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

11/21/11 ¡ Periodic ¡Trends ¡ Why ¡do ¡we ¡need ¡to ¡know ¡about ¡ quan3zed ¡energy ¡levels ¡of ¡ electrons? ¡ What ¡is ¡the ¡evidence? ¡ 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 ¡ 1 ¡

11/21/11 ¡ 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 ¡ 2 ¡

11/21/11 ¡ 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!!! ¡ 3 ¡

11/21/11 ¡ Well ¡how ¡can ¡that ¡be??? ¡ Q3 ¡– ¡were ¡you ¡surprized? ¡ CLUE: ¡Chemistry, ¡Life, ¡the ¡Universe ¡& ¡Everything ¡ 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 ¡ 4 ¡

11/21/11 ¡ 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? ¡ CLUE: ¡Chemistry, ¡Life, ¡the ¡Universe ¡& ¡Everything ¡ 5 ¡

11/21/11 ¡ 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? ¡ 6 ¡

11/21/11 ¡ Recap: ¡Trends ¡down ¡a ¡group ¡ • Atomic ¡radius ¡ increases ¡ • IE ¡ decreases . ¡ § Li ¡= ¡152 ¡pm ¡ § Li ¡= ¡520 ¡ § Na ¡= ¡186 ¡pm ¡ § Na ¡= ¡496 ¡ ¡ § K ¡= ¡227 ¡pm ¡ § K ¡= ¡419 ¡ § Rb ¡= ¡248 ¡pm ¡ § Rb ¡= ¡403 ¡ Recap: ¡Trends ¡across ¡a ¡row ¡ • Atomic ¡radius ¡Decreases ¡ • Ioniza3on ¡energy ¡Increases ¡ CLUE: ¡Chemistry, ¡Life, ¡the ¡Universe ¡& ¡Everything ¡ 7 ¡

11/21/11 ¡ 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. ¡ CLUE: ¡Chemistry, ¡Life, ¡the ¡Universe ¡& ¡Everything ¡ 8 ¡

11/21/11 ¡ Coulomb’s ¡Law ¡ Unlike ¡charges ¡aeract ¡ F = k q 1 q 2 r 2 Like ¡charges ¡repel ¡ ¡ CLUE: ¡Chemistry, ¡Life, ¡the ¡Universe ¡& ¡Everything ¡ Coulomb’s ¡Law ¡ Unlike ¡charges ¡aeract ¡ F = k q 1 q 2 r 2 Like ¡charges ¡repel ¡ ¡ CLUE: ¡Chemistry, ¡Life, ¡the ¡Universe ¡& ¡Everything ¡ 9 ¡

11/21/11 ¡ Coulomb’s ¡Law ¡ a) Coulomb’s ¡Law: ¡F ¡= ¡Constant ¡(q 1 .q 2 )/r 2 ¡can ¡be ¡ applied ¡to ¡isolated ¡atoms. ¡ b) What ¡do ¡q 1 ¡and ¡q 2 ¡and ¡r ¡represent? ¡ ¡ c) What ¡happens ¡to ¡the ¡force ¡(F) ¡as ¡q 1 .q 2 ¡ increases? ¡ A) ¡Increase, ¡B) ¡decrease, ¡C) ¡same, ¡D) ¡DK ¡ d) What ¡happens ¡as ¡r ¡increases? ¡ A) ¡Increase, ¡B) ¡decrease, ¡C) ¡same, ¡D) ¡DK ¡ CLUE: ¡Chemistry, ¡Life, ¡the ¡Universe ¡& ¡Everything ¡ Coulomb’s ¡law ¡explains ¡both ¡ aerac3ons ¡between ¡the ¡protons ¡and ¡ electrons, ¡and ¡the ¡repulsions ¡between ¡ the ¡electrons. ¡ CLUE: ¡Chemistry, ¡Life, ¡the ¡Universe ¡& ¡Everything ¡ 10 ¡

11/21/11 ¡ Effec3ve ¡Nuclear ¡Charge ¡ Every ¡valence ¡ electron ¡is ¡aeracted ¡ by ¡the ¡“effec3ve ¡ nuclear ¡charge” ¡ What ¡is ¡the ¡effec3ve ¡nuclear ¡charge ¡ of: ¡ ¡ • Be, ¡ ¡ ¡C, ¡ ¡F ¡ A. +1 ¡ B. +2 ¡ C. +4 ¡ D. +7 ¡ CLUE: ¡Chemistry, ¡Life, ¡the ¡Universe ¡& ¡Everything ¡ 11 ¡

11/21/11 ¡ 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 ¡ ¡ CLUE: ¡Chemistry, ¡Life, ¡the ¡Universe ¡& ¡Everything ¡ Periodic trends in atomic radius and ionization energy 12 ¡

11/21/11 ¡ Ioniza3on ¡energy ¡second ¡row, ¡ ¡ why ¡not ¡a ¡smooth ¡rise? ¡ 2500 ¡ 2000 ¡ 1500 ¡ 2081 ¡ 1000 ¡ 1681 ¡ 1402 ¡ 1314 ¡ 500 ¡ 1086 ¡ 899 ¡ 801 ¡ 520 ¡ 0 ¡ Li ¡ Be ¡ B ¡ C ¡ N ¡ O ¡ F ¡ Ne ¡ What is the core/valence electron configuration of B? of O? • [He] 2s 2 2p 4 • [Ne] 2s 2 2p 4 • [Ne] 2s 2 2p 1 • [He] 2s 2 2p 1 CLUE: ¡Chemistry, ¡Life, ¡the ¡Universe ¡& ¡Everything ¡ 13 ¡

11/21/11 ¡ Ioniza3on ¡energy ¡second ¡row, ¡ ¡ why ¡not ¡a ¡smooth ¡rise? ¡ 2500 ¡ Which ¡electron ¡is ¡ being ¡removed ¡ here? ¡ 2000 ¡ Which ¡electron ¡is ¡ being ¡removed ¡here? ¡ ¡ 1500 ¡ 2081 ¡ 1000 ¡ 1681 ¡ 1402 ¡ 1314 ¡ 500 ¡ 1086 ¡ 899 ¡ 801 ¡ 520 ¡ 0 ¡ Li ¡ Be ¡ B ¡ C ¡ N ¡ O ¡ F ¡ Ne ¡ 2nd Ionization Energy • M + (g) --> M 2+ (g) + e– • Third IE • M 2+ (g) --> M 3+ (g) +e– CLUE: ¡Chemistry, ¡Life, ¡the ¡Universe ¡& ¡Everything ¡ 14 ¡

11/21/11 ¡ 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 – CLUE: ¡Chemistry, ¡Life, ¡the ¡Universe ¡& ¡Everything ¡ 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 ¡ 15 ¡

11/21/11 ¡ Note ¡that ¡huge ¡jump ¡for ¡the ¡3 rd ¡ 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 ¡ 16 ¡