proprietà chimiche del niobio sono sostanzialmente simili a quelle del tantalio, che appartiene al suo stesso gruppo della tavola periodica degli elementi, questa somiglianza nella reattività di Nb e Ta è dovuta al fatto che le loro dimensioni sono per lo più identiche, cosa strana che è possibile spiegare con la contrazione lantanidica.
Anche a temperature non elevate, viene lavorato in atmosfera inerte, dato che già a 200 °C tende a subire ossidazione.
I suoi stati di ossidazione più comuni sono +2, +3 e +5.
Tantalio
Il tantalio è l'elemento chimico di numero atomico 73. Il suo simbolo è Ta.
È un metallo di transizione duro e duttile, lucido, di colore blu-grigio, molto resistente alla corrosione, soprattutto all'attacco degli acidi, ed è un buon conduttore di calore ed elettricità. È piuttosto raro in natura e si trova nel minerale tantalite. Il tantalio si usa in strumenti chirurgici e negli impianti di protesi intracorporee, perché non reagisce con i fluidi del corpo.
Caratteristiche: come già detto, il tantalio è molto resistente alla corrosione: in pratica, per temperature al di sotto dei 150 °C, lo si può considerare del tutto immune agli attacchi chimici, perfino a sostanze estremamente aggressive come l'acqua regia, e può essere intaccato soltanto dall'acido fluoridrico, da soluzioni acide contenenti lo ione fluoruro e da triossido di zolfo libero. Il tantalio ha un punto di fusione molto alto, superato soltanto dal tungsteno e dal renio (punto di fusione 3290 K, punto di ebollizione 5731 K). Il tantalio ha la più alta capacità elettrica specifica di qualunque altra sostanza.
Dubnio
Il dubnio è l'elemento chimico della tavola periodica degli elementi, che ha come simbolo Db e come numero atomico 105.
È un elemento sintetico, altamente radioattivo, il cui isotopo più stabile ha una emivita inferiore ai 40 secondi. Questo elemento quindi, non ha applicazioni pratiche e le sue proprietà sono poco conosciute.
GLI ORBIATLI ATOMICI
Per favorie la visualizzazione di un orbitale atomico, esso viene approssimato con quella parte di spazio attorno al nucleo atomico in cui la probabilità di trovare un elettrone è massima .Ciò vuol dire che una regione di spazio attorno ad un nucleo atomico è usata per rappresentare graficamente un orbitale atomico.Questo orbitale può essere rappresentato mediante una nuvola la cui densità di colore è direttamete proporzionale alla probabilità di trovarvi un elettrone in quel punto .Per calcolare la probabilità che un elettrone si trovi in un determinato spazio si moltiplica il quadrato della funziona d'onda per il volume dr.
Il numero e anche l'estensione degli orbitali atomici è ricavabile dalla soluzione dell'equazione di Schrodinger.
Per il principio di Pauli, ogni elettrone può cntenere al massimo elettroni . Gli orbitali vengono rempiti partendo da quelli ad energia minima e riempendo via via quelli d energia supeiore.
Se sono presenti degli orbitali degeneri gli orbitali si distribuiscono preferezialmente in modo da occuparne il maggior numero
Jacopinho antolini con la collaborazione di Francesco Fois
Il numero e anche l'estensione degli orbitali atomici è ricavabile dalla soluzione dell'equazione di Schrodinger.
Per il principio di Pauli, ogni elettrone può cntenere al massimo elettroni . Gli orbitali vengono rempiti partendo da quelli ad energia minima e riempendo via via quelli d energia supeiore.
Se sono presenti degli orbitali degeneri gli orbitali si distribuiscono preferezialmente in modo da occuparne il maggior numero
Jacopinho antolini con la collaborazione di Francesco Fois
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