chimie clasa a ix-a - sinteza pentru teza sem i
TRANSCRIPT
Sistemul periodic al elementelorCorelarea dintre numǎrul perioadei şi configuraţia electronicǎ a elementelorSistemul periodic – ordinea completǎrii substraturilorElectroni de valenţǎ, strat de valenţǎGrupe principale, grupe secundareAflarea locului unui element în sistemul periodic
Tabelul periodic al elementelorProprietăţile elementelor sunt funcţii periodice ale numărului atomic Z
Numărul grupeiPerioadeNumărul perioadei
Variaţia proprietǎţilor elementelor în tabelul periodicProprietǎţi neperiodice
Numǎrul atomicMasa atomicǎ relativǎ
Proprietǎţi fizice periodiceRaza atomicǎ şi volumul atomicRaza ionicǎIon• Nemetale• MetaleRaza cationuluiRaza anionuluiSpecii izoelectroniceElemente în stări fundamentale stabileEnergia de ionizareAfinitatea pentru e-
Caracterul metalicProprietăţile metalelor
1
Sistemul periodic al elementelor
Poziţia unui element în sistemul periodic este datǎ de numǎrul atomic Z.
Forma sistemului periodic este datǎ de succesiunea energeticǎ a substraturilor.
Sistemul periodic al elementelor este alcǎtuit din perioade şi grupe.
Perioadele = şiruri orizontale de elemente la care se ocupǎ cu electroni substraturi aparţinând aceluiaşi nivel energetic.
Numǎrul perioadei este dat de numǎrul nivelului energetic în curs de completare.Sunt 7 perioade.
Nu uita: perioada e pe orizontalǎ!
Grupele sunt coloane verticale de elemente care au acelaşi numǎr de electroni în substraturi de acelaşi tip din învelişul exterior al atomilor.
Corelarea dintre numǎrul perioadei şi configuraţia electronicǎ a elementelor din fiecare perioadǎ:
Nr. perioadei= nr. nivelului
Substraturile în curs de completare(în ordinea nivelelor de energie)
Nr. maximde e-
Nr. deelemente
1 1s 1s2 2 22 2s 2p 2s2 2p6 8 83 3s 3p 3s2 3p6 8 84 4s 3d 4p 4s2 3d10 4p6 18 185 5s 4d 5p 5s2 4d10 5p6 18 186 6s 4f 5d 6p 6s2 4f14 5d10 6p6 32 327 7s 5f 6d 7p 7s2 5f14 6d10 7p6 32 32
Sistemul periodic – ordinea completǎrii substraturilor
1 1s1 1s2
2 2s1 2s2 2p1 2p6
3 3s1 3s2 3p1 3p6
4 4s1 4s2 3d1 3d10 4p1 4p6
5 5s1 5s2 4d1 4d10 5p1 5p6
6 6s1 6s2 5d1 * 5d10 6p1 6p6
7 7s1 7s2 6d1 ** 6d10 7p1 7p6
* 4f1 4f14
** 4f1 4f14
2
Exemplu:
Configuraţiile electronice ale elementelor din perioada a treia:
E perioada a treia => se completeazǎ al treilea nivel energeticSe mai poate scrie pornind de la gazul rar care s-a completat în perioada precedentǎ
: 1s2 2s22p6 3s1 [Ne] 3s1
:1s2 2s22p6 3s2 [Ne] 3s2
: 1s2 2s22p6 3s23p1 [Ne] 3s23p1
: 1s2 2s22p6 3s23p2 [Ne] 3s23p2
: 1s2 2s22p6 3s23p3 [Ne] 3s23p3
: 1s2 2s22p6 3s23p4 [Ne] 3s23p4
: 1s2 2s22p6 3s23p5 [Ne] 3s23p5
: 1s2 2s22p6 3s23p6 [Ne] 3s23p6
[Ne]e configuraţia electronicǎ a Ne
Grupele sunt coloane verticale de elemente care au acelaşi numǎr de electroni în substraturi de acelaşi tip din învelişul exterior al atomilor.
