Periodic Trends Why do we need to know about quan3zed - - PDF document

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Why ¡do ¡we ¡need ¡to ¡know ¡about ¡ quan3zed ¡energy ¡levels ¡of ¡ electrons? ¡ What ¡is ¡the ¡evidence? ¡

Periodic ¡Trends ¡

CLUE: ¡Chemistry, ¡Life, ¡the ¡Universe ¡& ¡Everything ¡

Atomic ¡radius ¡

• Depends ¡on ¡whether ¡

you ¡are ¡measuring ¡the ¡ covalent ¡interac3on ¡or ¡ the ¡Van ¡der ¡Waals ¡ interac3on ¡

• But ¡it ¡is ¡half ¡the ¡

distance ¡between ¡the ¡ two ¡nuclei ¡

CLUE: ¡Chemistry, ¡Life, ¡the ¡Universe ¡& ¡Everything ¡

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Ques3on ¡1 ¡

• Do ¡you ¡predict ¡the ¡atomic ¡radius ¡of ¡Li ¡is ¡

larger ¡or ¡smaller ¡than ¡that ¡of ¡Na? ¡

• A. Larger ¡
• B. Smaller ¡
• C. Same ¡
• D. Don’t ¡know ¡
• What ¡did ¡you ¡base ¡you ¡answer ¡on ¡(on ¡

answer ¡sheet)? ¡ ¡ ¡

Atomic ¡Radius ¡down ¡a ¡group ¡

• Atomic ¡radius ¡increases ¡

down ¡a ¡group ¡

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Ques3on ¡2 ¡

• Across ¡a ¡row ¡
• Do ¡you ¡predict ¡the ¡atomic ¡radius ¡of ¡Li ¡is ¡larger ¡or ¡

smaller ¡than ¡that ¡of ¡Ne? ¡

• A. Larger ¡
• B. Smaller ¡
• C. Same ¡
• D. Don’t ¡know ¡
• What ¡did ¡you ¡base ¡you ¡answer ¡on ¡(on ¡answer ¡

sheet)? ¡ ¡ ¡

CLUE: ¡Chemistry, ¡Life, ¡the ¡Universe ¡& ¡Everything ¡

Atomic ¡radius ¡across ¡a ¡row ¡ DECREASES!!! ¡

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Well ¡how ¡can ¡that ¡be??? ¡ Q3 ¡– ¡were ¡you ¡surprized? ¡

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Ioniza3on ¡Energy ¡ ¡

Ioniza3on ¡Energy: ¡energy ¡required ¡to ¡ remove ¡an ¡electron ¡from ¡an ¡atom ¡in ¡the ¡ gas ¡phase: ¡ ¡ Li(g) ¡à ¡ ¡Li+

(g) ¡+ ¡e– ¡ ¡ ¡(IE ¡= ¡520 ¡kJ/mol) ¡ CLUE: ¡Chemistry, ¡Life, ¡the ¡Universe ¡& ¡Everything ¡

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Ques3on ¡4 ¡

• Do ¡you ¡predict ¡the ¡ioniza3on ¡energy ¡of ¡Li ¡is ¡

larger ¡or ¡smaller ¡than ¡that ¡of ¡Na? ¡

• A. Larger ¡
• B. Smaller ¡
• C. Same ¡
• D. Don’t ¡know ¡
• What ¡did ¡you ¡base ¡you ¡answer ¡on ¡(on ¡answer ¡

sheet)? ¡ ¡ ¡

Ques3on ¡4 ¡Answer ¡

• The ¡I.E. ¡of ¡Lithium ¡is ¡520 ¡kJ/mol ¡
• The ¡I.E. ¡of ¡sodium ¡(Na) ¡is ¡495 ¡kJ/mol ¡

