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LA TAVOLA PERIODICA

Cenni storici. Alcuni elementi come il carbonio, zolfo, ferro, rame, argento, stagno, antimonio, oro, mercurio e piombo erano noti anche agli antichi. Alla fine del 1700 erano conosciuti altri 17 elementi (idrogeno, azoto, fosforo, cloro, titanio, cromo, manganese, cobalto, nichel, zinco, arsenico, zirconio, molibdeno, tellurio, tungsteno, platino e bismuto). Nel 1830 erano noti 55 elementi.

Conoscendo già tanti elementi, con proprietà chimiche apparentemente molto diverse e non collegate, i chimici si chiesero se il comportamento della natura fosse in questo caso del tutto caotico o se fosse possibile individuare una logica che permettesse di correlare la massa consistente dei dati sperimentali che continuamente si accumulavano su ciascun elemento. Il primo chimico a tentare una classificazione degli elementi fu il tedesco Wolfgang Dobereiner (1780 - 1849). Nel 1864 l'inglese Johan A.R. Newland (1837 - 1898) dispose gli elementi in ordine crescente di peso atomico e notò che molti elementi avevano caratteristiche simili a quelli che li seguivano di sette posti. Quest'ipotesi non fu accreditata dai chimici che seguirono come il francese Alexandre da Chancaurtois (1820 - 1884) e il tedesco Julius Meyer (1830 - 1895) i quali, in ogni modo, disponendo gli elementi in ordine crescente di peso atomico, notarono una certa periodicità delle proprietà chimiche e fisiche, ma mancava qualcosa per la quale non si riusciva a portare a termine la classificazione degli elementi.

Il chimico russo Dimitri Ivanovic Mendeleev (1834 - 1907) dispose i simboli degli elementi in ordine crescente di peso atomico, accorgendosi che, in corrispondenza di determinati elementi, tutti allo stato gassoso, la reattività era nulla. Gli elementi successivi a questi mostravano invece una spiccatissima reattività. Ricavò allora una serie di sequenze orizzontali di elementi, tutte terminanti con un gas inerte, che indicava la fine di un ciclo di reattività. In tal modo nelle sequenze verticali, o colonne, così formatesi si trovavano raggruppati elementi con caratteristiche chimiche simili. Ma questo si verificava solo in alcuni casi. Per far sì che tutti gli elementi con caratteristiche simili fossero disposti nelle stesse colonne era necessario lasciare alcune caselle vuote e invertire il posto di qualche coppia d'elementi. Il colpo di genio di Mendeleev nel 1869 fu di ipotizzare che le caselle vuote avrebbero ospitato in seguito, quando fossero stati scoperti, gli elementi non ancora noti.

Mendeleev, sicuro della sua ipotesi, predisse le caratteristiche chimiche e fisiche di alcuni di questi elementi che avrebbero occupato tali caselle, in base alle caratteristiche degli altri elementi disposti nelle stesse sequenze verticali. Tutte le sue previsioni furono puntualmente verificate.

La tabella di Mendeleev, con gli opportuni aggiornamenti è stata chiamata Tavola Periodica degli elementi, dove l'aggettivo Periodica sta ad indicare la periodicità del comportamento chimico e delle caratteristiche degli elementi.

Lettura della tavola periodica degli elementi. Abbiamo detto che gli elementi sono disposti nella tavola, o sistema periodico, secondo, il numero atomico crescente; in senso orizzontale, inoltre, essi sono divisi in periodi, la cui numero d’ordine corrisponde al numero quantico principale n dell'ultimo livello occupato. Ad esempio gli elementi appartenenti al secondo periodo hanno gli elettroni più esterni nel livello n = 2.

Le disposizioni verticali degli elementi vengono chiamati gruppi, numerati con numeri romani da I a VIII. Gli elementi appartenenti al medesimo gruppo hanno lo stesso numero d'elettroni nel livello energetico più esterno (tranne l'elio, nell’ottavo gruppo A). Ad esempio, il berillio e il magnesio, che appartengono al gruppo II, possiedono 2 elettroni esterni, disposti rispettivamente negli orbitali 2s e 3s.

Da queste indicazioni possiamo dedurre che conoscendo la posizione di un elemento nella tavola periodica possiamo conoscere la sua struttura elettrica e viceversa.

Regole per la determinazione della posizione di un elemento nella tavola periodica:

1. Per la determinazione della posizione degli elementi appartenenti al gruppo A bisogna sommare gli elettroni situati negli orbitali s e p, gli elettroni che riempiono completamente gli orbitali d non sono conteggiati.

2. Quando gli orbitali d sono in corso di riempimento gli elementi non appartengono ai gruppi A, ma ai gruppi B..

3. Per la determinazione della posizione degli elementi appartenenti al gruppo B (elementi di transizione), bisogna sommare gli elettroni degli orbitali s e d, quando questi sono in corso di riempimento;

4. Se la somma degli elettroni s e d raggiunge i valori 8, 9 e 10, gli elementi corrispondenti appartengono al gruppo VIII B;

5. Se la somma degli elettroni degli orbitali s e d è 11 o 12 gli elementi corrispondenti appartengono rispettivamente ai gruppi I B e II B;

6. I lantanidi e gli attinidi hanno gli orbitali f in corso di riempimento e appartengono tutti al gruppo III B, cioè lo stesso gruppo in cui è inserito il lantanio.

Metalli e non metalli. I metalli sono buoni conduttori della corrente elettrica, sono duttili, malleabili, lucenti e tutti solidi tranne il mercurio. Il cesio, il francio, e il gallio fondono a 28°C.

I non-metalli non conducono la corrente elettrica, non sono duttili né malleabili.

Tra i metalli e i non-metalli si collocano i semimetalli: elementi che presentano proprietà sia degli uni sia degli altri a seconda delle condizioni chimico-fisiche in cui si trovano. Alcuni presentano la capacità di condurre, in determinate condizioni, la corrente elettrica. Per questo vengono chiamati semiconduttori.

Le proprietà metalliche diminuiscono man mano che si passa dal primo gruppo a quelli dei semi-metalli, fino a scomparire nei non-metalli.