ANALIZA, STRUCTURA, COMPOZITIE, PROPRIETATI - Structura atomului

7/29/2019 ANALIZA, STRUCTURA, COMPOZITIE, PROPRIETATI - Structura atomului

1/54

ANALIZA STRUCTURACOMPOZITIE PROPRIETATI

Corelatia structura electronica reactivitate chimicaStructura atomului.Modele atomice.Numere cuantice.Proprietatile atomilor. Atomi multielectronici, principii de populare cu electroni.Clasificarea elementelor chimice: Sistemul Periodic, blocurile de elemente.

Configuraieelectronic. Poziie n Sistemul Periodic. Stri de oxidare.Proprietati periodice ale elementelor.Structura moleculara.Legaturi chimice. Tipuri de legaturi si factorii care determina natura legaturilorchimice.

Legatura ionica.Legatura covalenta.

Legaturi chimice in substante solide ionice, covalente.Legatura metalica.Legaturi intermoleculare.Corelatia legatura chimica-proprietati.Conformatie moleculara si simetrie.Forme de organizare ale materiei. Starea condensata. Solide amorfe sicristaline.

Tipuri de retele (ionice, atomice, moleculare, metalice).


2/54

ANALIZA STRUCTURA COMPOZITIE PROPRIETATIStructura atomului

AtomulparticulmaterialcomplexJ.Dalton a formulat n 1805, teoria atomic prezentnd atomul ca o particul limit,indivizibil. Aceast teorie a fost ulterior completat, devenind teoria atomo-molecular deastzi.Principalele momente care au marcat evoluia conceptului de atom de la particula limit, laparticulcomplexconstituit din particule subatomice: 1805 - J.Daltonintroduce noiunea de atom, consecin a legilor fundamentale ale chimiei;

1833 M.Faradaystudiazelectrolizai legile ei: electricitatea este transportat de materie;sarcinaelectrictransportat de atom este un multiplu al unei sarcini elementare, e; 1860 - R.W.Bunsen, G.Kirchhoffefectueazstudii deanalizspectral 1859-1879Plcker si W.Crookes experimenteaz descrcri electrice n gaze rarefiate:descoper razele catodice (denumite ulterior electroni, Stoney 1891) i razele anodice (ionipozitivi);

La presiuni de 0,11 mmHg, transportul electricitii ntre

electrozi, se face prin ioni. La presiuni joase (0,01-0,001mmHg) se observ un flux de radiaii (raze catodice) care auurmtoarele proprieti: sunt deviate de cmpul electric sau magnetic, ceea cedovedete faptul c nu sunt de natur ondulatorie ca lumina,

ci sunt corpuscule electrizatecu sarcin negativse propag n linie dreapt produc efecte mecanice, deoarece au energieproduc fluorescena peretelui de sticl al tubului.


3/54


Atomulparticulmaterialcomplex 1885 J.Balmer studiaz spectrul de emisie al hidrogenului i al atomilorhidrogenoizi: electronii executmicri discontinue n atomi1895 - W.K.Roentgendescoper razele X;1895 Zeeman observ efectul de scindare a liniilor spectrale n cmp magneticexterior; 1895 - J.Perrinaratcrazele catodice suntncrcate cu sarcini negative; 1896 Becquereldescoperradioactivitateanatural;1897- 1934 MarieiPierre Curiestudiazradioactivitateanatural ;1900 - Max Planckformuleazteoria cuantelor de energie;1904 J.J.Thomsonformuleazprimul model atomic: modelul static al atomului; 1905 - A.Einstein introduce noiunea de foton; interpreteaz teoretic efectulfotoelectric;1906 - R.A.Millikan determin experimental sarcina electronului: sarcina electricpurtat de mase materiale electrizate, mici este un multiplu al sarcinii elementare deelectricitate, e= 1,60201x10-19C;

Pechblenda-mineral radioactiv,bogat in uraniu darsi Ra, descoperireaRn-Radon


4/54


Atomulparticulmaterialcomplex1911 E.Rutherford a demonstrat experimental structura lacunar a materiei iexistena nucleului atomic de sarcin+Ze; propune modelul planetar al atomului;

1912 J.FrankiG.Hertzpun n eviden experimental existenanivelelor discretede energiedin atom; 1912 S.Procopiustabileteexistena unui moment magnetic elementar; 1913-1914 - H.G.J.Moseleystudiazspectrele de raze X al diferitelor elemente;introduce noiunea de numrde ordine Z, ca proprietate fundamental a atomului;1913 - N.Bohr formuleazmodelul cuantificat al atomului: introduce noiunea decuantificare a energiei la nivelul atomului;

La difuzia particulelor (emise de o substan radioactiv) prin foiemetalice subiri - majoritatea particulelorstrbatfoiele metalice fr nici odeviere, o parte sunt deviate sub un anumit unghi, iar un numr foarte mic

sunt complet ntoarse din drum; Rutherford formuleaz un model atomicdinamic, bazat pe o structurlacunar a atomului. Se presupune c sarcinapozitiv a atomului se afl ntr-un volum foarte mic dar n care esteconcentrat practic toat masa atomului (nucleu). n jurul nucleului, ladistane mari de acesta se rotesc un numrde electronicare neutralizeazsarcina pozitiv a nucleului. Numrul de sarcini pozitive se poate determinadin unghiurile de deviere a particulelor respinse i din distanaminim lacare se pot apropia particulele de nucleu.


