Imparando quali sono le proprietà periodiche e come influenzano gli elementi nella tavola periodica anche tu potrai diventare un piccolo genio della chimica.
So che fino ad ora ti sono sembrate un po’ oscure, ma con questo articolo proviamo a chiarirti le idee; anche perché imparare le proprietà periodiche può essere una vera svolta.
Perché?
Perché ti offrono le principali informazioni sulle caratteristiche fisiche e chimiche degli elementi, ecco il motivo.
Facciamo un esempio.
Ti stai esercitando per il TOLC-MED e stai facendo un po’ di pratica con gli elementi chimici (su carta)⚛️.
Per assurdo, trovi un quesito in cui nella prima parte ti è richiesto di prevedere la posizione di due elementi nella tavola periodica a partire dal valore della loro energia di ionizzazione (la vediamo tra poco, non ti preoccupare 😉).
Le informazioni che hai a disposizione sono l’energia di ionizzazione del litio (520 kJ/mol) e quella del sodio (496 kJ/mol).
Da queste nozioni capisci che il sodio ha un valore più basso rispetto al litio.
Anche se sono entrambi nel gruppo dei metalli alcalini possiamo fare previsioni su come reagiranno – tra loro o con altri elementi – in diversi ambienti chimici e processi.
Sembra quindi abbastanza utile conoscere le proprietà periodiche e i loro andamenti.
Addentriamoci e vediamo di padroneggiarle al meglio.
Quali sono le proprietà periodiche?
Le proprietà degli elementi nella tavola periodica sono quattro: il raggio atomico, l’energia di ionizzazione, l’affinità elettronica e l’elettronegatività.
Ognuna ha delle caratteristiche peculiari.
Il raggio atomico è la distanza tra il nucleo dell’atomo e il bordo esterno del guscio elettronico.
È letteralmente un raggio calcolato come metà della distanza fra i nuclei di due atomi dello stesso elemento.
Gli atomi con raggio atomico più grande tendono ad avere una maggiore reattività chimica poiché gli elettroni di valenza (presenti negli orbitali più esterni) hanno legami più deboli con il nucleo.
Questo significa che quanto è maggiore il raggio atomico, tanto più gli elementi avranno la tendenza a partecipare alle reazioni chimiche e a formare legami con altri atomi o molecole.
L’unità di misura di questa proprietà sono i picometri (1 pm = 10-12 m).
L’andamento del raggio atomico diminuisce dall’alto verso il basso e da sinistra a destra nella tavola periodica.
Per usare il linguaggio corretto possiamo dire che decresce lungo il periodo (righe orizzontali che ordinano gli elementi in base ai livelli energetici occupati dagli elettroni) e aumenta lungo il gruppo (colonne verticali per ordinare la tavola periodica in base alla configurazione elettronica degli elementi).
Se non ti ricordi i gruppi e i periodi non c’è problema, puoi rinfrescarti la memoria con questo articolo.
A questo punto, possiamo passare alla seconda proprietà periodica: l’energia di ionizzazione.
Si tratta della proprietà periodica più bulletta di tutte. Infatti, questa è l’energia richiesta per “rubare” un elettrone da un atomo neutro ed esprime quindi la tendenza a formare ioni postivi (cationi).
Conoscere tale proprietà permette di sapere che più è basso il suo valore e più gli elementi tendono a perdere elettroni (formando ioni positivi). Invece, gli atomi con energia di ionizzazione elevata sono meno reattivi e richiedono una maggiore quantità di energia per perdere una carica negativa.
L’affinità elettronica, al contrario, è l’energia liberata quando un atomo neutro guadagna un elettrone.
È praticamente la proprietà periodica che esprime la tendenza a formare ioni negativi (anioni).
Per entrambe l’unità di misura è kj / mol.
L’ultima proprietà periodica è l’elettronegatività. Questa esprime la tendenza di un atomo ad attirare gli elettroni verso di sé in una molecola (o comunque, in un’interazione tra atomi).
Sapere come funziona tale proprietà periodica permette di conoscere quali elementi tendono a formare legami più forti e che richiedono più energia per essere spezzati.
L’elettronegatività è correlata all’affinità elettronica in quanto atomi più elettronegativi avranno una maggiore tendenza ad acquisire elettroni.
Ricorda che l’andamento di queste ultime tre proprietà periodiche all’interno della tavola periodica è uguale: aumenta da sinistra a destra (lungo il periodo) e decresce dall’alto verso il basso (lungo il gruppo).
La direzione delle frecce indica verso dove il valore delle proprietà periodiche è più alto.
Come variano gli andamenti in base agli elementi?
Bene, sappiamo cosa sono e come possono indirizzarci nella lettura della tavola periodica.
Tuttavia non dobbiamo dimenticare le caratteristiche intrinseche degli elementi.
Infatti, per quanto riguarda il raggio atomico bisogna ricordare che cationi (atomi che hanno perso uno o più elettroni) e anioni (atomi che hanno guadagnato uno o più elettroni) hanno distanze diverse dai nuclei rispetto all’atomo neutro.
I primi hanno un raggio minore, i secondi un raggio maggiore.
Questo perché quando un atomo perde elettroni (catione), il raggio atomico è minore in quanto il numero di protoni nel nucleo rimane lo stesso, ma ci sono meno cariche negative nel guscio elettronico esterno.
Invece, quando un atomo guadagna elettroni (anione), il raggio atomico aumenta perché ci sono più cariche negative nel guscio esterno.
Discorso a parte merita il particolare gruppo 18 della tavola periodica: quello dei gas nobili.
Questi aristocratici ammassi d’aria (non è corretto, ma ci siamo capiti) hanno una configurazione elettronica completa. Ciò significa che i loro gusci elettronici esterni sono pienamente occupati da elettroni e sono altamente stabili.
Tale caratteristica significa che gli elementi del gruppo 18 della tavola periodica sono poco reattivi in confronto ad altri elementi chimici.
Rispetto alle proprietà periodiche possiamo fare due osservazioni sull’energia di ionizzazione e sull’elettronegatività.
Infatti, i gas nobili hanno la massima energia di ionizzazione dovuta alla forte stabilità elettronica.
Questo fattore permette la formazione di una struttura altamente stabile, che per essere intaccata richiede un’enorme quantità di energia di ionizzazione.
Proprio per tale stabilità, i gas nobili non formano facilmente composti con altri elementi.
Ciò significa che non è possibile determinare la loro elettronegatività come per gli altri elementi.
Infatti, poiché gli elementi del gruppo 18 non formano legami covalenti o ionici facilmente, la loro elettronegatività non ha una grande importanza in chimica.
Speriamo che questo focus sulle proprietà periodiche ti sia utile per orientarti meglio nel mondo della chimica anche senza avere con te la tavola periodica (situazione analoga a quella del TOLC-MED).
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Nel prossimo articolo parleremo della divisione della tavola periodica in metalli, non metalli e semimetalli e capiamo come può aiutarti a diventare più Walter White che mai.
Ciao doctorz!