Exemplu:
Elementele din prima grupǎ au configuraţiile electronice:
Perioada Element Configuraţie electronicǎ Se mai poate scrie şi2 1s2 2s1 [He] 2s1
3 1s2 2s22p6 3s1 [Ne] 3s1
4 1s2 2s22p6 3s2 3p6 4s1 [Ar] 4s1
Verificare dacǎ configuraţia electronicǎ corespunde perioadei: Perioada 2 e în curs de completare nivelul 2. Perioada 3 e în curs de completare nivelul 3.
Verificare cǎ elementele sunt în aceeaşi grupǎ: au toate 1 e- pe substratul s. Nivelul nu conteazǎ.
Elementele din a treia grupǎ au configuraţiile electronice:
Perioada Element Configuraţie electronicǎ Se mai poate scrie şi2 1s2 2s2 2p1 [He] 2s2 2p1
3 1s2 2s22p6 3s2 3p1 [Ne] 3s2 3p1
4 1s2 2s22p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p1 [Ar] 4s23d10 4p1
3
Electroni de valenţǎ, strat de valenţǎ
Electronii care ocupǎ ultimul strat se numesc electroni de valenţǎ.
Stratul care conţine electronii de valenţǎ se numeşte strat de valenţǎ.
Stratul de valenţǎ este alcǎtuit din orbital s şi p.
Elementele din aceeaşi grupǎ au acelaşi numǎr de electroni de valenţǎ.
Numǎrul de electroni de valenţǎ variazǎ de la 1 la 8 la elementele din aceeaşi perioadǎ.
Unele elemente tranziţionale au numǎr variabil de electroni de valenţǎ datoritǎ saltului electronic.
Exemplu:
Poate avea configuraţiile: 1s2 2s22p6 3s2 3p6 4s2 3d9 şi valenţa 2sau1s2 2s22p6 3s2 3p6 4s1 3d10 şi valenţa 1 (dacǎ are loc saltul electronic). Saltul electronic se realizeazǎ cu consum de energie.
Grupe principale, grupe secundare
Existǎ 8 grupe principale (notate IA … VIIIA) şi 8 grupe secundare (notate IB … VIIIB).Conform normelor aprobate de IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), nu se mai face distincţie între grupe, care sunt notate cu cifre arabe de la 1 la 18.
Per. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA
1
s p
23 IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB
4
d567
*Lantinidef
**Actinide
Elementele unei grupe principale au în curs de completare orbitalii s şi orbitalii p ai ultimului strat.
Electronul distinctiv la atomii elementelor tranziţionale (din grupele secundare) se plaseazǎ în orbitalii d ai penultimului strat (datoritǎ saltului electronic).
4
Luând în considerare tipul orbitalului în care sunt electronii de valenţǎ, avem:- elemente de tip s (grupele IA şi IIA, adicǎ 1 şi 2)- elemente de tip p (grupele IIIA-VIIIA, adicǎ 13-18)- elemente de tip d (grupele IB-VIIIB, adicǎ 3-12)
Pentru elementele de tip s:• nr. perioadei = nr. ultimului nivel• nr. grupei = nr. electronilor de valenţǎ
Pentru elementele de tip p:• nr. perioadei = nr. ultimului nivel• nr. grupei (cifre arabe) = nr. electronilor din ultimul strat energetic• nr. grupei (cifre romane) = nr. electronilor din stratul de valenţǎ
Pentru elementele de tip d:• nr. perioadei = nr. ultimului nivel• nr. grupei (cifre arabe) = nr. electronilor din ultimul nivel (s+d)
Grupa 1 (IA) metale alcalineGrupa 2 (IIA) metale alcalino-pǎmântoaseGrupa 17 (VIIA) halogeniGrupa 18 (VIIIA) gazele rare
Grupele 3 (IIIB) – 12 (IIB) metalele tranziţionale-- grupa 3 (IIIB), perioada 6 lantanidele-- grupa 3 (IIIB), perioada 6 actinidele
Aflarea locului unui element în sistemul periodic
Locului unui element în sistemul periodic se aflǎ pe baza structurii ultimului nivel energetic.