5/54


Atomulparticulmaterialcomplex 1916-1925 - A.Sommerfeld-dezvolt modelul lui Bohr;1924 - L.de Broglie introduce ipoteza conform creia o microparticul cu masde repaus diferit de zero are caracter ondulator: caracterul corpuscul-und al

microparticulelor ; 1925 - W. Pauli introduce principiul excluziunii, conform cruia ntr-un atom nupot exista doi electroni cu toate numerele cuantice identice;1925 - W.K. Heisenberg, Max Born -pun bazele mecanicii matriciale; 1926 - E.Schrdingerformuleazmodelul ondulatoriu al atomului;1927 W.K Heisenbergformuleazprincipiul incertitudinii.


6/54


Modele atomice- complexitate structurala a atomului ideea de particul indivizibil. n prezent

atomii nu mai pot fi considerai particule limit; n realitate ei reprezint edificiicomplexe, formate din alte microparticule.1. Modele atomice precuantice (clasice)J.J. Thomson (1904) - model atomic static, conform cruia atomul este constituit dintr-osferncrcat pozitiv, n care sunt ncorporate neomogen, sfere mult mai mici, cu sarcin negativ,electronii. Suma sarcinilor negative a tuturor electronilor din atom este egal cu sarcina pozitiv a restuluiatomului (atomul este electroneutru).

E. Rutherford (1911) - modelul planetar al atomului, care explic structuralacunar a materiei.Conform acestui model, ntreaga mas i sarcin pozitiv a atomului, +Zese concentreaz n centrulacestuia ntr-un volum foarte mic, numit nucleu atomic (cu diametru de ordinul 10-14 -10-15m). n jurulnucleului graviteaz la distane relativ mari, pe orbite eliptice sau circulare, cei Zelectroni, care formeaznveliul electronic al atomului. Dar, modelul lui Rutherford, bazat pe legile electrodinamicii clasiceconinea o contradicieprofund: electronii, ca sarcini electrice n micareaccelerat, ar trebui semitcontinuu radiaieelectromagnetic(spiard energie). n acest caz, micarea lor n jurul nucleului nu arurma orbitele circulare sau eliptice, propuse de Rutherford, ci ar evolua pe orbite n spiral, pn lacderea electronilor pe nucleu, fapt infirmat de stabilitatea infinit de mare a atomilor n stare neexcitat,

de observaiile referitoare la absobia sau emisia discontinu a radiaiilorelectromagnetice de ctre atomiiexcitai, spectrele optice i respectiv de cele de raze X.


7/54


Modele atomice- complexitate structurala a atomului ideea de particul indivizibil. n prezentatomii nu mai pot fi considerai particule limit; n realitate ei reprezint edificiicomplexe, formate din alte microparticule.2 Modelul atomic cuantificat al lui Niels Bohr

Primul model dinamic fundamentat tiinific este modelul atomic al luiNiels Bohr (1913), valabil numai pentru cel mai simplu atom, atomul de hidrogeni ionii hidrogenoizi(atomi care au pierdut toi electronii, n afar de unul singur,He+, Li2+, Be3+, B4+, C5+).Modelul lui Bohr consider c atomul de hidrogen este alctuit dintr-un nucleuconsiderat fix, avnd o sarcinpozitiv, care concentreaztoat masa atomului,n jurul cruia graviteaz pe o orbit circular, electronul (analog modelului

propus de Rutherford).Bohr consider c emisia sau absorbia de energie de ctre atomi seface discontinuu, conform teoriei lui Max Planck(1900), prin cuante de energie

= h (h= 6,62618x10-34 J.s-1, constanta lui Planck, care reprezint cea maimic aciune posibil la nivel subatomic, aa-numita cuant elementar deaciune). Emisia sau absorbia de energie se face numai la anumite valori de

energie, corespunztoare liniilor caracteristice din spectrul atomic.


8/54


Pe baza acestor idei, pentru a depi neconcordana cu legile fizicii clasice,N.Bohrformuleazpostulatelecare stau la baza modelului su atomic, referitoarela condiionareacomportrii cuantice a electronului:

1. Postulatul orbitelor stationare -n atomiineexcitai(aflai n starefundamental) electronii se mic continuu n cmpul nucleului, parcurgndanumite traiectorii circulare (

orbite permisesau

orbitestaionare

), fr a emite

energie (n strienergeticestaionare). Variaia de energie se produce numaicuantificat, conform unei serii discrete: E1, E2, En. Fiecrei trepte energetice icorespunde o anumitraz a orbitei circulare: r1, r2, rn.Razele permise, rnale orbitelor cuantice sunt date de condiia de cuantificare:

2 m0vnrn= nh; (3.1)

unde: rn- raza orbitei permise;m0- masa de repaus a electronului;vn- viteza electronului pe orbita respectiv;h - constanta lui Planck;n - numrcuantic principal (n = 1,2,3 . .)