¡ ¡ Why ¡do ¡you ¡think ¡this ¡is ¡so? ¡

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Ques3on ¡5 ¡

• Do ¡you ¡predict ¡the ¡ioniza3on ¡energy ¡of ¡Li ¡is ¡

larger ¡or ¡smaller ¡than ¡that ¡of ¡Ne? ¡

• A. Larger ¡
• B. Smaller ¡
• C. Same ¡
• D. Don’t ¡know ¡
• What ¡did ¡you ¡base ¡you ¡answer ¡on ¡(on ¡answer ¡

sheet)? ¡ ¡ ¡

Ques3on ¡5 ¡Answer ¡

• The ¡I.E. ¡of ¡Lithium ¡is ¡520 ¡kJ/mol ¡
• The ¡I.E. ¡of ¡Neon ¡(Ne) ¡is ¡2080.6 ¡kJ/mol ¡

¡ ¡ Why ¡do ¡you ¡think ¡this ¡is ¡so? ¡ ¡ What ¡factors ¡affect ¡the ¡ioniza3on ¡energy? ¡ ¡ Is ¡there ¡a ¡rela3onship ¡between ¡atomic ¡radius ¡and ¡ ioniza3on ¡energy? ¡

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Recap: ¡Trends ¡down ¡a ¡group ¡

• Atomic ¡radius ¡increases ¡

§ Li ¡= ¡152 ¡pm ¡ § Na ¡= ¡186 ¡pm ¡ § K ¡= ¡227 ¡pm ¡ § Rb ¡= ¡248 ¡pm ¡

• IE ¡decreases. ¡

§ Li ¡= ¡520 ¡ § Na ¡= ¡496 ¡ ¡ § K ¡= ¡419 ¡ § Rb ¡= ¡403 ¡

Recap: ¡Trends ¡across ¡a ¡row ¡

• Atomic ¡radius ¡Decreases ¡
• Ioniza3on ¡energy ¡Increases ¡

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11/21/11 ¡ 8 ¡ Atomic Radius (pm)

Size ¡of ¡Atom ¡ ¡

• Depends ¡on ¡the ¡balance ¡between ¡the: ¡ ¡

– aerac3ons ¡of ¡the ¡protons ¡and ¡electrons, ¡and ¡ – Repulsions ¡between ¡the ¡electrons ¡in ¡the ¡atom. ¡

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Coulomb’s ¡Law ¡ F = k q1q2 r2

Unlike ¡charges ¡aeract ¡ Like ¡charges ¡repel ¡ ¡

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Coulomb’s ¡Law ¡ F = k q1q2 r2

Unlike ¡charges ¡aeract ¡ Like ¡charges ¡repel ¡ ¡

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Coulomb’s ¡Law ¡

a) Coulomb’s ¡Law: ¡F ¡= ¡Constant ¡(q1.q2)/r2 ¡can ¡be ¡ applied ¡to ¡isolated ¡atoms. ¡ b) What ¡do ¡q1 ¡and ¡q2 ¡and ¡r ¡represent? ¡ ¡ c) What ¡happens ¡to ¡the ¡force ¡(F) ¡as ¡q1.q2 ¡ increases? ¡

A) ¡Increase, ¡B) ¡decrease, ¡C) ¡same, ¡D) ¡DK ¡

d) What ¡happens ¡as ¡r ¡increases? ¡

A) ¡Increase, ¡B) ¡decrease, ¡C) ¡same, ¡D) ¡DK ¡

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Coulomb’s ¡law ¡explains ¡both ¡ aerac3ons ¡between ¡the ¡protons ¡and ¡ electrons, ¡and ¡the ¡repulsions ¡between ¡ the ¡electrons. ¡

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Effec3ve ¡Nuclear ¡Charge ¡

Every ¡valence ¡ electron ¡is ¡aeracted ¡ by ¡the ¡“effec3ve ¡ nuclear ¡charge” ¡

What ¡is ¡the ¡effec3ve ¡nuclear ¡charge ¡

• f: ¡ ¡
• Be, ¡ ¡ ¡C, ¡ ¡F ¡
• A. +1 ¡
• B. +2 ¡
• C. +4 ¡
• D. +7 ¡

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Atoms ¡with ¡a ¡high ¡effec3ve ¡nuclear ¡ charge ¡“hold ¡on ¡to ¡their ¡electrons” ¡

