MENDELEEV E LA TAVOLA PERIODICA

Abbiamo visto che tutti gli elementi chimici, sia naturali, che artificiali , sono disposti in una particolare tabella, chiamata " Tavola Periodica degli Elementi".

In essa, in ogni casella , sono indicati il simbolo chimico ed il nome, il numero atomico ( in alto a sinistra ) e la massa atomica ( sotto il simbolo). Quella riportata qui sotto inoltre è interattiva e ci fa vedere anche il numero di elettroni nei vari strati, oltre a darci notizie sulle proprietà fisiche di quel dato elemento.

Gli elementi della tavola sono disposti in colonne verticali, dette gruppi, e in righe orizzontali , chiamate periodi.

Gli elementi che si trovano nello stesso gruppo hanno la stessa configurazione elettronica dello strato più esterno. 

Gli elementi dello stesso gruppo hanno proprietà chimiche molto simili, mentre gli elementi di ciascun periodo hanno proprietà che variano gradualmente.

Tra i primi e gli ultimi elementi dello stesso periodo c'è una grandissima differenza chimica.

Si conclude che: le caratteristiche chimiche degli elementi dipendono dalla configurazione elettronica dello strato più esterno.

Questa dunque è la legge naturale che ha permesso a Mendeleev di fare la sua classificazione senza conoscere nulla della struttura degli atomi, ma semplicemente basandosi sulla regolarità delle caratteristiche chimiche e fisiche degli elementi. le sue osservazioni furono così precise che gli consentirono di prevedere l'esistenza di elementi ancora sconosciuti ai suoi tempi.

Ma scopriamo meglio chi era Mendeleev: 

http://online.scuola.zanichelli.it/esploriamolachimica/files/2010/03/Zanichelli_Valitutti_Mendeleev.pdf

Dmitrij Ivanovic Mendeleev nacque a in Siberia nel 1834 e morì a San Pietroburgo nel 1907. Nel 1860 partecipò al primo Congresso internazionale di chimica a Karlsruhe (nell’attuale Germania) e nel 1869 elaborò la prima tavola periodica. Mendeleev insegnò all’Università di San Pietroburgo; l’elemento 101 della tavola periodica moderna è chiamato mendelevio in suo onore.

Mendeleev viene considerato anche uno dei padri dell’industria petrolifera russa. Si dedicò inoltre a studi sulle proprietà dei gas, formulando l’anticipazione di quella che verrà chiamata temperatura critica, e costruendo diversi strumenti per ricerche di tipo applicativo.

La tavola periodica moderna deve la sua nascita alle discussioni in occasione del congresso di chimica di Karlsurhe. Al convegno, infatti, uno tra gli argomenti principali fu il metodo da utilizzare per la determinazione delle masse atomiche. Mendeleev e il tedesco Julius Lothar Meyer vi parteciparono e la conferenza stimolò in loro il pensiero sulla classificazione degli elementi e su come le «reali» masse atomiche potessero essere alla base della classificazione.

A San Pietroburgo Mendeleev afffrontò con successo il problema dell’ordine dei circa sessanta elementi a lui noti. Mendeleev utilizzò come criterio la massa atomica per cercare di attribuire un ordine agli elementi, ma si concentrò sulle affinità nelle proprietà chimiche. Il russo ordinò gli elementi per massa atomica crescente. Nella prima versione della tavola l’idrogeno era a parte, seguito da righe di sette elementi ciascuna (non erano ancora stati scoperti i gas nobili). La seconda versione prevedeva già una disposizione in righe e colonne, in modo che tutti gli elementi con proprietà chimiche simili si trovassero nella stessa colonna.

Mendeleev lasciò spazi vuoti nei punti in cui le proprietà chimiche non corrispondevano a quelle del gruppo.

Egli previde, per gli elementi ancora sconosciuti, sia la massa atomica sia le proprietà chimiche. In particolare, lasciò vuoti gli spazi sotto boro, alluminio e silicio e chiamò questi elementi rispettivamente eka-boro, ekaalluminio, eka-silicio. Alcuni anni dopo furono scoperti gli elementi gallio (1875), scandio (1876) e germanio (1886), che possedevano proprietà analoghe a quelle previste per eka-boro, eka-alluminio ed eka-silicio. Furono queste previsioni, confermate dai dati sperimentali,a convincere la comunità scientifica del valore della tavola periodica.

Nel 1894, dopo avere scoperto l’argon, il chimico William Ramsay cercò di dimostrare l’esistenza di altri

gas con caratteristiche simili, perché aveva capito che il nuovo elemento non poteva essere collocato in nessuna delle colonne già esistenti. Ramsay scoprì così anche elio, neon, cripton e xenon, ottenendo l’ottava colonna della tavola periodica.

La scoperta del nucleo consentì in seguito la definitiva spiegazione della regolarità della tavola periodica.

Nel 1913 Henry G. J. Moseley completò il lavoro di Mendeleev arrivando alla conclusione che è il numero atomico e non la massa atomica il principio su cui basare la classificazione periodica.

