Transcript: Variaţia proprietăţilor periodice chimice

Proprietățile chimice periodice ale elementelor despre care vom vorbi în continuare sunt electronegativitatea, valența, caracterul metalic și caracterul nemetalic.
Comparând variația acestor proprietăți în tabelul periodic, se observă o revenire a acestora, de la o perioadă la alta, la elementele din aceeași grupă. Această periodicitate se datorează aceluiași număr de electroi în stratul exterior, adică în stratul de valență.
Mai ales în cazul grupelor principale, elementele din aceeași grupă au aceleași proprietăți chimice generale.
Pentru început, să vedem ce este electronegativitatea unui element chimic.
Am tot povestit despre cum atomii vor să ajungă la configurate stabile de octet sau dublet.
Asta se poate întâmpla în două feluri, prin transfer de electroni sau prin punere în comun de electroni.
Atunci când doi atomi pun în comun doi electroni, între aceștia se stabilește o legătură chimică numită legătură covalentă.
Despre legătura covalentă urmează să vorbim în lecțiile viitoare.
În această legătură covalentă în care doi atomi împart electroni, împărțirea nu e egală.
Unii atomi vor ține electronii pentru ei mai mult decât alții atomi.
Oxigenul, de exemplu, chiar își dorește mult doi electroni care să-i completeze configuratia de octet.
Deci, oxigenul este un element electronegativ.
Electronegativitatea unui element este, de fapt, puterea cu care un element atrage electronii dintr-o legătură covalentă.
Electronegativitatea are chiar și valori numerice.
Celebrul chimist american Linus Pauling a determinat electronegativitatea fiecărui element.
Scara numerică a electronegativității are valori între 0,7 și 4.
Deci, elementul cu valoarea 4 atrage spre el cu cea mai mare putere electronii dintr-o legătură covalentă.
Avem în această imagine valorile electronegativităților elementelor din grupele principale conform lui Pauling.
Grupele principale adică numai elementele din blocurile S și P.
Vedem că florul este cel mai electronegativ element.
Urmează apoi oxigenul, azotul și clorul.
Hidrogenul se află pe la jumătatea scării.
Majoritatea elementelor au electronegativitatea mai mică să egală cu 1,7.
Să vedem acum de ce florul este cel mai electronegativ element.
Știu că florului mai lipsește un singur electron pentru a-și completa o configurație de octet,
deci e normal ca el să atragă mai puternic electronii dintr-o legătură covalentă.
Așadar, ne dăm seama că cei mai electronegativi atom sunt cei cărora le mai lipsesc foarte puțini electroni până la configurația de octet,
adică 1, 2 sau chiar 3 electroni.
Dacă vă mai amintiți, tot aceștia sunt și atomii care au nevoie de o energie foarte mare de ionizare pentru a ceda un electron.
Deci, electronegativitatea variază similar cu energia de ionizare.
Cu cât un element e mai electronegativ, cu atât el are o energie de ionizare mai mare.
La fel, cel mai puțin electronegativ atom sunt atomii elementelor care au o energie de ionizare scăzută,
adică cei care mai degrabă vor să scape de electron, deci nu au nicio problemă din a-l da altui atom.
Așadar, cu cât e mai mică energia de ionizare, cu atât mai scăzută e și electronegativitatea.
Cel mai putin electronegativ trebuie să fie un atom care poate realiza configurație de octet pierzând foarte ușor un electron,
și care are un volum atomic mare.
Asta pentru că atracția exercitată de nucleu asupra electronului care va fi cedat să fie mică.
Elementele cu un electron de valență sunt cele din grupa a întreaga principală.
Știm că pe măsură ce coborâm în grupă, volumul atomic al elementelor se mărește,
pentru că și numărul straturilor completate cu electron crește.
Deci, cel mai putin electronegativ element ar trebui să fie franciul.
