Le caratteristiche della Tavola Periodica

Argomenti trattati: Caratteristiche degli elementi nella tavola periodica - Informazioni fornite dalla tavola - Periodicità chimica e classificazione degli elementi - Elementi di transizione - Composizione elementare e composti - L’ipotesi d’Avogadro - Peso atomico relativo - Esempio



Caratteristiche degli elementi nella tavola periodica

A sinistra e al centro sono situati i metalli, la maggior parte degli elementi, a destra i non – metalli.

Le proprietà tipiche dei metalli sono: durezza, lucentezza, duttilità, malleabilità e sono buoni conduttore di corrente elettrica e di calore.
I gruppi I A, gruppo dei metalli alcalini, e II A, gruppo dei metalli alcalino – terrosi, contengono i metalli più reattivi.
Dall’altra parte della tavola si trovano i non – metalli, nei gruppi VI A, VII A, VIII A: il gruppo VI A è chiamato gruppo dei calcogeni, il VII A gruppo degli alogeni, gli elementi del gruppo VIII A sono chiamati gas nobili o gas rari.
Gli elementi dai gruppi dal III A al V A comprendono sia metalli che non – metalli.
Il carattere metallico degli elementi aumenta man mano che si scende nella tavola e l’ultimo membro di ciascun gruppo manifesta proprietà metalliche.

La classificazione degli elementi come metalli o non – metalli avviene in base alla loro struttura elettronica: gli elementi con tre o meno elettroni nel livello esterno sono considerati metalli, gli elementi con cinque o più elettroni nel livello esterno sono considerati non – metalli.
Alcuni elementi hanno caratteristiche sia metalliche sia non metalliche e sono indicati come semimetalli.
Gli elementi dei gruppi dal I B al VIII B sono chiamati elementi di transizione e mostrano tutti caratteristiche metalliche.

Informazioni fornite dalla tavola

Oggi si conoscono 109 elementi: 91 di questi sono naturali e 18 sono stati ottenuti artificialmente.

• Massa atomica: è il rapporto tra la massa dell’elemento e la dodicesima parte della massa del 12C, presa come unità di misura. Il valore fornito dalla tabella è quello della massa atomica media degli isotopi dell’elemento.
• Massa atomica relativa: la media della massa di un campione di atomi di un elemento confrontata con un valore di riferimento.
• Peso (o massa) molecolare: è la somma delle masse atomiche dei singoli atomi che compongono la molecola.
• Energia di ionizzazione (E.I.): è l’energia che si deve fornire all’atomo per strappargli un elettrone. Il valore dell’EI dà l’idea della tendenza dell’atomo a cedere elettroni: più alto sarà il valore, minore sarà la tendenza dell’atomo a cedere elettroni. Tale energia aumenta dal basso verso l’alto e da sinistra verso destra, perciò i gas nobili hanno i valori di EI più alti.
• Affinità elettronica (A.E.): è l’energia ceduta da un atomo quando acquista un elettrone. è inversamente proporzionale all’EI, dunque è bassissima nei gas nobili.
• Elettronegatività: dà la misura del potere di attrazione di un atomo sugli elettroni che mette in comune, cede o acquista con, agli e dagli altri atomi per raggiungere la stabilità. Coincide con l’AE.
• Valenza: è la capacità di un elemento di formare legami con altri atomi e si valuta in base al numero di elettroni presi, ceduti e messi in comune fra due atomi.
• Valenza base: è data dal numero di elettroni spaiati nello stato fondamentale. Alcuni elementi possono avere più di una valenza perché se forniamo loro energia gli elettroni possono saltare in orbitali più esterni.
• Numero di ossidazione (N.O.): tende a sostituire il concetto di valenza. In valore assoluto rappresenta la valenza, ma può avere segno diverso. Il segno è positivo quando l’atomo si lega con un atomo più elettronegativo di lui

Periodicità chimica e classificazione degli elementi
La periodicità chimica è il ripetersi periodico di proprietà fisico-chimiche simili all’aumentare della massa atomica. L’importanza della scoperta dell’ordine in natura è legata principalmente alla possibilità di poter fare delle previsioni.