Ecco qui una tavola periodica minimalista, in cui sono  rappresentati solo gli elettroni ( ogni elettrone è un puntino ), ideata dalla  designer Allison Haigh.
L'idrogeno, che ha numero atomico (cioè numero di protoni) e numero di elettroni pari ad uno, è rappresentato da un solo puntino. Inoltre, la posizione dell’elemento rimane invariata rispetto alla sua posizione nella versione “classica” della tavola: ad esempio, l’idrogeno si trova nell’angolo in alto a sinistra della tavola, mentre l’elio si trova nell’angolo in alto a destra. Seguendo l’andamento della tavola, dunque, il numero di puntini, e dunque di elettroni, andrà aumentando se si procede da sinistra a destra lungo un periodo (che è una riga della tavola periodica). Ma non è tutto. Questi puntini infatti sono disposti in una particolare forma simmetrica, piuttosto attraente, che consente di cogliere visivamente, in maniera rapida, le differenze tra i diversi elementi.

L'ATOMO IN PILLOLE

L'atomo, la particella che come un mattone costituisce tutta la materia, non è un corpicciolo semplice. Esso è a sua volta composto da particelle elementari piccolissime: i protoni, i neutroni e gli elettroni.

I protoni e i neutroni formano insieme quello che possiamo definire il cuore dell'atomo: il nucleo.

Queste due particelle hanno più o meno la stessa massa, cioè sono formate da una quantità di materia quasi uguale. Il protone, però, è diverso dal neutrone perché ha una proprietà, chiamata carica elettrica positiva, che il neutrone non possiede. 

Attorno al nucleo ruotano rapidissimamente gli elettroni, che sono carichi negativamente e la cui massa è di circa 2.000 volte inferiore a quella di un protone, precisamente ne servono 1836 per uguagliare la massa di un protone. I fisici hanno calcolato che un elettrone pesa mediamente 9X10-28 grammi, il che significa che per ottenere un grammo di elettroni dovremmo accumularne novecento miliardi di miliardi di miliardi. 

In un atomo in condizioni normali il numero degli elettroni è sempre uguale a quello dei protoni: a un certo numero di cariche positive corrisponde un ugual numero di cariche negative. L'atomo, dunque, risulta neutro, né positivo né negativo.

Gli elettroni, il cui numero varia da elemento a elemento,  come abbiamo detto, sono in continuo movimento e ruotano attorno al nucleo come i pianeti intorno al sole, con la sola differenza che le orbite sono meno precise. Le ridottissime dimensioni e l'altissima velocità, tipiche degli elettroni, fanno si che l'orbita tracciata da questa piccola particella appaia all'occhio umano come una specie di onda luminosa, in cui è impossibile individuare la posizione dell'elettrone.

 Il numero di protoni ( e quindi degli elettroni ) nel nucleo è detto numero atomico e si abbrevia con la lettera maiuscola Z; Con il numero di massa si indica la somma del numero dei neutroni  e dei protoni.

Pur essendo tutti formati dalle stesse particelle, gli atomi non sono tutti uguali tra loro: alcuni sono più piccoli, altri più grandi e questo dipende dal numero di protoni del suo nucleo. 

Immagine dell'orbita di un elettrone in un atomo di idrogeno H

L'atomo che possiede 7 protoni è quello dell'azoto, una sostanza presente nell'aria; l'atomo con numero atomico 8, cioè con 8 protoni, è l'ossigeno.

Ecco qui  il nome di altri atomi: carbonio, rame, ferro, oro, argento, sodio, cloro...

Ogni elemento chimico, per brevità, è indicato con un simbolo, che deriva dal nome dell'atomo. Ogni simbolo è formato dalla prima o dalle prime due lettere del nome dell'atomo, per non creare confusione tra atomi i cui nomi hanno la stessa iniziale

Per esempio il simbolo del carbonio è C (si legge ci), quello del calcio è Ca (si legge ci-a) e quello del cloro è Cl (si legge ci-elle). Ci sono poi alcuni elementi il cui simbolo è molto diverso da quello del loro nome.

Così il simbolo dell'oro è Au, perché è ricavato dal termine latino aurum; quello del rame è Cu, perché gli antichi romani chiamavano il rame cuprum. 

Il nucleo è circa 100 000 volte più piccolo dell'intero atomo, esso perciò è estremamente denso, tra i diametri del nucleo e dell’atomo c’e un rapporto pari a quello fra la capocchia di uno spillo e la cupola della basilica di San Pietro a Roma. Poiché tutto sulla terra è fatto di atomi, ciò vuol dire che il nostro corpo e la sedia su cui siamo seduti, sono composti da una quantità di spazio vuoto un milione di milioni di volte maggiore dello spazio occupato dalla materia.

La tavola periodica degli elementi è lo schema col quale vengono ordinati gli atomi sulla base del loro numero atomico.  Ideata dal chimico russo Mendeleev nel 1869, inizialmente contava numerosi spazi vuoti, previsti per gli elementi che sarebbero stati scoperti in futuro, taluni nella seconda metà del 1900. 

A questo punto verrebbe naturale domandarsi: che cosa tiene uniti i protoni, che sono di carica positiva? I protoni sono legati fra loro da una forza cento volte più forte di quella elettrica; questa forza misteriosa prende il nome di interazione forte. I neutroni hanno la funzione di stabilizzare il nucleo, ma quando i protoni sono molti, l'atomo diventa instabile ed emette radiazioni o particelle ( elettoni, protoni, raggi gamma)