1 Espansione 4.1

La tavola periodica,da Mendeleev a oggiA partire dal 1600, con l’affermarsi del metodo scientifico sperimentale introdot-to da Galileo Galilei, grazie alle ricerche degli alchimisti cominciarono a essere identificati i primi elementi chimici, così definiti da Robert Boyle nel 1661: “I costituenti delle sostanze che non possono essere decomposti in altre sostanze”.

Nel secolo successivo, Antoine Lavoisier (1787) definì elemento “Ogni sostanza che può trasformarsi solo per apporto di altra materia, dando origine a prodotti che hanno un peso superiore alla sostanza di partenza”.

Insieme ad altri, egli cercò di ordinare i 33 elementi allora noti in base a pro-prietà comuni dei diversi gruppi, distinguendo metalli, metalloidi, gas elementari (ossigeno, azoto e idrogeno) e altre sostanze (in realtà oggi note come composti), che interpretò erroneamente come elementi: calce, barite, magnesia, allumina e silice. Nell’elenco figuravano anche luce e calore, aboliti definitivamente da Ber-zelius nel 1818, quando gli elementi noti erano saliti a 50.

Nel 1869, Dmitrij Ivanovic Mendeleev propose la sua tavola periodica degli elementi: dispose gli elementi (quelli noti allora erano saliti a 63) in ordine di peso atomico crescente, da sinistra verso destra, incolonnando uno sopra all’altro in “famiglie chimiche” gli elementi con proprietà simili.

Elementi chimici con proprietà simili si ripresentavano periodicamente con rego-larità, ogni 8 elementi (legge delle ottave: già proposta dal chimico inglese John Newlands) all’aumentare del peso atomico, e questa regolarità consentì a Mende-leev di prevedere l’esistenza di elementi allora sconosciuti (“indovinandone” peso atomico e proprietà chimiche) e, in seguito, realmente scoperti.

La tavola periodica degli elementi di D.I. Mendeleev aveva in origine un aspetto decisamente diverso da come la conosciamo oggi.

2 Espansione 4.1

La scoperta dei “gas nobili” (elio, argo, neon, kripton e xeno), pochi anni dopo, aggiunse alla tavola periodica una nuova colonna, costituita da elementi (gas) che hanno scarsa tendenza a reagire con gli altri elementi (perciò vengono chiamati “nobili”).

Nel 1913, Anton van den Broek, fisico olandese, e l’inglese Henry Moseley ipo-tizzarono che gli elementi dovessero essere ordinati non in base al peso atomico, ma alla carica nucleare, ossia al numero di protoni presenti nel nucleo, definito da Rutherford “numero atomico”.

Ordinando gli elementi in base al numero atomico si arriva all’attuale tavola periodica degli elementi, che ben si accorda con il modello atomico di Bohr, il quale ipotizza che l’atomo sia costituito da un nucleo centrale circondato da elet-troni disposti in “gusci” (o strati) concentrici su orbite prestabilite, caratterizzate da quantità definite di energia: gli elementi dello stesso gruppo (ossia della stessa colonna verticale nella tavola periodica) hanno proprietà chimiche simili perché hanno nel guscio più esterno lo stesso numero di elettroni; i gas nobili sono poco reattivi perché hanno il guscio più esterno completo.

La tavola periodica si è successivamente arricchita di nuovi elementi ottenuti artificialmente (con un procedimento proposto dal premio Nobel Enrico Fermi: bombardando i nuclei di elementi pesanti con fasci di neutroni, si originano nu-clei radioattivi con un protone in più): così, nel 1936, Emilio Segrè ottenne il pri-mo elemento artificiale, il tecnezio (numero atomico 43), irradiando il molibdeno (numero atomico 42) con neutroni del deuterio; nel 1940 venne sintetizzato il net-tunio (numero atomico 93, uno in più dell’uranio) e, successivamente, gli atomi con numero atomico da 94 (plutonio) a 100 (fermio).

