TAVOLA PERIODICA DI MENDELEEV

Tavola periodica

Alcuni atomi hanno l'ultimo livello energetico (guscio) completo e, dal punto di vista chimico-fisico, sono tutti gas monoatomici a temperatura e pressione ambiente, sono molto stabili chimicamente (questa mancanza di reattività ha reso molto difficile la loro scoperta), hanno energia di ionizzazione alta e affinità elettronica quasi nulla. Sono stati perciò chiamati "gas nobili".

l'elio He (Z=2) ha guscio K completo

il neon Ne (Z=10) ha anche il guscio L completo

l'argon Ar (Z=18) ha anche il guscio M completo

il kripton Kr (Z=36) ha anche il guscio N completo

lo xenon Xe (Z=54) ha anche il guscio O completo

il radon Rn (Z=86) ha anche il guscio P completo

Gli atomi che li seguono (litio Li con 2s1, sodio Na con 3s1, potassio K con 4s1, rubidio Rb con 5s1, cesio Cs con 6s1, francio Fr con 7s1) hanno ognuno 1 elettrone nell'orbitale s del guscio superiore, ed hanno anch'essi caratteristiche molto simili tra loro: analogo comportamento chimico, analogo comportamento nell'esperienza di Stern e Gerlach, hanno energia di ionizzazione molto bassa e affinità elettroniche paragonabili tra loro... Sono stati chiamati "metalli alcalini".

Analogamente a questi, si possono riconoscere altre "classi" o famiglie di atomi, che sono dette "gruppi", come: i "metalli alcalino-terrosi" (berillio Be, magnesio Mg, calcio Ca, bario Ba, stronzio Sr, radio Ra) con configurazione degli elettroni esterni ns2 ,  o  gli "alogeni" (fluoro F, cloro Cl, bromo Br, iodio I, astato At), con configurazione degli elettroni esterni ns2 np5

Le caratteristiche chimiche indicano che gli atomi tendono, formando legami con altri, ad assumere la configurazione elettronica del gas nobile che li precede o che li segue (poiché, come sappiamo, è una configurazione molto stabile): il comportamento chimico dipende perciò dal numero di elettroni esterni. Così ogni atomo avrà la tendenza a legarsi con altri atomi secondo rapporti precisi (stechiometrici), che sono definiti come valenza dell'atomo. Per esempio, con H: LiH (litio idruro), BeH2 (berillio idruro), BH3 (boro idruro), CH4 (metano), NH3 (ammoniaca), H2O (acqua), HF (acido fluoridrico).

Analoghe sequenze si possono riscontrare al crescere di Z e in composti con altri atomi oltre che con H. Poiché H può perdere o acquistare un solo elettrone il numero di H legati ad ogni atomo è una "valenza" o meglio il numero d'ossidazione di quell'atomo. Notare che in ogni composto i due atomi componenti assumono formalmente la configurazione di un gas nobile (regola dell'ottetto): He oppure protone "nudo" per H, He o Ne per gli altri.

In base a queste osservazioni sulla periodicità delle caratteristiche elettroniche, chimiche (reattività), fisiche (per esempio stato di aggregazione), chimico-fisiche, si è cercato di organizzare gli elementi in un "sistema periodico", in cui gli elementi a configurazione elettronica simile siano allineati su colonne dette "gruppi", mentre le sequenze legate al riempimento dei vari gusci, sono detti "periodi".

Molti studiosi hanno cercato di farlo, per esempio: A.E.B. de Chancourtois (elica telluriana), J. W. Döbereiner (sistema delle triadi), J.A.R. Newlands (legge delle ottave), Julius Lothar Meyer (1830-1895).

Spetta però a Dmitrij Ivanoviç Mendeleev (1834-1907) la costruzione di una tavola periodica che ancora oggi, opportunamente rimaneggiata, viene utilizzata. La sua tesi fu completamente accettata quando, nel giro di pochi anni, furono scoperti e identificati alcuni elementi, di cui egli aveva ipotizzato non solo l'esistenza ma anche le proprietà in base alla periodicità, e che corrispondevano perfettamente alle sue previsioni, cioè: il gallio Ga scoperto, lo scandio Sc,  il germanio Ge. Mendeleev aveva infatti previsto l'esistenza del Ga (da lui chiamato ekaalluminio), dello Sc (ekaboro), del Ge (ekasilicio), in cui aveva utilizzato la radice sanscrita "eka" (che significa "uno"), dato che questi elementi venivano subito sotto, nella sua tavola periodica, di Al, B, Si. I nomi attuali sono stati dati in onore degli stati da cui provenivano gli scopritori, Francia (Gallio), Svezia (Scandio), Germania (Germanio). Nella sua ipotesi mancava il gruppo dei gas nobili (o gruppo zero), che, date le difficoltà di individuazione legate alla loro mancanza di reattività chimica, furono scoperti solo molto più tardi, ad opera di altri scienziati; questa scoperta risolse un grosso problema di collocazione degli atomi nella tabella. La tavola originale  risale al 1871, ma la prima stesura autografa, anche se meno completa, è del 17 febbraio 1869. L'organizzazione della tavola è basata su una sequenza di pesi atomici, non di numeri atomici (le conoscenze del tempo non permettevano di ipotizzarli), come quella che usiamo attualmente. Quello riportato è uno schema ridotto; ma si possono notare gli atomi di cui egli aveva previsto non solo l'esistenza (indicata con il segno -) ma anche proprietà e peso atomico; le proprietà sono individuate dai gruppi; inoltre aveva suddiviso, anche se non in modo corretto, gli atomi in periodi. Ci sono alcune incongruenze, per esempio per quanto riguarda la composizione dei periodi, la mancanza delle serie di transizione, del gruppo dei gas nobili etc. Ma sostanzialmente questo documento costituisce la base di costruzione delle attuali tabelle periodiche degli elementi, che superano ormai Z=106. Potremmo ragionevolmente dire che l'intuizione di Mendeleev rappresenti, nella sua complessità di significati e nella sua razionalità, l'essenza stessa della chimica moderna. Nel corso degli anni la "tavola" di Mendeleev è stata modificata e completata; si è giunti ad una sua interpretazione più completa e corretta: le proprietà degli elementi sono funzioni periodiche dei numeri atomici (anziché dei pesi atomici).

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