9/54


2. Modelul atomic cuantificat al lui Niels BohrPostulatul orbitelor stationareCondiia de cuantificare a orbitelor staionare arat c momentul cinetic al

electronului nu poate avea orice valoare;acesta poate fi numai un multiplu ntreg al momentului cinetic elementar, adic alcuantei elementare de aciune, h.Numrul cuantic principal n indic nivelele energetice din atom (notate 1, 2,3, sau K, L, M, ..).Numrul maxim de electroni dintr-un nivel energetic fiind 2n2.

Electronii aflai n micare pe orbitele permise nu emit i nu absorb energie.Nivelul cel mai apropiat de nucleu - nivelul fundamental-are energia minim.


10/54


2 Modelul atomic cuantificat al lui Niels Bohr2. Postulatul frecventei

n atomii excitai electronii efectueaz micri discontinue, salturi cuantice,care au loc cu absorbie sau emisie de energie radiant de anumit frecven,cuantificat,ndeterminat de relaia:

h = Ei Ej = E (3.2)

care reprezint condiia de frecven a lui Bohr. Valorile Ei i Ej semnificenergiile corespunztoare unor stri staionare ale atomului, posibile naccepiunea primului postulat. Aceste tranziii electronice au loc strict penivelele de energie, En. Energia electronului n afara atomului estenecuantificat.Postulatele lui Bohrreprezint o deviere de la principiile fizicii clasice, necesarpentru a putea explica stabilitatea n timp a atomilor, bazat pe faptul c atomii nuemit energie n mod continuu, ci emit un spectru discret de linii bine definite.Acest model dinamic avnd la baz ideea c atomul este infinit stabil n timp, fiindun veritabil hibrid ntre legile fizicii clasicei noua teorie a cuantelora reprezentatun mare succes al anilor 1913.


11/54


Modele atomice

3. Modelul ondulatoriu staionaral atomuluiTeoria ondulatorie

n 1924, Louis de Broglie - ipoteza important conform creiamicarea electronilor ar aveacaracter de und. Ipoteza a fost inspirat de descoperirea conform creia, lumina care a fostdescris mult timp ca und prezint unele proprieti ale particulelor n micare. Astfel,absorbia luminii de ctre un electron pare s implice transferul de moment la electron; deci

fotonul - particula de lumin - se comport ca i cum ar poseda mas.Aceastipotez a fostverificat experimental, prin trecerea fasciculelor de electroni prin filme subiri de cristale iobservaiac fasciculul suferdifracia n acelai mod cu fasciculul de lumin trecut printr-ofantngust. Zonele ntunecate formate de fasciculul de electroni nu prezint margini nete,deci electronii manifest att proprieti de und, ct i de particul (dualitatea particul-und).

Undele de electroni pot fi considerate analoge undelor

staionare. Unda asociat electronului se deplaseaz astfelnct, periodic atinge un maxim ntr-o direcie i un minim ncealalt direcie, trecnd printr-un nod de amplitudine zero,la jumtatea acestei distane. Semnul undei se consider

pozitiv spre maxim i devine negativ trecnd prin nod, spre

minim. Unda staionar prezentat n figura se deplaseaz

doar ntr-un plan; unda electronului ns se propag nspaiul tridimensional. Unde staionare n atomul de hidrogen ( n = 4)


12/54


Modele atomice

3. Modelul ondulatoriu staionaral atomuluiTeoria ondulatorie


13/54


Modele atomice3. Modelul ondulatoriu staionaral atomului

Teoria ondulatorieConform teoriei lui Louis de Broglie, sunt admise doar orbitele pentru care undaasociat estestaionar. Astfel, mecanica cuanticnlocuiete orbita din teorialui Bohrcu noiunea de sistem de undestaionare, care se propag n spaiu

tridimensional, pe un contur nchis.Pentru ca unda s senchid(s fie staionar) se impune condiia ca lungimeacercului s fie egal cu un numr ntreg de , adic2 r =n . n acest mod seregsete prima condiie de cuantificare impus arbitrar de postulatul Bohr, caredevine astfel o necesitate logic.

Astfel renunnd la descrierea clasic a unei particule prin poziia i viteza sa(traiectorie), conform mecanicii cuantice, tot ceea ce se poate afirma despre unelectron n micare se reduce la probabilitatea de existen a a acestuia, nspaiul din jurul nucleului. Aceast noiune implic o anumit nesiguranreferitoare la localizarea spaio-temporal a electronilor.