Elementi con numero atomico maggiore non si possono ottenere con questa tec-nica, per cui gli elementi con numero atomico superiore a 100 sono stati prodotti con i reattori nucleari, mediante reazioni di fusione nucleare: nuclei leggeri di carbonio, ossigeno, azoto, boro vengono “sparati” ad alta velocità contro elementi pesanti di numero atomico compreso tra 94 e 98 per ottenere la fusione dei nuclei atomici e creare nuclei di elementi con numero atomico maggiore di 100.

Attualmente si è riusciti a ottenere elementi di numero atomico superiore a 106 (fino a 118) con nuovi acceleratori di ioni pesanti.

Tuttavia, gli elementi più pesanti si disintegrano in tempi brevissimi per le for-ze repulsive dovute alle cariche positive (i protoni) presenti nel nucleo: più è alto il numero atomico (ossia il numero dei protoni del nucleo), maggiori sono le forze repulsive e più breve è la vita del nucleo, che tende a disintegrarsi emettendo radiazioni.

Il fisico danese Niels Bohr (1885-1962).

Il fisico italiano Enrico Fermi(1901-1954).

3 Espansione 4.1

idrogeno1

–259–2532,20

0,08991,008

6,941 ±11s 1

H

litio3

18113420,980,53

+1[H

e]2s 1

Li

TAVOLA PERIO

DICA DEGLI ELEM

ENTI

9,012 berillio4

128824711,571,85

+2[H

e]2s 2

Be10,81 boro5

230036502,042,47

+3[H

e]2s 22p1

B12,01

carbonio6

3550–2,552,26

+2±4[H

e]2s 22p2

C14,01 azoto7

-210-1963,041,25

+2±3+4+5[H

e]2s 22p3

N16,00

ossigeno8

-219-1833,441,43

-2[H

e]2s 22p4

O19,00 �uoro9

-220-1883,981,70

-1[H

e]2s 22p5

F20,18 neon10

-249-246–0,90

–[H

e]2s 22p6

Ne

4,003 elio2

-272-269–0,18

–1s 2

He

22,99 sodio11

98883

0,930,97

+1[N

e]3s 1

Na

24,31

magnesio

12650

10901,311,74

+2[N

e]3s 2

Mg

26,98

alluminio

13660

25191,612,70

+3[N

e]3s 23p1

Al28,09 silicio14

141432801,902,33

+2±4[N

e]3s 23p2

Si30,97 fosforo15

442802,191,82

±3+5[N

e]3s 23p3

P32,07 zolfo16

1154452,582,09

-2+4+6[N

e]3s 23p4

S35,45 cloro17

-101-35

3,163,21

±1+3+5+7[N

e]3s 23p5

Cl

39,95 argon18

-189-186–1,78

–[N

e]3s 23p6

Ar

39,10

potassio19

63760

0,820,86

+1[Ar]4s 1

K40,08 calcio20

84214841,001,53

+2[Ar]4s 2

Ca

44,96

scandio21

154128361,362,99

+3[Ar]3d

14s 2

Sc47,87 titanio22

166832871,544,55

+2+3+4[Ar]3d

24s 2

Ti50,94

vanadio23

191034071,636,11

+2+3+4+5[Ar]3d

34s 2

V52,00 crom

o24

190726721,667,19

+2+3+6[Ar]3d

54s 1

Cr

54,94

manganese

25124420611,557,43

+2+3+4+6+7[Ar]3d

54s 2

Mn

58,93

cobalto27

149529271,888,80

+2+3[Ar]3d

74s 2

Co

58,69 nichel28

145529131,918,90

+2+3[Ar]3d

84s 2

Ni

63,55 rame

29108425671,908,96

