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L'invenzione della tavola periodica
(da Wikipedia)
Nell'antica Grecia, si credeva che ci fossero solo quattro elementi,
aria, fuoco, terra ed acqua: ad ogni modo questa teoria venne
tralasciata quando i veri elementi chimici cominciarono ad essere
scoperti. Gli scienziati avevano però bisogno di una banca dati
facilmente accessibile e organizzata in maniera schematica che
permettesse loro di registrare e studiare gli elementi chimici, e questo
portò all'introduzione della tavola periodica.
La necessità di ordinare le conoscenze che venivano accumulandosi sugli
atomi venne sentita fin dai primordi della chimica, e Lavoisier propose
(nel 1789) una prima forma di sistematica chimica. Bisogna, però,
aspettare all'incirca il 1870 affinché si giunga al modello che, con le
opportune aggiunte, è utilizzato ai giorni nostri.
La tavola originaria fu creata prima della scoperta delle particelle
subatomiche o della formulazione delle teorie attuali per quanto
riguarda la meccanica quantistica e l'atomo.
Se gli elementi vengono disposti in ordine crescente di numero atomico,
inserendo in seguito altre proprietà, si può notare una ondulazione o
una periodicità di queste proprietà in funzione del numero atomico
dell'elemento stesso. Il primo che riconobbe queste ricorrenze fu il
chimico tedesco Johann Wolfgang Döbereiner, che, nel 1829, per primo
notò una certa quantità di triadi, gruppi di tre elementi con queste
similarità.
A questa intuizione fece seguito l'inglese John Newlands, che sottolineò
(nel 1865) come gli elementi di tipo simile fossero ricorrenti ad
intervalli regolari di 8 posizioni, che lui assimilò alle ottave
musicali, anche se questa sua cosiddetta legge delle ottave venne messa
in ridicolo dai suoi contemporanei.
Fu proprio in quel periodo che Meyer e Mendeleev, indipendentemente
l'uno dall'altro, assunsero erroneamente il peso atomico come parametro
nella classificazione periodica degli elementi (successivamente si
dimostrò che la sequenza corretta era in ordine crescente di numero
atomico anziché di peso atomico). Meyer pubblicò i propri risultati
qualche mese dopo Mendeleev, ed è per questo che molto spesso ci si
riferisce alla tavola periodica degli elementi col solo nome di quest'ultimo.
Egli insinuò anche che esistessero altri elementi, al momento non
conosciuti, che occupavano le celle vuote della tabella; teoria che
trovò conferme con la scoperta della struttura elettronica degli
elementi tra la fine del XIX e gli inizi del XX secolo.
Negli anni '40, Seaborg identificò i primi 5 attinoidi, che sono stati
sistemati all'interno della tabella, o, in alcuni casi, al di sotto,
come si può vedere dallo schema. Dal 2003 la IUPAC ha attribuito il nome
definitivo alla serie 4f dei lantanoidi Ln e 5f degli attinoidi An.
La ragione della particolare periodicità per serie di lunghezza diversa
(2, 8 , 8, 18, 18, 32, 32) è stata scoperta solo in seguito (ad opera
principalmente di Niels Bohr), ed è da ricercarsi nel massimo
riempimento possibile degli orbitali atomici da parte degli elettroni,
che ha valore diverso a secondo del tipo di orbitale interessato, e al
modo in cui si susseguono i diversi tipi orbitali per numeri atomici
crescenti: si hanno infatti al massimo due elettroni per orbitale di
tipo s, al più sei elettroni per orbitali di tipo p, al più dieci per
orbitali d, ed al più quattordici per orbitali tipo f; inoltre gli
orbitali si possono susseguire solo nell'ordine: s s p s p s d p s d p s
f d p s f d p s (secondo la regola di Aufbau). Si ha che diversi gradi
di riempimento dell'orbitale più esterno corrisponde una diversa
reattività dell'intero atomo, in modo che ad orbitali "completi"
corrisponde la configurazione energetica più stabile e quindi una
reattività nulla, e a orbitale esterno parzialmente "completo"
corrispondono reattività via via maggiori quanto più il numero di
elettroni si allontana da quello di una configurazione stabile: questa
diversa reattività a livello macroscopico va a determinare molte delle
proprietà chimiche dell'elemento, che si ripetono in modo simile tra
elementi di numero atomico Z crescente secondo tali regole periodiche.
Pertanto, in sintesi, si ha che a diversi numeri atomici (ossia ad
elementi diversi ordinati per massa) corrispondono diverse proprietà
chimiche macroscopiche, che tuttavia si ripetono periodicamente in modo
simile quando si incontrano configurazioni elettroniche simili per
stabilità energetica, e questo accade per analoghi gradi di riempimento
dell'orbitale, che si ripetono con periodo variabile perché variabile è
il massimo riempimento dei vari orbitali.
La forma corretta della tavola periodica degli elementi fu pertanto
inizialmente determinata solo da osservazioni macroscopiche, senza
conoscere la causa microscopica di tale forma altrimenti difficilmente
spiegabile, e solo successivamente "confermata" con la scoperta della
struttura microscopica degli atomi e quindi della loro modalità di
reazione fra loro. |
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