14/54


Modele atomice

3. Modelul ondulatoriu staionaral atomului


15/54




16/54



Numere cuantice. Forma si energia orbitalilor atomici Ca orice ecuaie cu derivate pariale,ecuaia lui Schrdingeradmitesoluiinumaipentru valorile cuantificate ale energiei electronului, E numite valori proprii aleenergiei.Valorile proprii ale energiei sunt determinate de numrul numrul cuanticprincipal, n.

Pentru aceste valori proprii ale energiei introduse n ecuaia (3.7) se obin laintegrare mai multe soluii, reprezentnd fiecare o funcie de und, Y. Acestefuncii de und definesc strilestaionare ale electronului n atom i sunt numitefunciideund orbitalesau orbitali.

Fiecare soluie (orbital)este caracterizat de un grup de treinumere cuantice(n, l, m)i reprezint cte ostareenergetic aelectronului n atom (n), avnd oanumitgeometrie(l) iorientare(m).Dar, n concepia mecano-cuantic, pentrudefinirea strii electronului n spaiul atomic este necesars se introduc cel de alpatrulea numr cuantic, numrul cuantic de spin (s), care ine cont de rotaia

electronului n jurul propriei axe i corespunde densitii de sarcin n orbital(densitatea este maxim, cnd orbitalul este complet ocupat cu doi electroni).


17/54



Numere cuantice. Forma si energia orbitalilor atomici


18/54

ANALIZA STRUCTURA COMPOZITIE PROPRIETATI

Structura atomului

Modele atomice3. Modelul ondulatoriu staionaral atomuluiNumere cuantice. Forma si energia orbitalilor atomiciOrbitaliireprezint regiuni n jurul nucleului de energie, formiorientare exactdeterminate de funcia de undn,l,m n care electronii au acces, dar care nu suntntoteauna populate cu electroni.

Principalele tipuri de orbitali se obtin prin reprezentarea grafic a funciilorde undorbitale (soluii matematice ale ecuaiei Schrdinger). Reprezentarea grafic ceamai uzual red suprafeele de maxim i minim ale soluiilor matematice aleecuatiei lui Schrdinger. n funcie de lnumrul cuantic orbital, funciile proprii aleorbitalilor au diferite forme.Orbitali s.n fiecare nivel existun singurorbital s. Prezintsimetrie sferic n jurul nucleului. Norul electronicare peste tot semnul plus. Orbitalii nsdifer prin dimensiunea lor, determinat de numrul cuantic principal n. Pentru

n=1, numrul cuantic al momentului cinetic orbital l are valoarea zero, l=0; avnd simetrie maxim nu se puneproblema orientrii n spaiu, n prezena unui cmp magnetic exterior, m= 0. Orbitalii sse gsesc n toate niveleleenergetice, ncepnd cu nivelul K, (n 1). n fiecare nivel exist un singur orbital s, care este de cea mai joasenergie. Datorit simetriei sferice a orbitalului, acesta poate forma legturi chimice nelocalizate n spaiu.


19/54

PROPRIETATIPROPRIETATI

Structura atomului

Modele atomice

3. Modelul ondulatoriu staionaral atomuluiNumere cuantice. Forma si energia orbitalilor atomici

Orbitali p. Cei trei orbitali de tip p aiunui nivel energetic n, npx, npy, npz au

aceeai geometrie i aceeai stareenergetic (degenerare energetic);populeaz toate nivelele electronice,ncepnd cu nivelul L (n 2) i aucorespunztor, l = 1; sunt orientai dupcele trei direcii ale axelor de coordonate,

m= -1, 0, +1. Au forme bilobare: cei doilobi identici fiind distribuii simetric de-alungul axelor, cu nucleul n origineaacestora. Datorit orientrii n spaiuorbitalii p formeaz legturi chimicelocalizate ntr-o anumit regiune ntre

atomi i cu o anumit orientare n spaiu.


20/54


Modele atomice

3. Modelul ondulatoriu staionaral atomuluiNumere cuantice. Forma si energia orbitalilor atomiciOrbitali d.

Cei cinci orbitali dpopuleaz nivelele electronice ncepnd cu nivelul M (n 3)au fiecare l= 2icorespunztorcelor cinci direcii n spaiu, m = -2, -1, 0, +1, +2.Electronii din orbitalii de tip, dxy, dxz, dyz, au probabilitatea maxim de existen

dirijat n spaiu pe direciile bisectoarelor celor trei axe, iar cei din orbitalii dx2-y2idz2, au probabilitatea maxim de existen n jurul axelor x, y, i z. Orientareaspaial a orbitalilor d, determin formarea de legturi chimice localizate iorientate n spaiu.

Orbitali f. Exist n total apte orbitali atomici de tip f, care populeaz nivelurileenergetice numrul cuantic principal n4: au simetrii spaiale mai complicate i de aceea,

mai dificil de reprezentat.


