La tavola periodica degli elementi

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La Tavola periodica comprende tutti gli elementi chimici conosciuti, naturali e artificiali. L’aggettivo periodico aggiunto alla Tavola indica il ripetersi, dopo un determinato intervallo, di alcune caratteristiche degli elementi. Dall’analisi della Tavola periodica si riescono ad ottenere molte informazioni sulle proprietà degli elementi, per questo si parla anche di Sistema periodico degli elementi.

La prima Tavola periodica venne proposta da Dimitri Mendeleev (1834-1907) che ordinò gli elementi conosciuti fino ad allora, arrivati a 63, in base al numero di massa crescente. Oggi sappiamo che il numero di massa è dato dalla somma del numero di protoni più quello dei neutroni. Mendeleev si accorse che alcuni elementi seguivano una periodicità, perciò li ordinò in una tabella con righe e colonne. In alcuni casi, per fare in modo che nelle stesse colonne vi fossero elementi con caratteristiche simili, lasciò caselle vuote e previde l’esistenza di altri elementi chimici che non erano stati scoperti e che avrebbero occupato quelle caselle e che avrebbero avuto determinate caratteristiche. Altri avevano organizzato gli elementi in ordine crescente di massa atomica, ad esempio il chimico tedesco Julius Meyer (1830-1895).

A mano a mano furono scoperti i nuovi elementi previsti da Mendeleev ai quali se ne aggiunsero anche altri. Però l’ordine degli elementi in base al numero di massa presentava alcune incongruenze e nel 1913 Henry Moseley (1887-1915) dimostrò che tra un elemento e l’altro aumentava gradualmente anche un’altra grandezza, chiamata numero atomico da Ernest Rutherford (1871-1937) nel 1920. Perciò da allora gli elementi furono ordinati in base al loro numero atomico crescente.

Il numero atomico corrisponde al numero di protoni presenti nel nucleo e, se l’atomo è elettricamente neutro, anche al numero di elettroni, esterni al nucleo. Quindi il numero atomico indica la posizione che l’elemento ha nella Tavola periodica.

Nella Tavola, le righe prendono il nome di periodi, le colonne sono i gruppi. In ogni gruppo gli elementi che ne fanno parte hanno proprietà chimiche simili. All’interno di uno stesso periodo invece le proprietà chimiche dei vari elementi cambiano moltissimo. Quindi queste proprietà degli elementi non dipendono dal numero totale di elettroni ma dalla configurazione elettronica esterna. In tutto abbiamo 7 periodi e VIII gruppi principali o, se consideriamo i sottogruppi, 18 gruppi. A parte l’idrogeno che può essere considerato a parte, nella Tavola possiamo distinguere alcune sezioni fondamentali. Una zona ampia a sinistra, fino alla linea di demarcazione, segnata in nero nella figura sopra è costituita dagli elementi metallici e comprende gli elementi dei primi gruppi, quelli di transizione, che possiedono elettroni esterni negli orbitali di tipo d e alcuni elementi degli altri gruppi. Tutti i metalli, perciò la maggioranza degli elementi, hanno una bassa energia di ionizzazione cioè gli elettroni possono essere spostati facilmente da una parte all’altra del corpo, pertanto sono buoni conduttori di calore e elettricità. Una piccola zona, si estende obliquamente a destra dei metalli e comprende gli elementi Boro, Silicio, Germanio, Arsenico, Antimonio, Tellurio, Polonio e Astato, ha caratteristiche intermedie tra quelle dei metalli e quelle dei non metalli perciò questi elementi sono detti semimetalli. I non metalli invece si trovano a destra di questa zona obliqua e comprendono gli elementi Carbonio, Azoto, Ossigeno, Fluoro, Fosforo, Zolfo, Cloro, Selenio, Bromo e Iodio. Si tratta di elementi che hanno un’alta energia di ionizzazione, gli atomi tengono legati fortemente i loro elettroni e non sono conduttori di calore ed elettricità.

Questi elementi hanno In ogni casella della Tavola è indicato il simbolo chimico dell’elemento, sopra un numero che è il numero atomico Z e in basso un numero decimale che rappresenta la massa atomica media A dell’elemento. Per quanto riguarda lo stato fisico degli elementi, metalli e semimetalli sono quasi tutti solidi mentre i non metalli sono solidi o gassosi. Gli elementi liquidi sono pochissimi, ad esempio il Mercurio e il Bromo. Dalla Tavola ricaviamo informazioni importanti anche sul volume atomico, cioè il volume occupato dagli orbitali contenenti gli elettroni dell’atomo. Sappiamo che il nucleo occupa un volume piccolissimo nell’atomo e che il volume dell’atomo è determinato quasi esclusivamente dalla nube elettronica. Il raggio atomico e il volume aumentano scendendo lungo un gruppo perché aumenta il numero quantico principale. Il primo gruppo è quello dei metalli alcalini, il secondo dei metalli alcalino terrosi, il settimo gruppo degli alogeni e l'ottavo gruppo dei gas nobili, ossia quei gas che, inizialmente, si pensava incapaci completamente di reagire e che hanno la configurazione elettronica esterna completa: con due elettroni nel caso dell’Elio e otto elettroni nel Neon, Argon, Kripton, Xenon e Radon.

La serie dei Lantanidi e la serie degli Attinidi hanno caratteristiche periodiche che li porterebbero a essere inseriti tutti nelle caselle 57 e 89 e possiedono elettroni esterni negli orbitali di tipo f.