La tavola periodica degli elementi

La tavola periodica fu creata nel 1869 dal chimico russo Dmitrij Mendeleev (1834-1907) che decise di disporre gli elementi secondo un ordine ben preciso.

Gli elementi che conosciamo oggi sono 118, ma a quel tempo Mendeleev ne conosceva solo 63. La sua lungimiranza lo portò a lasciare degli spazi vuoti nella tavola degli elementi per fare in modo che venisse riempita nel tempo in seguito a nuove scoperte.

Mendeleev ordinò gli elementi secondo il peso atomico crescente (dal più piccolo al più grande), ma successivamente questi vennero ordinati secondo il numero atomico (ovvero secondo il numero di protoni presenti nel nucleo).

Caratteristica principale è la periodica distribuzione degli elettroni nel livello più esterno.

Questo significa che gli elementi della stessa colonna hanno configurazione elettronica esterna simile e di conseguenza simili proprietà chimiche e fisiche.

Oggi la tavola periodica è divisa in sette righe (PERIODI) e 18 colonne (GRUPPI).

I periodi sono numerati da 1 a 7 e gli elementi della stessa riga hanno gli elettroni più esterni allo stesso livello di energia.

I gruppi invece hanno numerazione doppia: i numeri arabi da 1 a 18 e i numeri romani da I a VIII che indicano il numero di elettroni nell’ultimo livello di energia.

Tra il gruppo II e il gruppo III ci sono gli elementi di transizione.

Troviamo infine due righe separate dal resto della tavola periodica in cui sono compresi i lantanoidi (con numero atomico compreso tra 57 e 71) e gli attinoidi (con numero atomico compreso tra 89 e 103).

La tavola periodica classifica gli atomi in metalli, semimetalli, non metalli e nuovi elementi ancora in fase di studio.

In ogni casella della tavola periodica troviamo il simbolo chimico dell’ elemento, il nome, il numero atomico e il peso atomico.

Ad esempio l’Idrogeno con simbolo H, numero atomico 1 e peso atomico 1,00794.

Abbiamo visto che un atomo è formato da neutroni e protoni che stanno nel nucleo e da elettroni che ruotano attorno al nucleo. La capacità di un atomo di legarsi o staccarsi da un altro atomo dipende dagli elettroni più distanti dal nucleo.

Infatti gli elettroni si dispongono su livelli energetici diversi e su diversi orbitali.

La configurazione elettronica di un atomo è rappresentata proprio dalla disposizione degli elettroni sui livelli di energia (da 1 a 7 nella tavola periodica) e sugli orbitali (indicati con le lettere s ,p ,d ,f).

La configurazione elettronica può essere esterna (riguarda l’ultimo livello energetico) oppure interna (riguarda tutti i livelli energetici inferiori all’esterno). Quella più importante è quella esterna in quanto da questa dipende la reazione dell’atomo con gli altri atomi.

L’ elettronegatività è la capacità di un atomo di attirare a sé gli elettroni di un altro atomo.

Nella tavola periodica questa capacità aumenta da sinistra verso destra lungo i periodi e diminuisce dall’alto verso il basso lungo i gruppi. Il fluoro (F) è l’elemento con maggiore elettronegatività mentre il francio (Fr) è quello meno elettronegativo.

Gli elementi meno stabili, ovvero quelli più reattivi, tendono a combinarsi tra loro alla ricerca degli elementi che completino il livello energetico più esterno che per essere completo ha bisogno di otto elettroni, per questo si dice “regola dell’ottetto elettronico”.

Nella tavola periodica, passando dal primo all’ ottavo gruppo il livello energetico più esterno si arricchisce di elettroni fino a completarsi con otto elettroni. 

Gli elementi dell’ottavo gruppo saranno quelli più stabili e meno reattivi e sono detti gas nobili o inerti. Da notare che l’elio (He) è l’unico gas nobile stabile con soli due elettroni all’ orbitale più esterno.

La maggior parte degli elementi appartiene alla categoria dei metalli.

Le loro caratteristiche principali sono:

• sono solidi a temperatura ambiente (tranne il mercurio (Hg) che è liquido);
• hanno buona conducibilità elettrica e termica, aspetto metallico e lucente, duttilità, malleabilità, punto di fusione elevato e densità elevata;
• cedono facilmente uno o più elettroni;
• si legano con altri atomi dello stesso metallo.

I più noti sono oro, argento, rame, ferro, alluminio e titanio.

I non metalli sono posizionati a destra della tavola periodica e hanno comportamento opposto rispetto ai metalli:

• possono essere solidi, liquidi o gassosi;
• sono cattivi conduttori di elettricità e calore;
• non sono duttili e malleabili;
• sono opachi.

I semimetalli hanno caratteristiche intermedie fra i metalli e i non metalli. Sono detti anche semiconduttori.

I più noti sono il silicio (Si) e il germanio (Ge) che sono utilizzati nel campo dell’elettronica.