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La tavola periodica
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Mendeleev
Mendeleev: la tavola periodica degli elementiGli 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”.
Tavola periodica
LiNa
K
CaSr
Ba
FCl
BrI
metalli alcalini
metalli alcalino terrosi
alogeni
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Mendeleev
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.
Tavola periodica
Apparve evidente che le proprietà degli elementi si ripetevano con
regolarità periodica e ordinata, per cui tale disposizione prese il
nome di
tavola periodica degli elementi.
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Mendeleev
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:
UD10 Tavola periodica
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mappa Mendeleev
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.
UD10 Tavola periodica
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Mendeleev
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).
Tavola periodica
Germanio scoperto da Clemens Winkler nel 1886
Gallio scoperto Lecoq de Boisbaudran nel 1875
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Pina Russo
La tavola periodica attuale: le configurazioni esterne
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 sistemazione anche gli elementi
che sono stati via via scoperti o prodotti artificialmente, fino agli
attuali 116.
Tavola periodica
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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Pina Russo
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.
Tavola periodica
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Pina Russo
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.
Tavola periodica
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Pina Russo
Le colonne ottenute dalla sovrapposizione dei periodi hanno la caratteristicadi ospitare elementi con una configurazione elettronica simile nel livello più esterno.
Tavola periodica
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Pina Russo
Per esempio, gli elementi della seconda colonna costituiscono un gruppo, perché hanno le seguenti configurazioni elettroniche:
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
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Pina Russo
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:
Tavola periodica
Analogamente, in quelli del gruppo III B i tre elettroni hanno configurazione (n – 1) d1ns2:
1s22s22p1 boro
[Ne]3s23p1 alluminio
[Kr]4d15s2 ittrio
[Ar]3d14s2 scandio
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Pina Russo
Molti dei gruppi hanno anche nomi particolari derivanti dalle loro caratteristiche o dal comportamento dei loro composti.
Tavola periodica
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Pina Russo
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
periodica di Mendeleev.
Tavola periodica
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Pina Russo
L’osservazione di Moseley dimostrava che Mendeleev aveva
disposto gli elementi secondo una loro proprietà non ancora
nota e costituiva anche la prova definitiva che la responsabile
della periodicità non era la massa atomica.
L’accumularsi delle conoscenze sulla struttura dell’atomo,
mostrò che:
Tavola periodica
Numero d’ordine di Mendeleev= numero atomico (Z)
17Pina Russo
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.
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