Pentru elementele din grupele principale:• numǎrul nivelului în curs de ocupare perioada• numǎrul de electroni de valenţǎ grupa
Pentru elementele de tip s:• nr. perioadei = nr. ultimului nivel• nr. grupei = nr. electronilor de valenţǎ
Pentru elementele de tip p:• nr. perioadei = nr. ultimului nivel• nr. grupei (cifre arabe) = nr. electronilor din ultimul strat energetic• nr. grupei (cifre romane) = nr. electronilor din stratul de valenţǎ
Pentru elementele de tip d:• nr. perioadei = nr. ultimului nivel• nr. grupei (cifre arabe) = nr. electronilor din ultimul nivel (s+d)
5
Exemple:
Analizǎm structura ultimului nivel energetic.
1s2 2s22p6 3s2
nivelul 3 perioada 32 electroni de valenţǎ grupa 2 (IIA)
1s2 2s22p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p1
nivelul 4 perioada 413 e- pe ultimul nivel grupa 133 e- de valenţǎ grupa IIIA
1s2 2s22p6 3s2 3p6 4s2 3d2
nivelul 4 perioada 44 e- pe ultimul nivel grupa 4element de tip d metal tranziţional
Exerciţiu:
Care este numǎrul atomic Z al elementului situate în grupa IIIA şi perioada 3?
Perioada 3 are în curs de completare nivelul 3 (nivelele 1 şi 2 complete)Grupa IIIA este element de tip pPerioada 3 are trei e- de valenţǎ
Deci structura electronicǎ va fi: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1
Z=13
6
Tabelul periodic al elementelor
Moseley (1913):
Proprietăţile elementelor sunt funcţii periodice ale numărului atomic Z
Numărul grupei - este egal cu numărul electronilor din stratul de valenţă În cazul elementele grupelor 13 – 18, se scade 10 din numărul grupei pt a afla numǎrul electronilor de valenţǎ.
Exemplu:Fosforul (P) - se găseşte în gupa 15 a sistemului periodic
are 15-10 = 5 electroni în stratul de valenţă15P: 1s22s22p63s23p3
Perioade = şirurile orizontale ale sistemului periodic, cuprinzând elementele dintre două gazerare succesive.
Sunt 7 perioade corespunzătoare celor 7 nivele energetice notate cu cifre arabe de la 1 la 7.
Numărul perioadei -este egal cu numărul de nivele energetice (straturi)ocupate cu electroni, sau cu valoarea numărului cuantic principal „n” pentru stratulexterior al atomului unui element.
Fiecare perioadă începe cu un metal alcalin şi se termină cu un gaz rar
Repetarea periodică a proprietăţilor elementelor este determinată de repetarea după un anumit număr de elemente a configuraţiei nivelului electronic exterior.
Numărulgrupei
Configuraţia electronicăa stratului de valenţă
Elemente Numele grupei
I A= 1 ns1 Li, Na, K, Rb, Cs,Fr metalele alcalineII A = 2 ns2 Be, Mg, Ca, Ba, Sr, Ra metale alcalino- pământoaseIII A = 13 ns2np1 B, Al, Ga, In, Tl metale pământoaseIV A = 14 ns2np2 C, Si, Ge, Sn, Pb grupa carbonuluiV A = 15 ns2np3 N, P, As, Sb, Bi grupa azotuluiVI A = 16 ns2np4 O, S, Se, Te, Po grupa oxigenului - calcogeniVII A = 17 ns2np5 F, Cl, Br, I, At grupa halogenilorVIII A = 18 ns2np6 Ne, Ar, Kr, Xe, Rn gaze rare (nobile sau inerte)
7
Tabelul periodic al elementelor - complet
Grupa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Perioada IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA
11
H2
He
23
Li4
Be5
B6
C7
N8
O9
F10
Ne
311
Na12Mg
13
Al14
Si15
P16
S17
Cl18
Ar
419
K20Ca
21
Sc22
Ti23
V24
Cr25
Mn26
Fe27
Co28
Ni29
Cu30
Zn31
Ga32
Ge33
As34
Se35
Br36
Kr
537
Rb38Sr
39
Y40
Zr41
Nb42
Mo43
Tc44
Ru45
Rh46
Pd47
Ag48
Cd49
In50
