Che cos’è un elemento biatomico?

Elementi biatomici: Le molecole biatomiche sono molecole composte da due soli atomi, dello stesso o di diversi elementi chimici. Il prefisso di- è di origine greca e significa “due”. Se una molecola biatomica consiste di due atomi dello stesso elemento, come l’idrogeno (H2) o l’ossigeno (O2), allora si dice che è omonucleare. Altrimenti, se una molecola biatomica consiste di due atomi diversi, come il monossido di carbonio (CO) o l’ossido nitrico (NO), la molecola si dice eteronucleare. Il legame in una molecola biatomica omonucleare è non polare.

Gli unici elementi chimici che formano molecole biatomiche omonucleari stabili a temperatura e pressione standard (STP) (o condizioni tipiche di laboratorio di 1 bar e 25 °C) sono i gas idrogeno (H2), azoto (N2), ossigeno (O2), fluoro (F2), e cloro (Cl2).

Anche i gas nobili (elio, neon, argon, krypton, xeno e radon) sono gas a STP, ma sono monoatomici. I gas diatomici omonucleari e i gas nobili insieme sono chiamati “gas elementari” o “gas molecolari”, per distinguerli da altri gas che sono composti chimici.

A temperature leggermente elevate, gli alogeni bromo (Br2) e iodio (I2) formano anch’essi gas diatomici. Tutti gli alogeni sono stati osservati come molecole biatomiche, tranne l’astato, che è incerto.

Le mnemotecniche BrINClHOF, pronunciato “Brinklehof”, e HONClBrIF, pronunciato “Honkelbrif”, e HOFBrINCl (pronunciato come Hofbrinkle) sono state coniate per aiutare il ricordo della lista degli elementi biatomici.

7 Elementi Diatomici

Che cosa sono gli elementi biatomici

Gli elementi biatomici hanno giocato un ruolo importante nel chiarimento dei concetti di elemento, atomo e molecola nel XIX secolo, perché alcuni degli elementi più comuni, come idrogeno, ossigeno e azoto, si presentano come molecole biatomiche. L’ipotesi atomica originale di John Dalton presupponeva che tutti gli elementi fossero monoatomici e che gli atomi nei composti avessero normalmente i rapporti atomici più semplici l’uno rispetto all’altro. Per esempio, Dalton assunse che la formula dell’acqua fosse HO, dando il peso atomico dell’ossigeno come otto volte quello dell’idrogeno, invece del valore moderno di circa 16. Di conseguenza, la confusione sui pesi atomici e sulle formule molecolari è esistita per circa mezzo secolo.

Già nel 1805, Gay-Lussac e von Humboldt dimostrarono che l’acqua è formata da due volumi di idrogeno e un volume di ossigeno, e nel 1811 Amedeo Avogadro era arrivato alla corretta interpretazione della composizione dell’acqua, basata su quella che ora è chiamata legge di Avogadro e sull’assunzione di molecole elementari biatomiche. Tuttavia, questi risultati furono per lo più ignorati fino al 1860, in parte a causa della convinzione che gli atomi di un elemento non avrebbero avuto alcuna affinità chimica verso gli atomi dello stesso elemento, e anche in parte a causa di apparenti eccezioni alla legge di Avogadro che non furono spiegate fino a più tardi in termini di molecole dissocianti.

Al Congresso di Karlsruhe del 1860 sui pesi atomici, Cannizzaro resuscitò le idee di Avogadro e le usò per produrre una tabella coerente dei pesi atomici, che per lo più concordano con i valori moderni. Questi pesi furono un importante prerequisito per la scoperta della legge periodica da parte di Dmitri Mendeleev e Lothar Meyer.

Lista degli elementi biatomici

Un elemento biatomico è una molecola di un elemento composto da due atomi. È una forma di molecola diatomica omonucleare. Ci sono solo 7 elementi biatomici in totale e solo 5 elementi biatomici a temperatura e pressione standard (STP).

I seguenti 5 elementi gassosi si trovano come molecole biatomiche a temperatura e pressione ambiente:

• Idrogeno – H2
• Nitrogeno – N2
• Ossigeno – O2
• Fluoro – F2
• Cloro – Cl2

Bromo e iodio esistono comunemente in forma liquida, ma anche come gas biatomici a temperature leggermente superiori, per un totale di 7 elementi biatomici.

