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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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9

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

10

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

11

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

14

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

16

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.

Tavola periodica