+1+2[Ar]3d

104s 1

Cu

65,37 zinco30

4209071,657,14

+2[Ar]3d

104s 2

Zn69,72 gallio31

3022041,815,91

+3[Ar]3d

104s 24p1

Ga

72,64

germanio

32937

28302,015,32

+2+4 [Ar]3d

104s 24p2

Ge

74,92

arsenico33

817–2,185,73

±3+5[Ar]3d

104s 24p3

As78,96 selenio34

2216852,554,81

-2+4+6[Ar]3d

104s 24p4

Se79,91 brom

o35

-7592,963,12

±1+3+5[Ar]3d

104s 24p5

Br83,80 kripton36

-157-1523,003,75

–[Ar]3d

104s 24p6

Kr

85,47 rubidio37

39686

0,821,53

+1[Kr]5s 1

Rb87,62

stronzio38

77713840,952,60

+2[Kr]5s 2

Sr88,91 ittrio39

152333451,224,47

+3[Kr]4d

15s 2

Y91,22

zirconio40

185244091,336,49

+4[Kr]4d

25s 2

Zr92,91 niobio41

246847421,608,57

+3+5[Kr]4d

45s 1

Nb

95,94

molibdeno

42261746392,16

10,20+1+2+3+4+5+6

[Kr]4d55s 1

Mo

98,91

tecnezio43

215742651,90

11,50+4+5+6+7[Kr]4d

55s 2

Tc101,1 rutenio44

233441502,2012,5

+2+3+4+5+6+7[Kr]4d

75s 1

Ru102,9 rodio45

196636952,2812,4

+3[Kr]4d

85s 1

Rh106,4

palladio46

155329632,2012,0

+2+4[Kr]4d

10

Pd107,9 argento47

96221621,9310,5

+1[Kr]4d

105s 1

Ag112,4 cadm

io48

3217651,698,65

+2[Kr]4d

105s 2

Cd

114,8 indio49

15720721,787,31

+3[Kr]4d

105s 25p1

In118,7 stagno50

23226021,967,29

+2+4[Kr]4d

105s 25p2

Sn121,8

antimonio

51631

15872,056,68

±3+5[Kr]4d

105s 25p3

Sb127,6 tellurio52

4509882,106,24

-2+4+6[Kr]4d

105s 25p4

Te126,9 iodio53

114184

2,664,93

±1+5+7[Kr]4d

105s 25p5

I131,3 xeno 54

-112-1072,605,90

–[Kr]4d

105s 25p6

Xe

132,9 cesio55

286690,791,87

+1[Xe]6s 1

Cs

137,3 bario56

72718970,893,59

+2[Xe]6s 2

Ba178,5 afnio72

223346021,3013,3

+4[Xe]4f 145d

26s 2

Hf

180,9 tantalio73

301754251,5016,7

+5[Xe]4f 145d

36s 2

Ta183,8

tungsteno74

342256552,3619,3

+2+3+4+5+6[Xe]4f 145d

46s 2

W186,2 renio75

318656271,9021,0

+4+6+7[Xe]4f 145d

56s 2

Re190,2 osm

io76

303350272,2022,6

+2+3+4+6+8[Xe]4f 145d

66s 2

Os

192,2 iridio77

244645502,2022,5

+3+4[Xe]4f 145d

76s 2

Ir195,1 platino78

176838272,2821,4

+2+4[Xe]4f 145d

96s 1

Pt197,0 oro79

106428562,5419,3

+1+3[Xe]4f 145d

106s 1

Au

223 francio87

276770,701,00

+1[Rn]7s 1

Fr226 radio88

70011400,905,00

+2[Rn]7s 2

Ra261

rutherfordio104

26736073––

+4[Rn]5f 146d

27s 2

Rf262 dubnio105

–––––

[Rn]5f 146d37s 2

Db

266 seaborgio106

–––––

[Rn]5f 146d47s 2

Sg264 bohrio107

–––––

[Rn]5f 146d57s 2

Bh265 hassio108

–––––

[Rn]5f 146d67s 2

Hs

268 meitnerio

109––––

–[Rn]5f 146d

77s 2

Mt

271

darmstadio

110––––

––

Ds

272 roentgenio111

––––––

Rg

200,6

mercurio

80-39357

1,9013,6

+1+2[Xe]4f 145d

106s 2

Hg