• Bromo – Br2
• Iodio – I2

Come ricordare gli elementi biatomici

Un facile dispositivo mnemonico è:

Non abbiate paura della birra ghiacciata

Idrogeno
Nitrogeno
Fluoro
Ossigeno
Iodio
Cloro
Bromo

Gli elementi biatomici sono gli alogeni -ine (fluoro, cloro, bromo, iodio) ed elementi con finale -gen (idrogeno, ossigeno, azoto). L’astato è un altro alogeno, ma il suo comportamento non è noto.

Che cosa sono gli elementi biatomici

Le molecole biatomiche sono normalmente nel loro stato più basso o terra, che convenzionalmente è anche conosciuto come lo stato {displaystyle X}. Quando un gas di molecole biatomiche viene bombardato da elettroni energetici, alcune delle molecole possono essere eccitate a stati elettronici più elevati, come accade, per esempio, nell’aurora naturale, nelle esplosioni nucleari ad alta quota e negli esperimenti con cannoni a razzo. Tale eccitazione può avvenire anche quando il gas assorbe la luce o altre radiazioni elettromagnetiche. Gli stati eccitati sono instabili e si rilassano naturalmente tornando allo stato fondamentale. Su varie brevi scale di tempo dopo l’eccitazione (tipicamente una frazione di secondo, o a volte più di un secondo se lo stato eccitato è metastabile), si verificano transizioni da stati elettronici superiori a stati inferiori e infine allo stato fondamentale, e in ogni transizione viene emesso un fotone. Questa emissione è nota come fluorescenza. Gli stati elettronici successivi più alti sono convenzionalmente denominati {1211>, {6767>, C, ecc. (ma questa convenzione non è sempre seguita, e a volte si usano lettere minuscole e lettere fuori sequenza alfabetica, come nell’esempio sotto riportato). L’energia di eccitazione deve essere maggiore o uguale all’energia dello stato elettronico affinché l’eccitazione avvenga.

Nella teoria quantistica, uno stato elettronico di una molecola biatomica è rappresentato dal simbolo del termine molecolare

{\displaystyle ^{2S+1}Lambda (v)}

dove {displaystyle S} è il numero quantico di spin elettronico totale, {\displaystyle \Lambda } è il numero quantico di momento angolare elettronico totale lungo l’asse internucleare, e {displaystyle v} è il numero quantico vibrazionale. {\displaystyle \Lambda } assume i valori 0, 1, 2, …, che sono rappresentati dai simboli di stato elettronico {displaystyle \Sigma }, {displaystyle \Pi }, {displaystyle \Delta },…. Per esempio, la seguente tabella elenca gli stati elettronici comuni (senza numeri quantici vibrazionali) insieme all’energia del livello vibrazionale più basso ({displaystyle v=0}) dell’azoto biatomico (N2), il gas più abbondante nell’atmosfera terrestre. Nella tabella, i pedici e gli apici dopo {\displaystyle \Lambda } danno ulteriori dettagli di meccanica quantistica sullo stato elettronico.

Tutti gli elementi biatomici

Qualcosa nel modo in cui lo chiedi mi fa pensare che ti riferisci alle “molecole omonucleari biatomiche”, cioè -non ufficialmente- agli elementi biatomici.

Bene, alcuni elementi sono più stabili combinati con atomi dello stesso tipo che da soli. Quindi “preferiscono” essere attaccati ad un altro atomo dello stesso elemento.

I singoli atomi sono abbastanza reattivi a causa dei loro gusci di valenza incompleti e della loro vicinanza ai loro corrispondenti gas nobili. Possiamo dire che questi atomi vogliono davvero completare i loro gusci e ciò si traduce nella loro elevata elettronegatività.

Perché? È solo il modo in cui funziona la natura. Ma siccome noi scienziati odiamo le risposte empiriche, ti darò ulteriori dati, anche se non sono un Perché definitivo.

*Prima di tutto, ricordiamoci quali di tutti gli elementi sono, come dici tu, biatomici:

Il fatto che questi elementi siano biatomici è SOLO quando sono da soli, NON quando sono chimicamente legati ad un altro atomo. Quando l’idrogeno è legato a qualcosa di diverso da se stesso, il numero di idrogeni dipende dalla carica dell’altro atomo.

Prendiamo il diossigeno per esempio:

Spiegando con il comune “Ottetto-ragione” del modello Lewis classico.

L’atomo di ossigeno ha 6 elettroni di valenza (ottetto incompleto), quindi tende a reagire con altri atomi per riempire i suoi gusci più esterni. Quindi è instabile.

La molecola di ossigeno è diventata stabile perché entrambi gli atomi della molecola di ossigeno raggiungono l’ottetto completo condividendo gli elettroni.