TAVOLA PERIODICA

Tavola periodica degli elementi Schema che racchiude tutti gli elementi chimici, disposti in ordine di numero atomico crescente e in modo da rispettare le loro caratteristiche periodiche. Gli elementi sono suddivisi in sette righe orizzontali, chiamate periodi, e in diciotto colonne verticali, dette gruppi. Il primo periodo, che contiene solo due elementi, idrogeno ed elio, e i due periodi successivi, che contengono ciascuno otto elementi, sono definiti periodi corti. Gli altri, chiamati periodi lunghi, possono contenere da 18 (come i periodi 4 e 5) a 32 elementi (come il 6). Il periodo 7 comprende la serie degli attinoidi, ottenuta sintetizzando artificialmente nuclei radioattivi di numero atomico maggiore di 92 (corrispondente all'uranio).

Le colonne verticali, o gruppi, sono numerate da sinistra a destra utilizzando numeri romani seguiti dalle lettere A e B. Secondo il metodo di numerazione introdotto dalla International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), invece, si numerano i gruppi semplicemente dall'uno al diciotto, procedendo da sinistra a destra.

Tutti gli elementi che appartengono a un determinato gruppo hanno proprietà chimiche molto simili e, al contempo, molto differenti da quelle degli elementi di altri gruppi. Ad esempio, gli elementi del gruppo 1 (o IA), sono metalli, con l'eccezione dell'idrogeno, e hanno stato di ossidazione +1; invece, quelli del gruppo 17 (o VIIB), con l'eccezione dell'astato, sono non metalli che presentano stato di ossidazione -1 nella maggior parte dei loro composti.

Teoria del guscio elettronico

Nella classificazione periodica, i gas nobili (gruppo VIIIB), che sono totalmente non reattivi (stato di ossidazione pari a 0), occupano posizioni comprese tra quelle dei metalli altamente reattivi di stato di ossidazione +1 e quelle dei non metalli altamente reattivi aventi stato di ossidazione -1. L'osservazione di questa situazione ha portato alla formulazione della teoria secondo la quale la periodicità delle proprietà atomiche è dovuta alla disposizione degli elettroni in gusci (o livelli) collocati intorno al nucleo. Secondo tale teoria, i gas nobili sono di norma inerti perché i loro gusci elettronici esterni sono riempiti completamente; gli altri elementi, invece, hanno livelli esterni occupati solo parzialmente e questa incompletezza dà ragione della loro reattività. Infatti, tutti gli elementi del gruppo che nella tavola periodica precedono i gas nobili hanno uno o più elettroni in meno del numero necessario per completare il guscio esterno e mostrano perciò, nella maggior parte dei casi, stato di ossidazione -1; durante una reazione essi tendono infatti ad acquistare un elettrone in modo da completare il livello. Al contrario, gli elementi che si collocano dopo i gas nobili (gruppo IA) hanno un elettrone in eccesso (stato di ossidazione +1), che facilmente cedono nel corso di una reazione chimica.

Analizzando la tavola periodica alla luce di questa teoria, si deduce che il primo guscio può contenere fino a un massimo di due elettroni, il secondo otto, il terzo diciotto e così via. Il numero totale di elementi nel periodo corrisponde al numero totale di elettroni necessario per ottenere una configurazione stabile. I gruppi A e i gruppi B, pur avendo lo stesso numero di elettroni sul livello più esterno, differiscono nella struttura dei gusci più interni. Tale modello fornisce una buona spiegazione della formazione dei legami chimici.

Teoria dei quanti

In seguito allo sviluppo della teoria dei quanti per opera del fisico danese Niels Bohr e di altri scienziati, è stato possibile trovare una precisa giustificazione per molti dettagli strutturali evidenti dallo studio della tavola periodica. Secondo la teoria quantistica, ogni elettrone è caratterizzato da quattro numeri quantici che descrivono il moto orbitale attorno al nucleo. In base alle regole di selezione che regolano questi numeri quantici e al principio di esclusione di Wolfgang Pauli (che afferma che due elettroni non possono mai avere lo stesso insieme di numeri quantici), è possibile determinare teoricamente il numero massimo di elettroni richiesti per completare ogni guscio: in questo modo sono state confermate le ipotesi elaborate dalla semplice osservazione della disposizione degli atomi nella tavola periodica.

Ulteriori sviluppi della teoria quantistica hanno giustificato il fatto che alcuni elementi sono incompleti solo nel livello più esterno (quello di valenza), mentre altri hanno incompleti anche alcuni gusci più interni: in quest'ultimo caso ricade il gruppo di elementi che costituiscono la serie dei lantanidi, che hanno proprietà estremamente simili.

I lunghi periodi L'applicazione della teoria quantistica della struttura atomica alla legge della periodicità ha portato a ridisegnare la tavola periodica nella cosiddetta forma dei "lunghi periodi", che mette in evidenza appunto l'interpretazione elettronica. In questa nuova forma, muovendosi lungo un periodo si riesce a ricostruire il processo di riempimento di un guscio elettronico. Gli elementi allineati hanno strutture elettroniche strettamente somiglianti. Gli atomi all'inizio e alla fine di un lungo periodo differiscono per gli elettroni presenti nel livello di valenza; al contrario, nellla zona centrale di un lungo periodo gli atomi hanno un numero differente di elettroni nei gusci più interni.

 

L'applicazione della teoria quantistica della struttura atomica alla legge della periodicità ha portato a ridisegnare la tavola periodica nella cosiddetta forma dei "lunghi periodi", che mette in evidenza appunto l'interpretazione elettronica. In questa nuova forma, muovendosi lungo un periodo si riesce a ricostruire il processo di riempimento di un guscio elettronico. Gli elementi allineati hanno strutture elettroniche strettamente somiglianti. Gli atomi all'inizio e alla fine di un lungo periodo differiscono per gli elettroni presenti nel livello di valenza; al contrario, nellla zona centrale di un lungo periodo gli atomi hanno un numero differente di elettroni nei gusci più interni.