21/54

ANALIZA STRUCTURA COMPOZITIE PROPRIETATIPROPRIETATIStructura atomului

Modelul ondulatoriu staionaral atomuluiNumere cuantice. Forma si energia orbitalilor atomici. Relaia dintre numerele cuantice

i tipul orbitalilor atomici n nivele i subnivele energetice


22/54


4. Construcia nveliurilor de electroni ale atomilor izolai n stare

fundamentalPrincipiul energeticNivelele energetice existente n atom se ocup n ordineacresctoare a energieiacestora. Ordinea nivelelor energetice, mai ales n cazul elementelor mai grele, nucorespunde creterii numerelor cuantice. De exemplu, nivelele ns se ocupnaintea nivelelor (n-1)d, iar nivelele (n-2)f se ocup cu electroni dup completarea

nivelelor ns.ordinea energetic a orbitalilor?

Regula sumei (n+l) minime- aratc electronii ocup orbitalul liber a cruisum n+leste mai mic. Pentru valori identice ale acestei sume va ficompletat nti orbitalul cu valoarea minim a lui n.


23/54



fundamental

ordinea energetic a orbitalilor?Regulatableideah.

Pe diagonala mare de cmpuri albe se

nscriu orbitalii s cu simetrie sferic,(l=0) n ordinea numrului cuanticprincipal. Pe celelalte iruri de cmpurialbe paralele cu diagonala i sub aceastase nscriu orbitalii pentru valorilecrescnde ale lui l. Urmnd ordineaobinuit de citire a rndurilor orizontale,

artat prin sgei, se stabilete simpluordinea de ocupare cu electroni aorbitalilor atomici n stare fundamental.


24/54



fundamental

Principiul excluziunii (principiul lui Pauli).ntr-un atom nu pot exista doi electroni n aceeai stare energetic.

Principiul lui Pauli se mai poate exprima i sub forma: ntr-un atom nu pot exista

doi electroni caresaibaceleaivalori ale numerelor cuantice n, l, m, s.Ca o consecindirect a acestui principiu, un orbital poate fi ocupat de unnumr maxim de doi electroni, care trebuie s fie de spin opus (momentelecinetice i magnetice se completeaz reciproc).

Regula lui Hund (regula multiplicitii maxime). Se refer la ocuparea cu

electroni a orbitalilor care fac parte din acelai subnivel (cu energie identic,adic orbitali np, nd, nf) istabiletecstrile cu multiplicitatemaxim de spinsunt cele mai stabile.

ntr-un atom cu subnivele energetice degenerate, se ocup mai nti fiecaresubnivel cu cte un electron cu spin paralel (semiocupare) i numai dup aceeaare loc mperecherea spinului.


25/54


3.1.3. Construcia nveliurilor de electroni ale atomilor izolai n starefundamental


26/54


27/54

Electronul distinctiv.

n sistemul periodic un element difer de cel precedent lui printr-un protoni un electron n plus, numit electron distinctiv.

Urmrindu-se poziia pe care o ocup electronul distinctiv, (de valen) n

construcia nveliului electronic (dup regula n+l) se observ uneleneregulariti la o serie de elemente.

Astfel la crom (Z=24) configuraia ar fi: [Ar], 4s2 3d4, ns experimentals-a constatat urmtoarea configuraie electronic: [Ar] 4s1 3d5, unde serealizeaz semiocuparea orbitalelor d, imprimnd atomului o stabilitate maimare.

Asemenea configuratii de semocupare si ocupare s-au constatat i laatomii de Ag, Cu, Au, care n loc de configuraia ns2 (n-1) d9, au n starefundamental configuraia ns1(n-1) d10.

Electronul distinctiv prezint importan n clasificarea elementelor.Dup tipul orbitalului pe care l ocup electronul distinctiv, elementele segrupeaz n trei categorii



28/54


Structura atomului

Categoria de elemente Configuraiaelectronic

ncadrarea nsistemulperiodic

tipice (metaleinemetale)

ns12np16 grupele principale

tranziionale (metale) ns2np6(n-1)d110 grupele secundare

de tranziie intern,

lantanide(Ln)iactinide (An)(caracter metalic)

ns1-2p6(n-1)d0-1-2

(n-2)f114 Lantanideactinide


29/54


Clasificarea elementelor chimiceSistemul Periodic, blocurile de elemente

Clasificarea elementelor dup configuraia electronic.

Proprietile chimice ale elementelor sunt strns legate deelectronii din stratul exterior, deoarece acetia sunt electroniiimplicai n transformrile chimice.

Elementele care au configuraii electronice ale straturilorexterioare asemntoare au icomportri chimice asemntoare.

O clasificare util i des utilizat n chimia anorganic, ineseama de tipul orbitalului n care se plaseaz electronuldistinctiv.

Elementele se clasific n blocuri de elemente i anume:s, p,dif.