Sn51
Sb52
Te53
I54
Xe
655
Cs56Ba *
72
Hf73
Ta74
W75
Re76
Os77
Ir78
Pt79
Au80
Hg81
Tl82
Pb83
Bi84
Po85
At86
Rn
787
Fr88Ra **
104
Rf105
Db106
Sg107
Bh108
Hs109
Mt110
Ds111
Rg112
Uub113
Uut114
Uuq115
Uup116
Uuh117
Uus118
Uuo
*Lantinide57
La58
Ce59
Pr60
Nd61
Pm62
Sm63
Eu64
Gd65
Tb66
Dy67
Ho68
Er69
Tm70
Yb71
Lu
**Actinide89
Ac90
Th91
Pa92
U93
Np94
Pu95
Am96
Cm97
Bk98
Cf99
Es100
Fm101
Md102
No103
Lr
_ Metal alcalin _Metal alcalin pamantos _ Lantinide _ Actinide _ Metal de tranzitie
_ Semi-metal _ Metaloid _ Nemetal _ Halogen _ Gaz nobil
8
Variaţia proprietǎţilor elementelor în tabelul periodic
• neperiodice, care sunt determinate de nucleul atomic:- numărul atomic Z, cu valori de la 1 la 109- masa atomică, cu valori cuprinse între 1,008 (H) şi 262 (108Hs = hassiu)- spectre de raze X
• periodice, care sunt determinate de învelişul electronic:•• proprietăţi fizice:
- rază atomică- rază ionică- energie de ionizare- afinitate pentru electroni
•• proprietăţi chimice:- caracter electropozitiv (metalic)- caracter electronegativ (nemetalic)- valenţă, număr de oxidare N.O.
Proprietǎţi neperiodice
Numǎrul atomic = numǎrul de ordine = locul ocupat în tabel de cǎtre un element (numǎrul cǎsuţei)
Masa atomicǎ relativǎ- se exprimǎ în u.a.m.- este de cele mai multe ori un numǎr zecimal- se calculeazǎ în funcţie de numǎrul de masǎ al izotopilor şi de abundenţa lor în amestecul
natural.
Proprietǎţi fizice periodice
Raza atomicǎ şi volumul atomic
• structură cristalină = structură ordonată• structură amorfă = structură dezordonată
Raza atomică = jumătatea distanţei între nucleele a doi atomi vecini aflaţi într-o reţea cristalină- cresc în grupǎ de sus în jos- cresc în perioadǎ spre extremitǎţi
9
Raza ionicǎ
Ion = specia chimică rezultată prin acceptarea sau cedarea de e- de căţre un atom
Elementele tind să reacţioneze pt a realiza o configuraţie electronică stabilă (de dublet – cele cu 1 singur strat, de octet – restul)
• Nemetale: - realizează configuraţia stabilă prin acceptarea de e-
- pot accepta maxim 3 e-
• Metale: - realizează configuraţia stabilă prin cedarea de e-
- pot ceda maxim 3 e-
Exemplu:
Nemetale
Na Z=1111 p+ în nucleu11 e- în învelişStructura electronică: K = 2 e- 1s2
L = 8 e- 2 s2 2p6
M = 1 e- 3s1
Mg Z=1212 p+ în nucleu12 e- în învelişStructura electronică: K = 2 e- 1s2
L = 8 e- 2 s2 2p6
M = 2 e- 3s2
Metale
P Z=1515 p+ în nucleu15 e- în învelişStructura electronică: K = 2 e- 1s2
L = 8 e- 2 s2 2p6
M = 5 e- 3s2 2p3
10
Raza cationului (ion pozitiv) - este totdeauna mai mică decât raza atomului din care provine(pierzând electroni, un atom se transformă într-un cation cu aceeaşi sarcină nucleară ca a atomului, care atrage un număr mai mic de electroni, ceea ce are ca rezultat scăderea razei)
Raza anionului (ion negativ) - este întotdeauna mai mare decât raza atomului din care provine (acceptând electroni, un atom se transformă într-un anion cu aceeaşi sarcină nuclear ca a atomului, care atrage un număr mai mare de electroni, între care se manifestă şi respingerile electrostatice, fapt ce determină extinderea norului electronic şi deci creşterea razei)
raza ionului (+) < raza atomicǎ < raza ionului (-) .
În grupe razele ionice cresc de sus în jos (la fel ca şi razele atomilor).
În perioade razele ionice cresc de la dreapta la stânga.