Le proprietà
Vi sono tre proprietà con le quali è possibile lavorare facilmente: la conducibilità elettrica, il numero di atomi di idrogeno con i quali l’elemento si combina e la massa atomica.
La tavola periodica degli elementi è uno strumento particolarmente utile. Essa suddivide gli elementi in periodi cioè linee orizzontali che comprendono un ciclo completo di variazioni nel comportamento chimico (cioè in base al numero di idrogeni con i quali ciascun elemento reagisce). Ogni colonna costituisce un gruppo con un comportamento chimico analogo.
Tutti gli elementi della prima colonna, ad esempio, sono metalli reattivi che si comportano in maniera simile. I gas nobili sono tutti raggruppati verticalmente nell’ultima colonna a destra della tavola.


Elementi di transizione
Gli elementi di transizione che sono tutti metalli, sono compresi tra le due colonne dei metalli a sinistra e le sei colonne dei non metalli a destra. I metalli di transizione hanno in comune una disposizione degli elettroni più esterni che non è presente né negli elementi delle due colonne di destra né in quelli delle sei colonne di sinistra. Il numero atomico mostra il posto dell’elemento nella tavola periodica.

Metalli: gruppo di elementi che sono buoni conduttori elettrici e malleabili.
Non metalli: tutti gli elementi che non conducono elettricità.
Periodicità chimica: il ripetersi ciclico o periodico di proprietà chimico-fisiche causato dalla disposizione degli elettroni e dall’aumentare della massa atomica.
Semimetalli: elementi che hanno proprietà dei metalli e dei non metalli.
Tavola periodica degli elementi: tavola in cui gli elementi sono ordinati secondo il numero atomico crescente.


Composizione elementare e composti
Quando l’acqua viene divisa nei suoi due componenti il volume d’idrogeno prodotto è il doppio del volume d’ossigeno. È stato infatti osservato che ogni volta che i gas reagiscono per formare dei composti, essi si combinano in rapporti pari a piccoli numeri interi. Queste scoperte gettarono le basi per la determinazione del peso relativo degli atomi.


L’ipotesi d’Avogadro
Avogadro formulò l’ipotesi che il numero degli atomi o delle molecole che costituiscono un gas fosse molto piccolo in confronto allo spazio da essi occupato e che fossero in continuo movimento.
Inoltre propose che se un gruppo di campioni di gas viene tenuto alla stessa temperatura e pressione, il volume da essi occupato fosse direttamente proporzionale al numero d’atomi di gas o di molecole che provocavano gli urti.
In conclusione sostenne che il numero d’atomi in un campione di gas è direttamente proporzionale al suo volume.


Peso atomico relativo
L’ipotesi d’Avogadro servì a determinare il peso atomico relativo degli atomi, infatti, se dividendo l’acqua negli elementi che la costituiscono gli atomi d’idrogeno sono il doppio di quelli dell’ossigeno, è possibile calcolare quanto più pesante l’ossigeno è rispetto all’idrogeno.


Esempio:
Se due volumi d’idrogeno formano l’11,11% della massa totale dell’acqua, un volume d’idrogeno costituisce il 5,555% della massa del campione ed un numero uguale d’atomi d’ossigeno costituisce l’88,89% della massa.
Per acqua:   88,89g di O : 5,555g di H = 16,00
Quindi un atomo di ossigeno è 16 volte più pesante di un atomo di idrogeno.

Esperimenti analoghi eseguiti con altri composti hanno rivelato come sia possibile ordinare gli elementi in base alla loro massa atomica relativa. Il miglior sostegno a favore di questo concetto derivò dalla sua coerenza interna.
Quando venne determinata una scala delle masse atomiche relative per un certo numero di elementi, gli elementi conosciuti poterono essere misurati nei diversi composti con lo stesso risultato.
In un primo momento tutti gli elementi vennero confrontati con l’idrogeno, l’elemento più leggero (m.a. 1,00).
Attualmente la scala è costruita prendendo come punto di riferimento l’atomo di carbonio, a cui è stato assegnato un valore pari a 12.  L’unità di base usata per la massa atomica prende il nome di unità di massa atomica (uma) ed è uguale ad un dodicesimo esatto della massa del carbonio-12.