30/54



Blocul de elemente s este alctuit din elementele care au electronuldistinctiv situat ntr-un orbital exterior ns: metalele alcaline, ns1 imetalele alcalino-pmntoase, ns2

Blocul de elemente p conine elmente al cror electron distinctiv esteplasat n orbitali de tip p. Din aceast categorie fac parte elementele

grupelor 13 17 (III A-VII A), care au configuraianveliului exterior: ns2np1-6. - grupa carbonului (14) - grupa azotului (15) - grupa calcogenilor (16) - grupa halogenilor (17) - grupa gazelor rare - configuraia ns2 np6 -nveliul exterior complet

ocupat

Blocul de elemente d cuprinde elementele care au electronul distinctivplasat ntr-un orbital de tip d.

prezint configuraia: (n-1) d1-10 ns 0-1-2.


31/54



Din blocul d fac parte elementele din grupele 3 10(IIIB-VIIIB) i metalele din grupele 11, 12 (IB i IIB).Metalele din grupa 12 (IIB) au configuraiile (n-1)d10ns2; acestea se studiaz n acest bloc, dei au ocomportare diferit, avnd structura electroniccomplet a subnivelului 3d.

Se cunosc trei serii de metale tranziionale, de ctezece elemente i o serie incomplet:

Seria I : 21Sc30Zn : [18Ar] 3d1-104s2 Seria II: 39Y..48Cd : [36Kr] 4d1-10 5s2

Seria III: 57La.80Hg : [54Xe] 5d1-10

6s2

Seria IV : 89Ac, 104Ka, [86Rn] 6d1-3 7s2


32/54



Blocul de elemente f conine elementele al cror electron distinctiv este plasat

ntr-un orbital f.

Configuraia electronic exterioar este(n-2)f1-14(n-1)d1 ns2. Se cunosc dou blocuri de elemente f, care cuprind cte

14 elemente fiecare (sunt 7 orbitali f, care se pot ocupacu 14 electroni):

-lantanoidele -care au configuraia exterioar: [54Xe]4f1-145d16s2

-actinoidele - care au configuraia exterioar: [86Rn]5f1-146d17s2.


33/54


Clasificarea elementelor chimiceSistemul Periodic. Blocurile de elemente


34/54



5. Sistemul periodic al elementelor

Descoperirea a numeroase elemente i studiul proprietilor lor fizice ichimice a fcut ca, la nceputul sec. XIX-lea, sdevin din ce n ce mainecesar realizarea unei clasificri.

Primul sistem unitar de clasificare al elementelor a fost elaborat deD.I.Mendeleev (1869).

La baza acestei clasificristlegeaperiodicitiielementelor, conformcreia,proprietile elementelor suntfunciiperiodice de masa loratomic.

Cele 63 de elemente cunoscute la acea vreme au fost ordonate n iruriorizontale (perioade) i n iruri verticale (grupe). Mendeleev a lsatlocurile goale acolo unde nu se cunotea elementul care ar fi trebuit s fie(nu s-a fcut o numerotare consecutiv a elementelor). Pe baza clasificriilui s-a prevzut existena unor noi elemente, care au fost descoperiteulterior ( ex.21Sc, 31Ga, 32Ge, 43Tc, 75Re, 84Po).


35/54



Mendeleev a trebuit s admit dou inversiuni n ordinea creteriimaselor atomice. (Te-I i Co-Ni). Acestor inversiuni li s-au adugatiperechile: Ar-K, Th-Pa.

Studiul sistematic al spectrelor de raze X efectuat de G.Moseley ntreanii 1913-1914 a confirmat "numerele de ordine Z" ale locurilorocupate de diferitele elemente in sistemul periodic.

Dintre numeroasele sisteme de clasificare a elementelor cea mai largutilizare o au n prezent, sistemele elaborate de

Mendeleev (forma scurt a sistemului) Rang siWerner (forma lung a sistemului)-in sistemul periodic

elementele sunt asezate in ordinea crescatoare a sarcinii nucleeloratomice, iar proprietatile elementelor depind de configuratia

electronica atomilor si variaza periodic in functie de numarulatomic Z - legeaperiodicitiielementelor.


36/54



Aceste sisteme de clasificare sunt formate din: iruri orizontale numite perioadei din iruri verticale de elemente,

numitegrupe.

ntr-o organizare mai veche, dar nc acceptat, exist opt grupeprincipale (A) i grupe secundare (B). Modern, acestea senumeroteaz de la 1 la 18, fraltdistincie (n forma modern).

Perioadele sistemului periodic ncep cu un metal alcalin (excepie faceprima perioad care ncepe cu hidrogenul, H). La fiecare metal alcalin

ncepe completarea unui nou nivel (ns1)i perioada se termin un gazrarcu configuraie de octet (ns2np6) cu excepia heliului, He (1s2).

Gazele rare fac trecerea de la elementele grupei a aptea (halogeni)la grupa nti principal (metale alcaline) elemente cu proprietichimice opuse.


37/54



Grupele n sistemul periodic sunt 18 (forma lung a sistemuluidat de A.Werner) din care opt grupe principale i opt secundare.Ultimele sunt intercalate ntre grupa a doua i a treia principal.

n sistemul periodic a lui Mendeleev (forma scurt) grupeleprincipale i secundare sunt contopite.

n cele opt grupe principale se afl elementele al cror electrondistinctiv este situat n subnivelul ns (grupele 1 i 2) i n subnivelulnp (grupele 13-17, 18). Elementele din grupele principale formeazblocul de elemente sp.