Explicaţie:
Na+ şi Mg2+
Na+ are 11 p+ şi 10e-
Mg2+ are 12p+ şi 10e-
Cei 12 p+ din Mg2+ atrag cei 10 e- mai puternic decât cei 11 p+ din Na+ raza ionului Mg2+ e mai micǎ decât raza ionului Na+
Specii izoelectronice = elementele cu acelaşi număr de electroni pe ultimul strat
Elemente în stări fundamentale stabile: gaze rare – elementele grupei a VIII-a
Energia de ionizare= energia consumatǎ în procesul de formare a ionilor pozitivi din atomi liberi
-e-
Na Na+ I I = energia de ionizare
În cazul în care atomul cedează mai mulţi e-, acest lucru se realizează în trepte. Pentru fiecare treaptă energia de ionizare devine din ce în ce mai mare.
Pentru atomii cu mai mulţi electroni de valenţǎ:
-e-
Mg Mg+ II II = energia de ionizare primarǎ
-e-
Mg+ Mg2+11
III III = energia de ionizare secundarǎ
III>II
IMg > INa
Într-o perioadǎ, energia de ionizare creşte de la stânga la dreapta.Cea mai micǎ I o au metalele alcaline şi cea mai mare I o au gazele rare.
În grupǎ, cu cât atomii au mai puţine straturi electronice, electronii lor de valenţǎ sunt atraşi mai puternic de nucleu se consumǎ o energie mai mare pentru expulzare.
În grupele principale energia de ionizare creşte de jos în sus.În cazul grupelor secundare energia de ionizare creşte de sus în jos.
Afinitatea pentru e-
= cantitatea de energie degajată de către un atom aflat în stare gazoasă la acceptarea unui e-
În grupă, afinitatea pt e- creşte de la ultimul element la primul, o dată cu scăderea numărului de straturi.În perioadă, afinitatea pt e- creşte de la grupa I la a VII-a, o dată cu creşterea Z.
12
Metale = elemente care, în tendinţa lor de a ajunge la configuraţie electronică stabilă, cedează e-, transformându-se în ioni pozitivi.
Au caracter electrochimic electropozitiv.
Caracterul metaliccreşte de la primul la ultimul element o dată cu creşterea razei atomice (cu creşterea numărului de straturi).
Proprietăţile metalelor
- se găsesc în stare solidă, cu excepţia Hg- sunt bune conducătoare de căldură şi electricitate- sunt maleabile şi ductile- se găsesc în sistemul periodic în toate grupele secundare şi principale sub linia îngroşată- Na şi K sunt păstraţi sub petrol în sticle , deoarece reacţionează foarte uşor cu O2 din aer- Na şi K sunt moi, în tăietură evidenţiindu-se luciu metalic
Na
Na reacţionează violent cu H2O, cu degajare de H2 şi degajarea unei cantităţi de căldură (reacţie exotermă).
Na Z=1111 p+ în nucleu11 e- în învelişStructura electronică: K = 2 e- 1s2
L = 8 e- 2 s2 2p6
M = 2 e- 3s1
13
K
K Z=1919 p+ în nucleu19 e- în învelişStructura electronică: K = 2 e- 1s2
L = 8 e- 2 s2 2p6
M = 8 e- 3 s2 3p6
N = 1 e- 4 s1
peroxid de potasiu
Potasiul în prezenţa aerului se autoaprinde.
K în reacţie cu apa, datorită căldurii degajate, intră în reacţie cu oxigenul din aer, aprinzându-se.
Mg
oxid de magneziu
Mg nu reacţionează cu apa rece, dar reacţionează cu apa caldă.
Al
Al nu reacţionează cu apa nici la rece, nici la cald.
I II IIINa Mg Al
În perioadă scade caracterul metalic de la gr I la gr a VIII-a o dată cu creşterea nr atomic Z.
14
Nemetalele
- se găsesc în sistemul periodic în grupele principale 4, 5, 6, 7, 8, deasupra liniei frânte îngroşate
VII3 Cl4 Br5 I
reactivitate
Cl e mai reactiv decât Br → îl substituie în substanţe compuseCl e mai reactiv decât IBr e mai reactiv decât I
În grupă, caracterul nemetalic scade de la primul la ultimul element o dată cu creşterea
15