La tavola periodica è la mappa ordinata di tutti gli elementi chimici conosciuti, costruita in base al numero atomico e capace di rivelare in colpo d'occhio le proprietà di ogni atomo.
Nel 1869 il chimico russo Dmitrij Mendeleev intuì che gli elementi, se disposti in un certo ordine, mostravano proprietà che si ripetevano con regolarità sorprendente. Da quella intuizione nacque la tavola periodica moderna, oggi organizzata secondo il numero atomico crescente, cioè il numero di protoni contenuti nel nucleo. Ogni casella raccoglie informazioni essenziali su un elemento: simbolo, numero atomico e massa atomica relativa. La disposizione non è casuale, perché elementi con comportamento chimico simile si trovano allineati nella stessa colonna. Questo strumento permette al chimico di prevedere reazioni, legami e proprietà senza dover memorizzare ogni singolo caso. Comprenderne la struttura è quindi la chiave per orientarsi in tutta la chimica.
Struttura: periodi, gruppi e blocchi
Le righe orizzontali della tavola si chiamano periodi e sono numerate da 1 a 7, mentre le colonne verticali prendono il nome di gruppi e vanno da 1 a 18. Il numero del periodo indica quanti livelli energetici, o gusci elettronici, sono occupati dagli elettroni di quell'elemento. Il numero del gruppo, invece, è legato al numero di elettroni presenti nel livello più esterno, chiamati elettroni di valenza, che determinano il comportamento chimico. Per esempio il sodio, che si trova nel terzo periodo e nel primo gruppo, possiede tre livelli energetici e un solo elettrone di valenza, motivo per cui reagisce in modo violento con l'acqua. La tavola si divide inoltre in quattro blocchi (s, p, d, f) che corrispondono al tipo di orbitale in cui si trova l'elettrone più esterno. I blocchi s e p formano gli elementi rappresentativi, mentre d e f comprendono rispettivamente i metalli di transizione e le terre rare.
Proprietà periodiche e famiglie
Lungo i periodi e i gruppi, alcune proprietà degli atomi variano in modo regolare e prevedibile: parliamo di periodicità. Il raggio atomico, cioè la dimensione dell'atomo, diminuisce procedendo da sinistra a destra in un periodo, perché la carica nucleare attira più fortemente gli elettroni, mentre aumenta scendendo lungo un gruppo, poiché si aggiungono nuovi livelli. L'energia di ionizzazione e l'elettronegatività seguono invece l'andamento opposto, crescendo verso l'angolo in alto a destra dove troneggia il fluoro, l'elemento più elettronegativo. Esistono poi famiglie chimiche ben caratterizzate, come i metalli alcalini del gruppo 1, gli alogeni del gruppo 17 e i gas nobili del gruppo 18, tutti dotati di comportamenti tipici. I gas nobili, ad esempio, hanno il livello esterno completo e per questo risultano quasi sempre inerti, cioè non reagiscono. Conoscere la posizione di un elemento permette quindi di anticipare con buona precisione la sua reattività.
Ricorda
- Gli elementi sono disposti per numero atomico crescente: le righe sono i periodi, le colonne i gruppi.
- Il numero del gruppo (per gli elementi rappresentativi) indica gli elettroni di valenza, che governano le reazioni chimiche.
- Raggio atomico, energia di ionizzazione ed elettronegatività variano con regolarità lungo periodi e gruppi.
Verifica attiva sul quaderno: individua sulla tavola l'elemento magnesio (Mg, Z = 12); scrivi periodo, gruppo, numero di elettroni di valenza e prevedi se il suo raggio atomico sarà maggiore o minore di quello del calcio (Ca, Z = 20), motivando la risposta in due righe.