La tavola periodica è senza dubbio lo strumento più utile che possiede un chimico, contenente una serie di scoperte che hanno richiesto SECOLI a venire. FACCIAMO CAPIRE QUALI INFORMAZIONI POSSIAMO OTTENERE SEMPLICEMENTE LEGGENDO LA TABELLA forma quasi rettangolare. In verità, l’immagine che tutti abbiamo nella testa è solo una delle tante rappresentazioni che esistono. Ci sono tabelle in cui gli elementi sono disposti a spirale per formare cerchi più grandi, triangoli e così via. Basta una ricerca su google digitando “tavola periodica alternativa” per avere l’idea.
Perché viene allestito il “classico” sistema di tavoli che vediamo in ogni laboratorio e aula di chimica e non in tutti gli altri? La risposta sta nella facile leggibilità e nel fatto che questa disposizione fornisce anche informazioni preziose a colpo d’occhio. In questo articolo vedremo quali sono queste informazioni.
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Un terzo motivo per cui la forma “classica” del tavolo ha preso piede potrebbe essere che l’ambiente scolastico e accademico in generale non ha voglia di fare nulla di stravagante purché sia semplice e funzioni e troverai sicuramente un posto nella scienza.
SIMBOLI E NUMERI
La tavola periodica “classica” vede ogni elemento disposto in una scatola, generalmente quadrata o rettangolare. All’interno c’è sempre il simbolo che contraddistingue ogni elemento, e questa è la base di ogni tavola periodica. È quindi possibile aggiungere molte altre informazioni sulla natura fisica di un elemento, ovviamente una delle prime cose da aggiungere è il nome dell’elemento.
Diciamo “tavola periodica silenziosa”, questa tavola in cui si trova contiene, oltre al nome e al simbolo, la massa atomica e il numero atomico.
- Numero atomico (Z) = indica il numero di protoni all’interno del nucleo atomico Atomo un elemento specifico.
- Massa atomica (A) = indica la massa relativa di un atomo di un dato elemento, espressa in u.a.a., la massa atomica si calcola utilizzando l’abbondanza isotopica. In pratica fornisce la somma delle masse di protoni e neutroni.
Questa versione è il minimo necessario per utilizzare la tabella nei calcoli stechiometrici.
Tabelle più complete mostrano alcune utili proprietà fisiche, tra le quali ricordiamo:
- Configurazione elettronica
- Elettronegatività
- Affinità elettronica
- Energia di prima ionizzazione
- Densità
- Numeri di ossidazione
- Punti di fusione e di ebollizione
- Stato standard stato fisico
L’elenco potrebbe continuare, ma sono state riportate solo le caratteristiche più comuni
Alcune schede possono avere un colore diverso gli elementi in base al loro stato fisico, magari nero per i solidi, rosso per i liquidi e blu per i gas, per poterne valutare immediatamente queste proprietà.
È anche comune vedere elementi artificiali con un colore diverso dal naturale.
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Domanda
Tra tutti i metalli, il mercurio (Hg) è l’unico liquido a temperatura ambiente, perché questa funzione?
COME SONO ORGANIZZATI GLI ATOMI?
Ora che abbiamo visto come sono organizzate le diverse scatole, qual è l’ordine in cui sono disposte?
La disposizione ovviamente non è casuale, ma segue un ordine ben preciso.
Gli elementi sono disposti per numero atomico crescente
Per capire la forma del tavolo, dobbiamo capire questi 4 tipi di orbitali si verificano con diverse energie. Sono sempre gli stessi orbitali, ma aumentano gradualmente di dimensioni all’aumentare del numero atomico. Per fare un esempio, se prendiamo gli orbitali atomici di tipo s, possiamo trovare 7 diversi tipi di orbitali s con energia e forma gradualmente più grandi. L’orbitale 1s è più piccolo e meno energetico di un orbitale 4s trovato per valori con un numero atomico maggiore.
Dai calcoli della fisica quantistica emergono i seguenti risultati:
- s = ci sono 7 tipi di orbitali s con energia e dimensioni diverse
- p = ci sono 6 tipi di orbitali p con diverse energie e dimensioni
- d = ci sono 4 tipi di orbitali d con energia e dimensioni diverse
- f = ci sono 2 tipi di orbitali f con energia e dimensioni diverse
Ovviamente diamo un’occhiata a quegli orbitali che vengono effettivamente riempiti se trattiamo i 118 elementi conosciuti. In realtà, a livello teorico, esistono infiniti tipi di orbitali con infiniti livelli di energia.
Dalla teoria degli orbitali atomici sappiamo che ogni orbitale può contenere al massimo 2 elettroni, a patto che hanno dopo il principio di esclusione di Pauli una rotazione opposta.
I BLOCCHI
Analizzando la tabella nella foto a inizio articolo, possiamo fare alcune riflessioni sugli orbitali.