204,4 tallio81

30414732,0411,8

+1+3[Xe]4f 145d 106s 26p 1

Tl207,2 piom

bo82

32817402,3311,4

+2+4[Xe]4f 145d 106s 26p 2

Pb209,0

bismuto

83271

15602,02

9,8+3+5

[Xe]4f 145d 106s 26p 3

Bi209 polonio84

254962

2,009,2

+2+4+6[Xe]4f 145d 106s 26p 4

Po210 astato85

302337

2,20–±1+3+5+7

[Xe]4f 145d 106s 26p 5

At222 radon86

-71-62–

9,72–

[Xe]4f 145d 106s 26p 6

Rn

138,9

lantanio57

92034541,106,17

+3[Xe]5d

16s 2

La140,1 cerio58

79834241,126,77

+3+4[Xe]4f 15d

16s 2

Ce

140,9

praseodimio

59931

35201,136,77

+3[Xe]4f 36s 2

Pr144,2

neodimio

60101030741,147,00

+3[Xe]4f 46s 2

Nd

145 promezio

6110802457–7,22

+3[Xe]4f 56s 2

Pm150,4

samario

62107217781,177,54

+2+3[Xe]4f 66s 2

Sm152,0 europio63

8221597–5,24

+2+3[Xe]4f 76s 2

Eu157,3

gadolinio64

131132731,207,89

+3[Xe]4f 75d

16s 2

Gd

158,9 terbio65

135632301,208,27

+3[Xe]4f 96s 2

Tb162,5

disprosio66

140925671,228,53

+3[Xe]4f 106s 2

Dy

164,9 olmio

67147027201,238,80

+3[Xe]4f 116s 2

Ho

167,3 erbio68

152228681,249,05

+3[Xe]4f 126s 2

Er168,9 tulio69

154519501,259,33

+2+3[Xe]4f 136s 2

Tm173,0 itterbio70

82414271,106,98

+2+3[Xe]4f 146s 2

Yb175,0 lutezio71

165633151,279,84

+3[Xe]4f 145d

16s 2

Lu

227 attinio89

105131591,10

10,10+3

[Rn]6d17s 2

Ac232,0 torio90

175047881,3011,7

+4[Rn]6d

27s 2

Th231,0

protoattinio91

157237561,5015,4

+4+5[Rn]5f 26d

17s 2

Pa238,0 uranio92

113541311,3819,0

+3+4+5+6[Rn]5f 36d

17s 2

U237 nettunio93

64039021,3620,4

+3+4+5+6[Rn]5f 46d

17s 2

Np

244 plutonio94

64132281,2819,7

+3+4+5+6[Rn]5f 67s 2

Pu243 am

ericio95

117620111,3013,7

+3+4+5+6[Rn]5f 77s 2

Am247

curio96

1345–1,3013,5

+3[Rn]5f 75d

17s 2

Cm

247 berkelio97

1050–1,3014,8

+3+4[Rn]5f 97s 2

Bk251 californio98

1060–1,30–

+3[Rn]5f 107s 2

Cf

252 einsteinio99

860–1,3015,1

+3[Rn]5f 117s 2

Es257 ferm

io100

1527–1,30–

+3[Rn]5f 127s 2

Fm258

mendelevio

101827–

1,30–+2+3

[Rn]5f 137s 2

Md

259 nobelio102

––1,30–

+2+3[Rn]5f 147s 2

No

262 laurenzio103

––1,30–

+3[Rn]5f 146d

17s 2

Lr

ferro26

153528611,837,86

55,85+2+3[Ar]3d

64s 2

Fe

1

118

213

1415

1617

34

56

78

910

1112

IVIII

IIIII

IVV

VIVII

234567

Lantanidi

Attinidi

ferronom

e

con�gurazione elettronicanum

eri di ossidazionedensità (* )

elettronegatività (secondo Pauling)tem

peratura di ebollizione (°C)

temperatura di fusione (°C

)

simbolo

massa atom

ica (u)

(* ) Per i solidi e i liquidi è espressa in g/mL a 20 °C

;per i gas è espressa in g/L a 0 °C

e a 1 atm.

26153528611,837,86

55,85+2+3[Ar]3d

64s 2

Fenum

ero atomico