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La tavola periodica organizza gli atomi in base al numero atomico crescente in modo che gli elementi con le stesse propriet chimiche si ripetano periodicamente. Quando le loro configurazioni elettroniche vengono aggiunte alla tabella, si osserva una ricorrenza periodica di configurazioni elettroniche simili nei gusci esterni di questi elementi. Poich si trovano negli strati esterni di un atomo, gli elettroni di valenza svolgono il ruolo pi importante nelle reazioni chimiche. Gli elettroni esterni hanno l'energia pi alta tra gli elettroni di un atomo e vengono persi o condivisi pi facilmente rispetto agli elettroni del nucleo. Gli elettroni di valenza sono anche il fattore determinante in alcune propriet fisiche degli elementi.
Le righe orizzontali sono note come periodi. Durante un periodo, ogni elemento consecutivo ha un protone aggiuntivo nel nucleo e un elettrone aggiuntivo nel guscio di valenza. Le colonne verticali sono gruppi. Gli elementi di qualsiasi gruppo (o colonna) hanno lo stesso numero di elettroni di valenza (Figura 1); i metalli alcalini litio e sodio hanno ciascuno un solo elettrone di valenza, i metalli alcalino terrosi berillio e magnesio ne hanno ciascuno due, e gli alogeni fluoro e cloro hanno ciascuno sette elettroni di valenza. la perdita, l’acquisto o la condivisione degli elettroni di valenza che definisce il modo in cui gli elementi reagiscono. La somiglianza nelle propriet chimiche tra gli elementi dello stesso gruppo si verifica perch hanno lo stesso numero di elettroni di valenza.
importante ricordare che la tavola periodica stata sviluppata sulla base del comportamento chimico degli elementi, ben prima che fosse disponibile qualsiasi idea della loro struttura atomica. Ora si comprende la disposizione della tavola periodica; gli elementi i cui gli atomi hanno lo stesso numero di elettroni di valenza appartengono allo stesso gruppo. Le sezioni colorate della Figura 1 mostrano le tre categorie di elementi classificati in base agli orbitali riempiti.
Figura 1: questa versione della tavola periodica mostra la configurazione di ciascun elemento. Tieni presente che in ciascun gruppo la configurazione spesso simile.
Gli elementi principali del gruppo sono talvolta chiamati elementi rappresentativi. Questi sono gli elementi in cui l'ultimo elettrone aggiunto entra in un orbitale s o p nel guscio pi esterno, mostrato in blu e rosso nella Figura 1. Questa categoria comprende tutti gli elementi non metallici, nonch i metalloidi e molti metalli. Gli elettroni di valenza per gli elementi del gruppo principale sono quelli con il livello n pi alto. Ad esempio, il gallio (Ga, numero atomico 31) ha la configurazione elettronica [Ar]4s^23d^104p1, che contiene tre elettroni di valenza (sottolineati). Gli orbitali d completamente riempiti contano come elettroni di nucleo, non di valenza.
Le due colonne di estrema sinistra costituiscono il blocco s e le sei colonne di estrema destra costituiscono il blocco p. I gas nobili, che fanno parte del blocco p, hanno tutti otto elettroni di valenza tranne l'elio, che ne ha due. Questi elementi sono altamente stabili e non reattivi.
Elementi di transizione o metalli di transizione: sono elementi metallici in cui l'ultimo elettrone aggiunto entra in un orbitale d. Gli elettroni di valenza (quelli aggiunti dopo l'ultima configurazione del gas nobile) in questi elementi includono gli elettroni ns e (n – 1) d. La definizione ufficiale IUPAC degli elementi di transizione specifica quelli con orbitali d parzialmente riempiti. Pertanto, gli elementi con orbitali completamente pieni (Zn, Cd, Hg, nonch Cu, Ag e Au nella Figura 1) non sono tecnicamente elementi di transizione. Tuttavia, il termine viene spesso utilizzato per riferirsi all'intero blocco d (colorato in giallo nella Figura 1).
Il blocco D composto da 10 colonne. Il numero quantico principale degli orbitali d che si riempiono su ciascuna riga uguale al numero di riga meno uno. Nella quarta riga si riempiono gli orbitali 3D, nella quinta riga si riempiono gli orbitali 4D e cos via.