- Le colonne di idrogeno e berillio riempiono entrambe gli orbitali 7s di diverse energie. Sono quindi indicati come elementi del blocco. Hanno una configurazione elettronica esterna di tipo ns1 e ns2
- I 6 pilastri che vanno dal boro all’elio riempiono i 6 p orbitali di diverse energie. Sono gli elementi del blocco p e hanno una configurazione elettronica esterna che va da np1 a np6.
- Le 10 colonne, che vanno dallo scandio allo zinco, riempiono gli orbitali di 4a d di energie diverse. Sono chiamati block d metalli e hanno una configurazione esterna che va da nd1 a nd10.
- Le 14 colonne in fondo alla tabella dal cerio al lutezio riempiono gli orbitali 2f di altre energie. Sono gli elementi di Block f e hanno una configurazione elettronica esterna che va da nf1 a nf14.
In sintesi, la tabella è divisa in 4 grandi blocchi in base all’orbitale in cui è stato riempito l’ultimo elettrone aggiunto.
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L’utilità di questa divisione, così immediata, deriva dal fatto che molte proprietà fisiche e reattività chimica sono direttamente assegnabili a quale orbitale atomico quell’elemento in esame riempie. Infatti, se sappiamo come si comporta il litio, possiamo prevedere le proprietà chimiche del cesio, ad esempio, ovviamente non saranno identiche, ma sono straordinariamente simili.
GRUPPI E PERIODI
Ora che abbiamo capito perché il tavolo ha questa forma particolare, passiamo ad analizzare altri dettagli.
Se prendiamo la tabella possiamo assegnare un numero ad ogni colonna, dall’idrogeno al berillio, scendendo allo scandio e salendo all’elio troviamo 18 colonne. Queste colonne sono chiamate GRUPPO, i famosi gruppi della tavola periodica.
Alcuni di questi gruppi hanno nomi speciali:
- Gruppo 1 Litio → Francio = metalli alcalini
- Gruppo 2 Berillio → Radio = metalli alcalino terrosi
- Il grande rettangolo dal gruppo da 3 a 12 e include anche gli elementi sottostanti = metalli di transizione
- Gruppo 16 cioè quello dell’ossigeno è chiamato Gruppo Calcogeno
- Gruppo 17 è quello degli elementi chiamati alogeni
- Il gruppo 18 include invece i gas nobili.
Le righe invece, per capire quella che va, ad esempio, dal potassio al kripton, si chiamano PERIODI . Ci sono 7 periodi in totale, 7 è il valore massimo che i principali numeri quantici assumono per descrivere i 118 elementi.
- Gli elementi che appaiono nella linea che va dal cerio al lutezio , prendendo il nome di lantanide i
- Gli elementi presenti nella linea che va da torio a Laurentius sono chiamati attinidi.
COSA CI RACCONTA LA TABELLA?
Grazie a questa particolare disposizione, è facile comprendere, ad esempio, che i metalli alcalini tendono a reagire in modo tale da perdere il singolo elettrone dell’orbitale esterno s per adottare la configurazione elettronica di il gas nobile più vicino, dopo la regola dell’ottetto. È possibile fare lo stesso anche per gli elementi del blocco p. Il piombo con una configurazione esterna 6s2 6p2, per diventare più stabile, può perdere i 2 elettroni nell’orbitale p e rimanere con i 2 dell’orbitale s, oppure può perdere tutti e 4 per avere la configurazione elettronica esterna uguale a quella dello xeno.
In definitiva, questa disposizione ci dà un’idea chiara e veloce del numero di ossidazione che possono avere gli elementi dei blocchi s e p, almeno quelli più comuni e stabili.Per gli elementi del blocco d e f la discussione è più complicata.
Se leggiamo la tabella possiamo fare delle ipotesi sulla loro reattività, sappiamo che ogni elemento di un gruppo della tabella ha proprietà simili agli elementi della stessa colonna. Fluoro, cloro, bromo e iodio si presentano in diversi stati di aggregazione, i primi 2 gassosi, bromo liquido e iodio solido, ma la reattività di questi composti è sostanzialmente lo stesso. La miriade di composti che compongono l’universo risultano dalle piccole differenze tra un elemento e l’altro appartenenti allo stesso gruppo.
Esistono proprietà degli elementi chiamate proprietà periodiche che ci consentono di fare previsioni su alcune proprietà fisiche degli elementi. Queste proprietà si trovano periodicamente lungo la tavola e per questo è chiamata tavola periodica.
Risposta
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Analisi della Tavola Teoricamente il mercurio non dovrebbe essere liquido. Quindi la periodicità non è la spiegazione di questo fenomeno, ma va ricercata a livello quantistico. Lo stesso vale per i colori “speciali” oro e rame.
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