CAPITOLO 4
Il sistema periodico
Il primo che classificò gli elementi noti del suo tempo fu Mendeleev che nel 1869 ordinò i 63 elementi noti
secondo la massa atomica crescente, facendo righe da 7 elementi (i gas nobili non erano ancora stati scoperti) e
anche se vi erano dei buchi nella sua tabella previde che esistevano degli elementi che non erano ancora scoperti
che potessero tappare quei buchi. Infatti pochi anni più tardi alcuni scienziati scoprirono gli elementi che
Mendeleev aveva previsto. Nella tabella moderna il posto occupato da ciascun elemento è stabilito dal
numero atomico che indica il numero di protoni nel nucleo (e gli elettroni all’esterno). Gli elettroni su una
stessa colonna rappresentano caratteristiche simile per quanto riguarda gli elettroni negli orbitali più esterni e
quindi sono chiamati gruppo. Gli elettroni più esterni sono detti elettroni di valenza. Gli elementi del primo
gruppo hanno un solo elettrone nel sottolivello più esterno (in questo caso s) che è detto guscio di valenza e
sono detti metalli alcalini. Quelli del secondo gruppo sono metalli alcalino-terrosi e hanno due elettroni sul
guscio di valenza. Le differenze tra la tabella di Mendeleev e la moderna sono:
Gli elementi sono ordinati secondo numero atomico e non peso atomico.
Gli elementi sono 118.
Le righe formano i periodi, che ci indicano il livello principale di energia (numero quantico principale)
dove si trovano gli elettroni di valenza.
Le colonne formano i gruppi, che hanno una doppia numerazione, una in numeri arabi, l’altra in numeri
romani che significa quanti elettroni ci sono nei gusci di valenza. L’ultimo gruppo fanno parte i gas nobile
che hanno 8 elettroni nel guscio di valenza e hanno una bassissima reattività in quanto sono stabili.
Fra il gruppo II e III vi sono gli elementi di transizione che hanno gli elettroni di valenza nei sottolivelli d.
In fondo alla tavola ci sono due file di 14 elementi che costituiscono le due serie di lantanidi e attinidi che
hanno gli elettroni di valenza nei sottolivelli f.
Gli elettroni che si trovano nello stesso gruppo hanno lo stesso numero di elettroni nel livello energetico più
esterno e hanno proprietà chimiche simili e fanno parte della stessa famiglia. Lo strato più esterno viene anche
chiamato strato di valenza. Per indicare la struttura degli elettroni che hanno come livello esterno orbitali s o p
si usano i simboli di Lewis, ovvero scrivere intorno al simbolo dell’elemento considerato tanti puntini quanti
sono gli elettrno di valenza.
Il raggio atomico è la metà della distanza minima di avvicinamento fra due atomi dello stesso elemento. Il
volume atomico è lo spazio occupato da una mole dell’elemento. Nella tabella periodica i raggi e i volumi
atomici decrescono da sinistra verso destra e aumentano dall’alto verso il basso. Il raggio e il volume sono
influenzati dal numero quantico principale e dagli elettroni interni, cioè quelli nei livelli energetici inferiori.
L’aumento del numero degli elettroni in elettroni dello stesso periodo provoca una contrazione della nube
atomica (insieme dello spazio occupato da elettroni e protoni) e quindi una diminuzione del raggio atomico.
Se forniamo energia a un atomo, i suoi elettroni possono effettuare salti quantici verso livelli più esterni, aventi
energia più alta. Con energia ancora maggiore l'elettrone può essere espulso definitivamente dall'atomo. Il processo si chiama ionizzazione. L'energia necessaria per «strappare» un elettrone dall'atomo è detta energia di
ionizzazione. Fornendo una quantità crescente di energia, è possibile allontanare dall'atomo un elettrone alla
volta, ottenendo ioni con carica positiva, cioè cationi.
L'energia di ionizzazione si esprime in kj/mol, cioè l'energia necessaria a rimuovere una mole di elettroni da
una mole di atomi. L'energia necessaria per togliere ad un elemento il primo elettrone viene denominata energia
di prima ionizzazione e cosi via. Più elettroni togliamo ad un elemento più energia impiegheremo. Per calcolare
l’energia di ionizzazione l’elemento viene introdotto in un tubo di vetro sotto vuoto e vengono applicati
potenziali elettrici crescenti. Negli elettroni che si trovano su orbitali con lo stesso numero quantico l’aumento
di energia di ionizzazione è minore rispetto a elettroni che si trovano su orbitale con diverso numero quantico.
Esempio se vogliamo togliere un elettrone su un orbitale 3s impiegheremo molta meno energia rispetto a
togliere un elettrone che si trova sull’orbitale 2p. Nella tabella periodica l’energia di ionizzazione è massima in
alto a destra e minima in basso a sinistra.
Al contrario se un atomo cattura degli elettrone emette energia. L’energia liberata è detta affinità elettronica.
L’affinità come l’energia di ionizzazione si misura in kj/mole e nella tabella periodica è massima in alto a destra
e minima in basso a sinistra.
L’elettronegatività di un elemento misura la sua tendenza ad attrarre elettroni nel legame con altri elettroni.
Quando due atomi formano un legame scambiandosi elettroni l’elettronegatività ci permette di capire se gli
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elettroni saranno equidistanti dai due nuclei o saranno spostati verso uno dei due. Nella tabella periodica
l’elettronegatività è massima in alto a destra e minima in basso a sinistra.
Gli elementi chimici si dividono in metalli non metalli e semimetalli. Nella tabella periodica quelli più in alto a
destra non hanno proprietà metalliche mentre mano a mano che ci si avvicina alla parte in basso a sinistra gli
elementi avranno proprietà metalliche. I metalli sono in genere solidi (a parte il mercurio che è liquido) duri,
hanno lucentezza metallica, sono buoni conduttori, sono duttili e malleabili. Molte delle proprietà chimiche dei
metalli dipendono dalla loro tendenza a perdere gli elettroni, soprattutto quelli del I e II gruppo. Gli atomi dei
metalli occupano posizione quasi fisse nei cristalli. Gli ioni metallici occupano posizioni fisse mentre alcuni
elettroni più esterni si muovono liberamente da un atomo ad un altro. Esistono inoltre i metalli di transizione
che riempiono i sottolivelli d e che sono molto simili tra loro: esistono anche i lantanidi e gli attinidi.
Gli elementi essenziali per la vita sono solo 26 o al massimo 39, ma solo 10 costituiscono più del 99%
dell’organismo umano.
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