La tavola periodica degli elementi

Carbonio, ossigeno, idrogeno, potassio… Sono numerosissimi gli elementi in cui ci imbattiamo nel corso delle nostre lezioni di chimica.
È proprio quando iniziamo a dedicarci allo studio di questa materia, che dobbiamo scontrarci con un argomento a dir poco fondamentale: la tavola periodica degli elementi.
Ad una prima occhiata, questa sembra uno schema davvero incomprensibile, ma non temete, perché per nostra fortuna le cose stanno ben diversamente.

In questo articolo andremo a vedere proprio cos’è la tavola periodica degli elementi: come nasce, a quale scopo e come è organizzata.

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Storia della tavola periodica

La prima domanda a cui cercheremo di rispondere è questa: a cosa serve la tavola periodica degli elementi?

La scoperta di nuovi elementi nel corso del tempo rese necessaria la creazione di un sistema logico, chiaro ed efficiente che permettesse di raggrupparli. Ciò che si voleva ottenere, dunque, era uno schema universale ed inequivocabile.
Tuttavia, raggiungere tale obiettivo non fu affatto semplice e numerosi furono gli scienziati che si cimentarono in quest’impresa nel corso del XIX secolo.

Alla fine, nell’anno 1869, uno di loro presenta uno scritto che è destinato a fare la storia della scienza: stiamo ovviamente parlando di Dmitrij Ivanovič Mendeleev e la sua relazione “L’interdipendenza fra le proprietà dei pesi atomici degli elementi”.

Dmitrij Ivanovič Mendeleev

In questo testo, Mendeleev propone un sistema di classificazione degli elementi basato sul loro peso atomico e la loro valenza.

Il peso atomico è una grandezza adimensionale, che indica quante volte la massa di un atomo è maggiore rispetto all’unità di massa atomica (che invece è una grandezza fissa).

Invece, la valenza indica la capacità di un atomo di combinarsi con uno o più atomi, appartenenti allo stesso elemento chimico o ad elementi chimici differenti.

L’aspetto rivoluzionario della tavola periodica di Mendeleev era che questa prevedeva l’esistenza di elementi non ancora scoperti, di cui lo scienziato russo riuscì ad ipotizzare le proprietà chimiche. Gli elementi in questione erano il gallio ed il germanio, scoperti diciassette anni dopo, nel 1886.

Sebbene la tavola periodica di Mendeleev abbia subito delle modifiche nel corso degli anni, possiamo dire che questa è la tavola periodica che usiamo tutt’oggi. La differenza sostanziale è che nella tavola periodica attuale gli elementi sono ordinati secondo il loro numero atomico. Ciò significa che gli elementi vengono classificati in base al numero di protoni contenuti nel loro nucleo.

Struttura della tavola periodica

La tavola periodica conta un totale di 118 elementi ed è organizzata in modo da evidenziare periodi e gruppi.
I periodi costituiscono le righe orizzontali della nostra tavola periodica e sono in totale sette. Invece, con il termine gruppi, andiamo a definire le colonne di questo schema, che sono in totale diciotto.

Gli elementi della tavola periodica vengono poi classificati in tre categorie: metalli, non-metalli e semimetalli. Per individuare più facilmente questi tre raggruppamenti, ci serviremo di un’immagine che li evidenzia con colori diversi: in blu troviamo i metalli, in rosso i non-metalli ed in verde i semimetalli.

Ma quali sono le proprietà fisiche che caratterizzano i vari elementi dei singoli raggruppamenti? Andiamo subito a vederlo.

Per quanto riguarda i metalli, questi sono caratterizzati da alcune proprietà fondamentali:

• Lucentezza: descrive la capacità che hanno le superfici levigate di riflettere le radiazioni luminose.
• Conducibilità termica: descrive la capacità di trasferire il calore.
• Conducibilità elettrica: descrive la capacità di consentire il passaggio di corrente elettrica.
• Duttilità: descrive la capacità di poter essere ridotti in fili sottili che, pur essendo piegati, non si spezzano.
• Malleabilità: capacità di poter essere ridotti in lamine sottili, che possono comunque essere piegate.

Passando ai non-metalli, questi hanno la caratteristica di non possedere nessuna delle proprietà tipiche dei metalli.

Infine troviamo i semimetalli, che presentano proprietà intermedie tra quelle dei metalli e dei non-metalli.

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Proprietà chimiche degli elementi

Finora non ci siamo mai soffermati su un aspetto molto importante: le proprietà chimiche degli elementi della tavola periodica. Queste ultime sono definite da dei raggruppamenti che prendono il nome di famiglie chimiche e sono in totale sette.

• I Famiglia: metalli alcalini. É costituita da tutti gli elementi del gruppo 1, fatta eccezione per l’idrogeno. Gli atomi di questi elementi hanno in comune la presenza di un solo elettrone sul loro livello più esterno. Tale elettrone, sitrova in un orbitale di tipo s.
• II Famiglia: metalli alcalino-terrosi. Comprende tutti gli elementi appartenenti al gruppo 2. Gli atomi di questi elementi hanno sul loro livello più esterno due elettroni in orbitale di tipo s.
• III Famiglia: alogeni. É costituita dagli elementi che fanno parte del gruppo 17. Nel loro livello più esterno, gli atomi di questi elementi hanno due elettroni in un orbitale di tipo s e cinque in un orbitale di tipo p.
• IV Famiglia: gas nobili. Comprende gli elementi del gruppo18. I loro atomi, fatta eccezione per l’elio, hanno un totale di otto elettroni sugli orbitali s e p nel loro livello più esterno.
  I gas nobili sono anche detti inerti, perché, avendo completato l’ottetto, non hanno bisogno di legarsi con nessun altro elemento. Si potrebbe dire che questi “stanno bene da soli”.
• V Famiglia: metalli di transizione. Questi sono in totale quaranta e costituiscono il blocco d della tavola periodica. Corrispondono, dunque, ai gruppi dal 3 al 12.
  Gli atomi dei metalli di transizione hanno un atomo che, sul suo livello più esterno, ha uno o due elettroni nell’orbitale s e uno o più elettroni sull’orbitale d.
• VI Famiglia: lantanidi. É costituita da quattordici elementi che seguono il lantanio. I loro elettroni si collocano anche negli orbitali 4f.
• Infine, la VII famiglia: gli attinidi. Questa è costituita da quattordici elementi che seguono l’attinio ed i loro elettroni si collocano anche negli orbitali 5f.

A cura di Ginevra

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