Elementi di transizione interni: sono mostrati in verde nella Figura 1. I gusci di valenza degli elementi di transizione interni sono costituiti dai sottogusci (n – 2)f, (n – 1)d e ns. Gli elementi di transizione interni costituiscono il blocco f quando l'ultimo elettrone entra in un orbitale f. Il numero quantico principale degli orbitali f che si riempiono su ciascuna riga uguale al numero della riga meno due. Nella sesta riga si riempiono gli orbitali 4f e nella settima riga si riempiono gli orbitali 5f. Esistono due serie di transizione interne:
Il lantanio e l'attinio, a causa delle loro somiglianze con gli altri membri della serie, sono inclusi e usati per denominare la serie, anche se sono metalli di transizione privi di elettroni f.
Questo testo adattato da OpenStax Chemistry 2e, Section 6.4: Electronic Structure of Atoms.
Gli elettroni che occupano il guscio più esterno di un atomo sono elettroni di valenza, mentre gli elettroni che occupano i livelli energetici principali interni sono gli elettroni centrali. Un atomo di sodio con una configurazione elettronica 3s1 ha tre principali livelli di energia. I livelli completi di energia principale interna con 2s22p6 indicano che ci sono dieci elettroni centrali, seguiti dal terzo livello più esterno contenente il restante elettrone.
Pertanto il sodio ha un elettrone di valenza. Allo stesso modo, il cloro ha dieci elettroni centrali e sette elettroni di valenza. Gli elettroni di valenza sono i più lontani dal nucleo e sono legati più liberamente.
Dunque, sono i più facili da perdere o condividere, e svolgono un ruolo importante nel legame chimico. Gli elementi che hanno lo stesso numero di elettroni di valenza mostrano proprietà chimiche simili, come si può notare nella disposizione della moderna tavola periodica. Per gli elementi del gruppo principale, la lettera del numero del gruppo equivale al numero di elettroni di valenza e il numero di riga è uguale al numero quantico principale più elevato di quell'elemento.
Ogni elemento in un gruppo ha lo stesso numero di elettroni disponibili per il legame. Alla fine del gruppo, il numero quantico principale aumenta di uno, mentre il numero degli elettroni di valenza rimane lo stesso. Le due colonne all'estrema sinistra della tavola periodica costituiscono il blocco s.
Per questi elementi, l'ultimo elettrone entra in un orbitale s. Gli elementi del gruppo uno, ad eccezione dell'idrogeno, sono detti metalli alcalini e sono estremamente reattivi poiché hanno un solo elettrone di valenza. Gli elementi del gruppo due sono i metalli alcalino terrosi con due elettroni nel guscio di valenza.
Le sei colonne all'estrema destra formano il blocco p. Il guscio di valenza di questi elementi ha completamente occupato gli orbitali s e l'ultimo elettrone entra nell'orbitale p. Dal gruppo tre A al gruppo otto A, il numero di elettroni negli orbitali p aumenta di uno.
I gas nobili hanno otto elettroni di valenza a eccezione dell'elio, che appartiene al blocco s, e ha solo due elettroni. Il blocco d è costituito dalle dieci colonne poste fra i blocchi s e p. Questi elementi sono indicati come i metalli di transizione.
L'ultimo elettrone entra nell'orbitale d del guscio principale con numero inferiore di uno rispetto al numero della riga. Nella quarta riga, tre orbitali, nella quinta riga quattro orbitali d, e così via. Gli elementi di transizione interni costituiscono il blocco f e hanno l'ultimo elettrone che entra in un orbitale f.
Il numero quantico principale degli orbitali f che riempiono ogni riga è inferiore di due al numero della riga. Nella sesta riga, si riempiono quattro orbitali f, e nella settima riga si riempiono cinque orbitali f. Gli elementi di transizione interni sono disposti nella serie dei lantanidi e nella serie degli attinidi.
Il numero di colonne in ogni blocco indica quanti elettroni possono essere immessi nel sottolivello del blocco. Due colonne nel blocco s sono correlate ad un orbitale s con due elettroni, e sei colonne nel blocco p rappresentano tre orbitali p con sei elettroni, mentre dieci colonne nel blocco d corrispondono a cinque orbitali d con due elettroni ciascuno. Infine, il blocco f comprende quattordici colonne, che indicano la capacità massima di sette orbitali f.