• 3ghtly. ¡

This ¡is ¡the ¡reason ¡why ¡atomic ¡ radius ¡decreases ¡across ¡a ¡row, ¡and ¡ ioniza3on ¡energy ¡increases ¡ ¡

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Periodic trends in atomic radius and ionization energy

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Ioniza3on ¡energy ¡second ¡row, ¡ ¡ why ¡not ¡a ¡smooth ¡rise? ¡

520 ¡ 899 ¡ 801 ¡ 1086 ¡ 1402 ¡ 1314 ¡ 1681 ¡ 2081 ¡

0 ¡ 500 ¡ 1000 ¡ 1500 ¡ 2000 ¡ 2500 ¡

Li ¡ Be ¡ B ¡ C ¡ N ¡ O ¡ F ¡ Ne ¡

What is the core/valence electron configuration of B? of O?

• [He] 2s2 2p4
• [Ne] 2s2 2p4
• [Ne] 2s2 2p1
• [He] 2s2 2p1

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Ioniza3on ¡energy ¡second ¡row, ¡ ¡ why ¡not ¡a ¡smooth ¡rise? ¡

520 ¡ 899 ¡ 801 ¡ 1086 ¡ 1402 ¡ 1314 ¡ 1681 ¡ 2081 ¡

0 ¡ 500 ¡ 1000 ¡ 1500 ¡ 2000 ¡ 2500 ¡

Li ¡ Be ¡ B ¡ C ¡ N ¡ O ¡ F ¡ Ne ¡

Which ¡electron ¡is ¡ being ¡removed ¡here? ¡ ¡ Which ¡electron ¡is ¡ being ¡removed ¡ here? ¡

2nd Ionization Energy

• M+(g) --> M2+(g) + e–
• Third IE
• M2+(g) --> M3+(g) +e–

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Which ionization energy is larger?

• A. First IE: Mg(g) à Mg(g)

+ + e–

• B. Second IE: Mg(g)

+ à Mg(g) 2+ + e–

• C. Third IE: Mg(g)

2+ à Mg(g) 3+ + e–

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Which ionization energy is larger?

• A. First IE: Mg(g) à Mg(g)

+ + e–

• 738 kJ/mol
• B. Second IE: Mg(g)

+ à Mg(g) 2+ + e–

• 1450 kJ/mol
• C. Third IE: Mg(g)

2+ à Mg(g) 3+ + e–

• 7730 kJ/mol

CLUE: ¡Chemistry, ¡Life, ¡the ¡Universe ¡& ¡Everything ¡

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Note ¡that ¡huge ¡jump ¡for ¡the ¡3rd ¡ ioniza3on ¡energy ¡of ¡Mg ¡ Why? ¡ Because ¡that ¡electron ¡is ¡being ¡ removed ¡from ¡the ¡“core” ¡

CLUE: ¡Chemistry, ¡Life, ¡the ¡Universe ¡& ¡Everything ¡

Ionization energies are affected by

• Size of atom/ion (smaller size – higher IE)
• Size of charges (larger charge larger IE)
• The shell that the electron is removed from

CLUE: ¡Chemistry, ¡Life, ¡the ¡Universe ¡& ¡Everything ¡

11/21/11 ¡ 17 ¡ Consider the following successive ionization energies (kJ/ mol):

• A. Mg
• B. Al
• C. Si
• D. P
• E. S

IE1 IE2 IE3 IE4 IE5 IE6 IE7

1012 1900 2910 4960 6270 22,200 26,345

Which element in period three would most likely show this trend in ionization energies?

Why?

• What factors affect removing the electron?
• Charge (q1, q2)
• r
• What happens to the radius of the atom

(ion) when an electron is removed?

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Formation of cations

• Which has a larger radius? (why)
• A. Li
• B. Li+
• C. same

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• p. ¡313 ¡

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Formation of anions

• Which has the largest radius? Why?
• A. F
• B. F–
• C. same

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• p. ¡314 ¡