Însă, franciul e un element instabil, radioactiv, așa că pentru procesele chimice obișnuite se consideră
că cesiul este cel mai putin electronegativ element sau cel mai electropozitiv element.
Să vedem și ce înseamnă un element electropozitiv.
Elementele care au între 1 și 3 electroni în stratul de valență au tendința de a-i pierde pentru a ajunge la o configurație electronică stabilă.
Astfel, aceste elemente formează ion pozitiv, după cum știm din lecțiile trecute.
Și spunem că aceste elemente sunt electropozitive.
Să vedem acum exact cum variază electronegativitatea elementelor în tabelul periodic.
Electronegativitatea crește în perioadă de la stânga la dreapta și crește în grupă de jos în sus.
Despre electronegativitate e foarte important să reținem că elementele reacționează cu atât mai ușor unele cu altele,
cu cât diferența de electronegativitate dintre ele este mai mare.
Tot transferând electronii între ei, atomii își realizează configurațiile stabile
prin procese din care rezultă compuș chimic.
Capacitatea de combinare a unui atom cu un alt atom e caracterizată printr-un număr întreg numit valență.
A nu se confunda cu numărul electronilor de valență sau cu numărul stratului de valență.
Valența e o proprietate chimică esențială a elementelor și variază tot periodic.
Acest lucru se poate observa foarte ușor analizând formulele compușilor pe care elementele chimice le formează în reacția cu oxigenul,
adică analizând oxizii caracteristici pe care îi formează toate elementele dintr-o grupă.
Am ilustrat în acest tabel oxizii elementelor din grupele principale.
La fel am prezentat în tabel și valențele elementelor.
Vedem că elementele din grupa întâia au valența 1, iar elementele din grupa 2 au valența 2.
Elementele din grupa 13 au valența 3.
De la grupa 14 până la grupa 17, elementele au câte două valențe.
Practic, elementele din grupele de la 14 la 17 formează câte două tipuri de oxizi caracteristici.
Să luăm, spre exemplu, elementele grupei 14 care formează aceste două tipuri de oxizi.
Carbonul este un element din grupa 14, iar el formează dioxidul de carbon și monoxidul de carbon.
La fel și staniul, un alt element din grupa 14, formează dioxidul de staniu și monoxidul de staniu.
Elementele din grupa 15 au valențele 5 și 3, iar ele formează două tipuri de oxizi caracteristici cu aceste formule.
Așadar, azotul din grupa 15 formează pentoxidul de diazot și trioxidul de diazot.
Și fosforul, un alt element din grupa 15, formează pentoxidul de fosfor și trioxidul de fosfor.
Iar acest lucru este valabil pentru toate elementele din grupă.
Observăm, deci, că valența crește în perioadă de la stânga la dreapta.
Pe baza proprietăților fizice și chimice, elementele din tabelul periodic se mai pot clasifica în metale și nemetale.
Majoritatea elementelor sunt metale.
În majoritatea tabelelor periodice, metalele sunt despărțite de nemetale printr-o linie îngroșată în zigzag.
În acest tabel nu e reprezentată acea linie, așa că o vom desena împreună.
Delabor pornește în jos, în zigzag, și separă metalele de nemetale.
Deci, acestea sunt metalele și acestea sunt nemetalele.
Iar aceste elemente, care se găsesc imediat sub linia în zigzag, sunt considerate semimetale.
Haideți să vedem care sunt proprietățile generale ale metalelor și nemetalelor.
I-am ilustrat în acest tabel.
Vedem că metalele, după cum probabil știți deja, conduc foarte bine căldura și electricitatea,
în timp ce nemetalele nu conduc sau conduc foarte slab căldura și electricitatea.
Metalele sunt maleabile și ductile, adică pot fi trase în foi sau în fire,
în timp ce nemetalele nu sunt nici maleabile și nici ductile.
Metalele au un luciu caracteristic, un luciu metalic,
în timp ce, bineînțeles, nemetalele nu au luciu metalic.