Grupa 18 (grupa zero) conine gazele rare.

Numrul grupei sistemului periodic indicnumrulelectronilor, devalen; excepiegrupa a opta secundar (VIIIB, 8-10) i metaleledin blocul f.


38/54

ANALIZA STRUCTURA COMPOZITIE PROPRIETATI Corelaia

structur electronic -proprieti

Periodicitatea proprietilor elementelor se datoreazaperiodicitii structurilor electronice ale straturilor exterioare.

Dezvoltarea cunotinelor despre structura electronic a atomilora permis nelegerea corelaiei profunde dintre aceasta i legea

periodicitii.

-numrul straturilor electronice care alctuiesc un atom dat esteegal cu numrul perioadei din care face parte acest element.

-numrul perioadei este egal cu numrul cuantic principal "n",care caracterizeaz stratul electronic exterior (nivel nenergetic,En)

-numrul grupei, n cazul grupelor principale este egal cu numrulde electroni din stratul exterior. n cazul grupei gazelor rarestratul exterior este complet ocupat


39/54

ANALIZA STRUCTURA COMPOZITIE PROPRIETATICorelaia structur electronic -proprieti

Proprietile elementelor se pot clasifica n:- neperiodice(care depind de nucleu).- periodice (determinate de nveliul electronic exterior alatomilor);

Proprieti Fizice Chimice

neperiodice -nr. Atomic Z-mas atomic-spectre de raze X

-

periodice -raze atomice-volume atomice-raze ionice-densitate-energie de ionizare-puncte de topire /fierbere-spectre optice

-numr de oxidare-caracter electrochimic-caracter acido-bazic alcompuilor hidrogenai ioxohidrogenai


40/54


Corelaia structur electronic - proprieti

1. Proprieti fizice periodice Raza atomicra aelementelor variazn funcie de

numrul atomic Z

Exist un paralelism ntre raza

atomici volumul atomic. Valori mari ale razelor atomice

prezint metalele alcaline,alcalino-pmntoase, gazele rareetc.

Metalele tranziionale au raze

atomice mici. Elementelelantanide i actinide au razeatomice mici datoritfenomenului de contracie.

Variaia razelor atomice ranfuncie de numrul atomic Z


41/54

ANALIZA STRUCTURA COMPOZITIE PROPRIETATICorelaia structur electronic - proprieti

Variatia razelor atomice [pm]

Cresterearazelor

Cresterea razelor

Scaderea razelor


42/54


Volumul atomic Volumul unui atom gram dintr-un element se numeste

volum atomic. se exprima prin relaia:

Vat

= Masa atomica / densitate

Volumele atomice ale elementelor variaz n raport cunumrul atomic Z

Volumele atomice cele mai mari le au metalele alcaline.

Mai mici ca acestea sunt volumele atomice ale gazelorrare, urmeaz ale metalelor alcalino-pmntoase, apoiale halogenilor i ale elementelor din grupa a aseaprincipal.

Volumul atomic crete de sus n jos n grup. Elementelede la mijlocul sistemului periodic i mai ales metalele de

tranziie au volume atomice mai mici.


43/54


Raza ionic

Razele ionilor pozitivi (cationi)sunt mai mici dect ale atomilorpentru c acetia au pierdutelectroni.

Razele ionilor negativi(anionilor) sunt mai mari dectale atomilor, datoritacceptriide electroni care se adaug penivelele exterioare contribuindla creterea volumului ionului.

Valori mari ale razelor ioniceprezint ionii monovaleni

negativi din grupa a apteaprincipal (Cl-, Br-, I-) i ioniidivaleni negativi ai elementelordin grupa asea (O2-,S2-,Te2-).

Variaia razelor ionice n sistemul periodic


44/54


Densitatea atomic

reprezint numrul de atomidintr-un cm3.

Densitatea este o mrime ce

influeneaz i determin oserie de procese industriale in special unele procesemetalurgice.

Densitatea este masa unitiide volum i se determin curelaia:=m/v

unde m este masa substaneii V volumul su.

Densitatea variaz periodic nfuncie de numrul atomic

Variaia densitii atomice cunumrul atomic Z


45/54


Energia de ionizarereprezint energia cheltuit pentrundeprtarea unuielectron dintr-un atomul izolat aflat in stare gazoasa si trecerea atomului subforma de cation. (notatie EI sau I)

Ionizareaeste un fenomen endoterm. Potenialul de ionizare se obine prinmprirea energiei de ionizare la sarcina electronului.

Energia de ionizare primar (primul electron extras) este funcie periodic denumrul atomic Z

Gazele rareau poteniale de ionizare mari, ceea ce explic ineria lor chimic ;la cealalata extrema, cupotentiale minime se afla metalele alcaline.

