2. Mendeleev: la tavola periodica degli elementi
Gli studi condotti per definire le leggi ponderali avevano evidenziato, dopo
il XIX secolo, molte proprietà e molte somiglianze tra alcuni elementi. Per
questo motivo, essi vennero riuniti in “famiglie naturali”, come quelle dei
“metalli alcalini” o degli “alogeni”.
2
Mendeleev
Tavola periodica
Li
Na
K
Ca
Sr
Ba
F
Cl
Br
I
metalli alcalini
metalli
alcalino
terrosi
alogeni
3. Nel 1869, il chimico russo Mendeleev propose una “classificazione degli
elementi” di fondamentale importanza.
Prese in considerazione le formule dei loro composti con l’ossigeno e con
il cloro e alcune proprietà fisiche, come la densità, la durezza e il punto di
fusione.
Ordinò così i 63 elementi conosciuti secondo la loro massa atomica
crescente, disponendoli in file e incolonnandoli quando presentavano
proprietà simili.
Apparve evidente che le proprietà degli elementi si ripetevano con regolarità
periodica e ordinata, per cui tale disposizione prese il nome di
3
tavola periodica degli elementi.
Mendeleev
Tavola periodica
4. Il successo del lavoro di Mendeleev, che ha costituito il punto di partenza
per giungere alla versione attuale del “sistema periodico”, è legato ad
alcune intuizioni:
4
Mendeleev
UD10 Tavola periodica
5. Per esempio, l’elemento con massa immediatamente superiore a quella
dello zinco era l’arsenico. Esso non presentava somiglianze né con
l’alluminio né con il silicio (situati nella colonna a fianco, nelle righe subito
sotto a quella dello zinco), mentre rivelava forti analogie di comportamento
con azoto e fosforo (entrambi sulla riga ancora sottostante).
Mendeleev scelse di allinearlo a questi ultimi elementi, lasciando due spazi
vuoti. Intuì in tal modo che dovevano esistere due elementi, non ancora
scoperti, che avrebbero dovuto trovare appropriata collocazione
rispettivamente sotto l’alluminio e sotto il silicio.
5
mappa Mendeleev
UD10 Tavola periodica
6. Germanio scoperto da Clemens
Winkler nel 1886
Tali previsioni furono puntualmente confermate nel 1875 e nel 1886 con la
scoperta rispettivamente del gallio (massa atomica 69,7) e del germanio
(massa atomica 72,6).
6
Mendeleev
Tavola periodica
Gallio scoperto Lecoq de
Boisbaudran nel 1875
7. Gli elementi sono inseriti nell’attuale tavola periodica in funzione della loro
configurazione elettronica, vale a dire dell’ordine di riempimento degli
orbitali. Grazie a questa impostazione, hanno potuto trovare una naturale
7
La tavola periodica attuale: le configurazioni esterne
sistemazione anche gli elementi che sono stati via via scoperti o prodotti
artificialmente, fino agli attuali 116.
Pina Russo
Tavola periodica
8. Nella tavola ci sono quattro
blocchi, corrispondenti ai tipi di
orbitali s, p, d, f.
Ogni blocco ha tante colonne
quanti sono gli elettroni che
possono essere ospitati nel
corrispondente sottolivello:
2 per gli orbitali di tipo s,
6 per gli orbitali di tipo p,
10 per quelli di tipo d
14 negli orbitali di tipo f.
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9. Gli elementi risultano disposti su sette righe di diversa lunghezza, tante
quanti sono i livelli di energia che ospitano elettroni quando questi
sono nel loro stato fondamentale.
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Pina Russo
Tavola periodica
10. La tavola periodica viene disegnata in modo da rendere evidente il
progressivo riempimento degli orbitali. A tale scopo, la disposizione più
corretta si otterrebbe utilizzando la forma “lunga” della tavola, con gli
orbitali f inseriti dopo il primo elemento del blocco d appartenente alla sesta
riga. Per questioni di spazio, tuttavia, si preferisce spesso una
rappresentazione più compatta, ottenuta spostando gli elementi del blocco
f nella zona sottostante al blocco d.
10
Pina Russo
Tavola periodica
11. Le colonne ottenute dalla sovrapposizione dei periodi hanno la caratteristica
di ospitare elementi con una configurazione elettronica simile nel livello
più esterno.
11
Pina Russo
Tavola periodica
12. Per esempio, gli elementi della seconda colonna costituiscono un gruppo,
perché hanno le seguenti configurazioni elettroniche:
12
Pina Russo
Berillio [He] 2s2
Magnesio [Ne] 3s2
Calcio [Ar] 4s2
Stronzio [Kr] 5s2
Bario [Xe] 6s2
Radio [Rn] 7s2
Dall’analisi della disposizione degli elementi nella tavola periodica si nota
che quelle che erano state definite “famiglie naturali” , insiemi cioè degli
elementi con analogo comportamento chimico, presentano lo stesso tipo di
configurazione elettronica esterna, quindi si può concludere che:
Tavola periodica
13. I gruppi vengono indicati da un numero romano, che corrisponde a quello
degli elettroni più esterni, e da una lettera:
• A per i blocchi s e p;
• B per il blocco d.
Per esempio, gli elementi del gruppo III A hanno una configurazione
esterna ns2np1 (dove n è il numero quantico principale) per un totale di tre
elettroni:
13
1s22s22p1 boro
mappa Periodi/gruppi
UD10 Tavola periodica
Analogamente, in quelli del
gruppo III B i tre elettroni
hanno configurazione
(n – 1) d1ns2:
[Ne]3s23p1
alluminio
[Kr]4d15s2
ittrio
[Ar]3d14s2 scandio
14. Molti dei gruppi hanno anche nomi particolari derivanti dalle loro caratteristiche
o dal comportamento dei loro composti.
14
mappa Periodi/gruppi
UD10 Tavola periodica
15. 15
Moseley: un nuovo criterio ordinatore
Alcuni anni più tardi, nel 1914, il fisico inglese Henry Moseley,
sapendo che un atomo colpito da elettroni molto veloci emette raggi
X, verificò sperimentalmente che la frequenza dei raggi emessi,
caratteristica per ogni elemento, è direttamente proporzionale al
suo “numero d’ordine”, ossia alla posizione che occupa nella tavola
Pina Russo
periodica di Mendeleev.
Tavola periodica
16. L’osservazione di Moseley dimostrava che Mendeleev aveva disposto gli
anche la prova definitiva che la responsabile della periodicità non era
Numero d’ordine di Mendeleev= numero atomico (Z)
16
elementi secondo una loro proprietà non ancora nota e costituiva
Pina Russo
la massa atomica.
L’accumularsi delle conoscenze sulla struttura dell’atomo, mostrò che:
Tavola periodica
17. 17
Era ormai chiaro che il nucleo non interveniva nelle reazioni
chimiche.
Le proprietà chimiche di un elemento dovevano trovare una
spiegazione nella configurazione elettronica degli atomi.
Gli studi per spiegare il ripetersi periodico delle proprietà degli
elementi si concentrarono sulla disposizione degli elettroni presenti
nella zona più esterna dell’atomo.
Pina Russo
Tavola periodica