Cât despre starea de agregare, metalele sunt solide la temperatura camerei,
cu excepția mercurului, care este un metal lichid.
Nemetalele se găsesc la temperatura camerei în toate cele trei stări de agregare.
De exemplu, carbonul, siliciul și fosforul sunt solide.
Azotul, oxigenul, florul și gazele nobile sunt în stare gazoasă,
iar bromul se găsește în stare lichidă.
Până aici am discutat despre proprietățile fizice ale elementelor.
În ceea ce privește proprietățile chimice,
metalele sunt caracterizate prin faptul că au, în mod obișnuit,
între 1 și 3 electroni de valență pe ultimul strat,
în timp ce nemetalele au între 4 și 8 electroni de valență.
Metalele mai sunt caracterizate mai ales prin tendința de a cedea electroni,
formând ion pozitiv,
în timp ce nemetalele au tendința de a accepta electroni,
formând ion negativ.
Deci, care dintre atomi sunt mai inclinat să cedeze electroni?
Dacă ne gândim la energia de ionizare,
știm deja că este vorba de elementele din partea stângă în jos a tabelului periodic,
din aceleași motive pentru care acești atomi au o energie de ionizare foarte scăzută.
Pe măsură ce atomii devin din ce în ce mai mari,
electronii de valență sunt tot mai departe de nucleu,
fortele de atracție ale nucleului sunt tot mai slabe,
deci electronii sunt mai slab legati,
adică mult mai ușor de smuls din înveliș.
Deci, aceste elemente care au unu sau două electroni de valență în ultimul lor strat,
și care au un volum atomic mare,
vor scăpa foarte ușor de acești electroni
pentru a-și forma configurația stabilă în stratul exterior.
Așadar, aceste elemente au un caracter metalic foarte ridicat.
În schimb, elementele din dreapta sus a tabelului periodic
vor să își păstreze electronii pentru că ei sunt foarte, foarte aproape de configurația stabilă.
Așa că ei preferă să primească electroni.
De aceea e nevoie de valori ale energiei de ionizare foarte ridicate
pentru a smulge măcar un electron.
Deci, aceste elemente au un caracter metalic foarte scăzut
sau mai putem spune că au un caracter nemetalic foarte pronunțat.
Prin urmare, caracterul metalic crește în grupă de sus în jos
și scade în perioadă de la stânga la dreapta.
Caracterul nemetalic variază, bineînțeles, exact invers.
Crește în grupă de jos în sus și scade în perioadă de la dreapta la stânga.
Mai trebuie precizat un aspect foarte important legat de metale și nemetale.
Caracterul metalic al unui element este asociat cu caracterul bazic al oxizilor acestui element.
De exemplu, oxidul de calciu, calciu fiind un element alcalinopământos,
în reacție cu apa va forma un hidroxid, adică o bază.
Deci acesta este un comportament tipic al majorității oxizilor metalice,
să formeze hidroxid în reacția cu apa.
Din potrivă, nemetalele formează oxizi cu caracter acid,
adică oxizi care în reacția cu apa formează acid.
De exemplu, trioxidul de sulf, care e un nemetal din grupa 16,
va forma în reacția cu apa acidul sulfuric.
Deci caracterul bazic al oxizilor scade odată cu caracterul metalic,
în timp ce caracterul acid scade odată cu caracterul nemetalic.
Să reluăm acum variația proprietăților chimice periodice despre care am discutat în această lecție.
Electronegativitatea scade în grupă de sus în jos,
iar în perioadă crește de la stânga spre dreapta.
Caracterul metalic crește în grupă de sus în jos
și scade în perioadă de la dreapta spre stânga.
Sau mai putem pune problema și astfel.
Caracterul nemetalic crește în perioadă de la stânga spre dreapta.
Acum că știm mai multe despre atom și proprietățile lor generale,
vom putea înțelege mai bine cum se leagă atomii între ei.
Deci urmează să vorbim despre legăturile chimice.