Metalele tranziionale au poteniale de ionizare cu valori cuprinse ntre cele alegazelor nobilei cele ale metalelor alcaline.

energia de ionizare este minim pentru Cs i maxim pentru He

La acelai atom potenialul de ionizare al celui de al doilea i al treilea electroneste din ce n ce mai mare, deoarece nucleul reine electronii cu att maiputernic cu ct acetia sunt n numr mai mic.


46/54


Afinitatea pentru electroni. energia ce se degaj atunci cnd un atom, n stare gazoas

accept un electron n stratul de valen, transformndu-seastfel ntr-un ion negativ (anion) (notatie Ae)

Atomul neutru poate s accepte electroni, deoarece nucleul nuare cmpul electric complet saturat i tinde spre o saturare prinacceptare de electroni i transformarea lui n anion.

Stabilitatea ionului negativ va fi mult mai mare dect a atomuluineutru.

Aa se explic de ce ionul de fluor (F-, fluorura) este mai stabilca atomul de fluor, anionul OH-(hidroxil) este mai stabil dectradicalul .OH


47/54



48/54



49/54


Punctele topirei de fierbere.

Punctele de topire sunt funcie de numrul atomic, Z.

n grupele principale, I-IV A temperaturile de topirescad cu cretereanumrului atomic Z

n grupele IV-VIII A si n grupele secundare, cresc cu

numrul atomic. n perioade, temperatura de topire a elementelor cretepn la grupa a IV, apoi scade. n acelai mod secomporti temperaturile de fierbere.



50/54

Proprieti chimice periodice

Starea de oxidare Starea de oxidare a elementelor se stabilete innd seama c oxigenul i fluorul sunt

elemente electronegative. Prin aceastnoiune de stare de oxidare s-a nlocuit noiuneade valen.

Se atribuie unui element dintr-o combinaie semnul plus sau minus n funcie deelectronegativitatea celui de al doilea element cu care se combin.

Starea de oxidare a elementelor fa de oxigen i fluor atinge valoarea opt (OsO4, OsF8).

Starea de oxidare a elementelor fa de oxigen crete de la grupa I-a la IV-a i scade dela grupa IV-a la VIII-a.

Substantele elementare si moleculele au starea de oxidare 0 (H2 0 , Na0 , NH3 0 ) n unele hidruri, hidrogenul H este electronegativ (-1), iar n altele este electropozitiv

(+1). La elementele din grupa IV-a (C,Si), starea de oxidare poate fi considerat (formal) fie

pozitiv fie negativ. Se atribuie unui element dintr-o combinaie semnul plus sau minus n funcie de

electronegativitatea celui de al doilea element cu care se combin. F- O-2 ; exceptii: O+2 (F2O); (H2 +O2 -)




51/54


Electronegativitatea.

Electronegativitatea este o caracteristic a elementelor n procesul deformare a legturilor chimice i determin formarea lor.

Electronegativitatea fiind o noiunecomplex,pn n prezent nu existo metod de determinare a valorii absolute a acesteia.

Printr-un raionament simpluns, cunoscndu-se energia de ionizare I iafinitatea pentru electroni Ae se pot da valori comparative ale

electronegativitii. Una din metodele de exprimare a electronegativitii, pentru a nlesni

caracterizarea comparativ a comportrii atomilor esteelectronegativitatea relativdup Pauling. Aceasta se raporteaz laatomul de litiu luat ca referin (1):

=

unde: electronegativitatea elementului A IA i AA, energia de ionizare i respectiv afinitatea pentru electroni a

elementului A. Valorile electronegativitilor astfel obinute, alctuiescscara de electronegativitidup Pauling .


52/54

Corelaia structur electronic -proprieti

Electronegativitatea - Pauling


53/54

Corelaia structur electronic -proprieti



54/54

Corelaia structur electronic - proprieti

Caracterul acid/bazic.

Exist un paralelism ntre tendina de acceptare-cedare de electroni icaracterul acido-bazic al elementelor.

Astfel, elementele electropozitive (metalele) formeazoxizi cu caracter bazic.(CaO + H2O -- Ca(OH)2 )

Bazicitatea crete de sus n jos n grupi scade de la stnga la dreapta nperioad.

Elementele electronegative (nemetalele) formeaz oxizi cu caracter acid.Caracterul acid crete de la stanga la dreapta in perioadicrete de sus njos n grup. Acidul iodhidric este mai tare dect acidul clorhidric. ( HI >HBr>HCl >HF)

Elementele din grupele secundare nu se supun regulilor de mai sus. Majoritatea elementelor de tranziie apar n mai multe stri de oxidare. - Strile inferioare corespund unui caracter bazic (Cr2+ ) - Strile superioare unui caracter acid. (Cr 6+)

ANALIZA, STRUCTURA, COMPOZITIE, PROPRIETATI - Structura atomului

Documents

Transcript of ANALIZA, STRUCTURA, COMPOZITIE, PROPRIETATI - Structura atomului