Esercizio - confronto di raggio atomico, ionizzazione ed elettronegatività

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1. Raggio atomico

Na, Mg, Al, Si e Cl sono tutti del terzo periodo: stesso guscio $n=3$. Lungo il periodo da sinistra a destra $Z$ cresce di 1 a ogni passo, mentre lo schermo degli elettroni dello stesso guscio cresce poco ($0{,}35$ per elettrone): quindi $Z_{\text{eff}}$ cresce e gli elettroni esterni sono attirati di più, il raggio diminuisce.

$$\text{Cl} < \text{Si} < \text{Al} < \text{Mg} < \text{Na}$$

Controllo con i raggi empirici (pm): Cl $100$, Si $110$, Al $125$, Mg $150$, Na $180$ ✓.

2. Energia di ionizzazione

(a) Gruppo 1. Scendendo nel gruppo gli elettroni di valenza stanno in gusci sempre più lontani ($2s$, $3s$, $4s$) e $Z_{\text{eff}}$ è costante: l'elettrone è più lontano e quindi più facile da togliere.

$$\text{K} < \text{Na} < \text{Li}\qquad(419 < 496 < 520\ \text{kJ/mol})$$

(b) Terzo periodo. La tendenza generale è crescente da Mg a P, con le inversioni dovute alla configurazione:

• Al ($3s^2 3p^1$) ha $E_i$ minore di Mg ($3s^2$): l'elettrone da togliere è un $3p$, più alto in energia e più schermato del $3s$.
• S ($3p^4$) ha $E_i$ minore di P ($3p^3$): in S due elettroni sono appaiati nello stesso orbitale e si respingono; togliendone uno si arriva al $3p^3$ semipieno.

$$\text{Al} < \text{Mg} < \text{Si} < \text{S} < \text{P}\qquad(578 < 738 < 787 < 1000 < 1012\ \text{kJ/mol})$$

3. Elettronegatività

Na è un metallo alcalino, il minimo. Si, S sono nello stesso periodo (S più a destra); N e O sono nel periodo 2, più piccoli e con $Z_{\text{eff}}$ che attira con più forza gli elettroni del legame. Con l'andamento "cresce lungo il periodo e cala lungo il gruppo":

$$\text{Na} < \text{Si} < \text{S} < \text{N} < \text{O}\qquad(0{,}93 < 1{,}90 < 2{,}58 < 3{,}04 < 3{,}44)$$

Nota: S (periodo 3, gruppo 16) è meno elettronegativo di N (periodo 2, gruppo 15) pur essendo più a destra: gli elettroni di legame di N stanno nel guscio 2, più vicino al nucleo, e sono attratti più fortemente. Il confronto fra periodi diversi richiede i valori della scala di Pauling.

4. Domande teoriche

Al contro Mg. L'ultimo elettrone di Al è in un orbitale $3p$, che penetra meno verso il nucleo del $3s$: sente una carica nucleare efficace minore (schermato dai $3s^2$) e ha energia più alta, per cui è più facile da strappare ($578 < 738\ \text{kJ/mol}$), nonostante $Z$ sia maggiore.

F contro Cl. L'elettronegatività è una tendenza relativa dell'atomo legato ad attrarre gli elettroni del legame: F, più piccolo, li attira più di Cl ($3{,}98 > 3{,}16$). L'affinità elettronica è l'energia di un atomo isolato che acquista un elettrone: nel piccolissimo F il nuovo elettrone è respinto dai sette elettroni già presenti in un volume ridotto, e l'energia liberata ($328\ \text{kJ/mol}$) risulta minore di quella del cloro ($349\ \text{kJ/mol}$).

Risultati

Raggio: Cl < Si < Al < Mg < Na. Ionizzazione: K < Na < Li; Al < Mg < Si < S < P. Elettronegatività: Na < Si < S < N < O.

Errori comuni

• Mettere P prima di S (o Mg dopo Al) seguendo la tendenza media senza considerare le inversioni.
• Ordinare per numero di elettroni invece che per $Z_{\text{eff}}$ e numero del guscio.
• Confondere elettronegatività e affinità elettronica.