La Tavola Periodica degli Elementi chimici, · La Tavola Periodica degli elementi Henry Moseley...

La Tavola Periodica degli Elementi chimici,

dalla storia della scoperta all’attualità nell’era

dell’Antropocene

VALENTINA DOMENICI

Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale,

Università di Pisa

Divisione di Didattica Chimica

Trieste, 18 settembre 2019

Valentina Domenici, Trieste, 18 settembre 2019


La Tavola Periodica, oggi

La tavola periodica «estesa»



La tavola periodica «estesa»

The «left-step periodic table»!

La tavola periodica e il criterio di ordinamento


Gli orbitali molecolari


Andiamo un po’ indietro nel tempo…

Le origini del concetto di elemento

I quattro elementi che

costituiscono la materia

Aristotele

(384 a.C.-322 a.C.)


Elemento come principio

esoterico/mistico

Le origini del concetto di atomo

Democrito (460 - 360 a.C.)

Atomo, come

particella non

più divisibile,

porzione di

materia

Lucrezio

(96 - 55 a.C.)

Natura

corpuscolare

della materia


Robert Boyle

(1627-1691)

L’evoluzione dell’idea di elemento nell’alchimia

Tria primaParacelso

Erano dei principi:

Il «sale» dava ai corpi

l’incombustibilità e l’inalterabilità;

Il «mercurio» la fusibilità e la volatilità;

Lo «zolfo» l’infiammabilità e la

combustibilità.



L’eredità alchimista e il tentativo di ordinare la materia


Ritratto di Lavoisier con la moglie (Jacques Louis David,1788)

Antoine-Laurent Lavoisier

(Parigi, 26 agosto 1743 – Parigi, 8 maggio 1794)

Nasce la chimica moderna con Lavoisier


«Nulla si crea… né nei processi

artificiali né in quelli naturali, e si

può assumere come fondamento

che in ogni operazione la quantità

di materia è la stessa prima e

dopo l’esperimento, che la

quantità e la qualità dei principi

rimangono immutati e che si

verificano solo trasformazioni o

modificazioni.»


Prima tavola di

33 elementi (2 +31)

Definizione di elemento:

«la sostanza più semplice

che si ottiene dall’analisi chimica»

1750

1800

1850

1900

GAY-LUSSAC

BERZELIUS

CANNIZZARO

DALTON

AVOGADRO

PROUST

AMPERE

WOLLASTON

DUMAS

1750

1800

1850

1900

HUMBOLDT

LAV

OIS

IER

La Tavola

Periodica di

Mendeleev

(1869)

Da Lavoisier a Mendeleev?

John Dalton

(1766-1844)


Gli atomi hanno un peso !

Simboli quasi alchemici…


Amedeo Avogadro

(1776-1856)


La novità di Avogadro fu di supporre che le

molecole costituenti i gas semplici (idrogeno,

ossigeno, …) potessero essere formate da più di una

«molecola elementare»

«Così la molecola integrante dell’acqua, per

esempio, sarà composta da una mezza molecola di

ossigeno con una molecola di idrogeno, oppure, il

che è la stessa cosa, due mezze-molecole di

idrogeno»


Stanislao Cannizzaro

(1826-1910)Valentina Domenici, Trieste, 18 settembre 2019

1860

Congresso di Karlsruhe



Wolfgang Dobereiner tentò di ordinare gli elementi chimici verso la metà del 1800 e vide

che si potevano trovare gruppi di tre elementi con proprietà chimiche simili (triadri) e che

l’elemento intermedio aveva un peso atomico medio rispetto agli altri due.


Una tavola o molte tavole periodiche?

Le Tavole Periodiche degli elementi

Alexandre Emile Béguyer de Chancourtois (geologo, 1862)

Cilindro con una

disposizione

degli elementi

elicoidale



John Newlands (chimico londinese, 1863)

Pubblicò una

tabella degli

elementi

ordinati per

peso atomico

(valori allora

conosciuti),

individuando 8

gruppi.

On the Law of Octaves

John A. R. Newlands, Chemical News 12, 83 (Aug. 18, 1865)

http://web.lemoyne.edu/~giunta/EA/NEWLANDSann.HTML#newlands4



William Odling (famoso chimico londinese, 1864)

Successore di Michael Faraday, membro e direttore della

Royal Institution di Londra, congressista a Karlsruhe (1860),

sostenitore dell’ipotesi di Avogadro e della definizione

di peso atomico e molecolare data da Cannizzaro.



Gustavus Hinrichs (scienziato ecclettico, 1867)

Si concentrò sugli

spettri di emissione

degli elementi e sulla

posizione delle righe

spettrali e costruì delle

analogie tra peso

atomico e righe

spettrali, producendo

la famosa tavola a

SPIRALE



Julius Lothat Meyer (chimico tedesco, 1864) https://www.sciencehistory.org/historical-

profile/julius-lothar-meyer-and-dmitri-ivanovich-

mendeleev

Criterio di ordinamento:

- Peso atomico

- Proprietà chimiche

Meyer pose

particolare

attenzione ai

volumi atomici, i

punti di fusione, le

densità…



Julius Lothat Meyer

(chimico tedesco, 1864)

La tavola (non pubblicata) del

1868 è molto più accurata di

quella (successiva) di

Mendeleev !!


La Tavola Periodica di Mendeleev


Dimitri Mendeleev (chimico russo, 1834-1907)

1869



Anche Mendeleev ebbe inizialmente motivazioni «didattiche»!


Dimitri Mendeleev (chimico russo, 1834-1907)

Tavola periodica pubblicata nel 1871.


La Tavola Periodica degli elementi

Dimitri Mendeleev (chimico russo, 1834-1907) Il valore predittivo della legge periodica e

le previsioni di Mendeleev.

Ma c’era ancora qualche problema…Valentina Domenici, Trieste, 18 settembre 2019

La Tavola Periodica degli elementi

Henry Moseley (fisico inglese, 1913)

Definizione del concetto di numero atomico.

Relazione tra numero atomico e frequenze caratteristiche

dell’emissione a Raggi X.

Nel corso della prima metà

del Novecento, nascono le

varie teorie della struttura

dell’atomo, si scoprono gli

isotopi, si scopre la

radioattività, nasce la

meccanica quantistica, e

parte la corsa alla scoperta

degli elementi mancanti !


Controversie storiche


3

5

1925

Ida Tacke e Walter Noddack

Emilio Segrè

Marguerite Perey, 1939

Maria Skłodowska Curie

Lise Meitner

Scoperta del

Radio e del

Polonio


https://www.google.it/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&ved=2ahUKEwi159S4yuHaAhUGWBQKHe5gDicQjRx6BAgBEAU&url=http://sharpgiving.com/thebookofscience/items/e085.html&psig=AOvVaw3Yc3NsbD-M--l60VGB5E_H&ust=1525163294218613

https://www.google.it/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&ved=2ahUKEwi159S4yuHaAhUGWBQKHe5gDicQjRx6BAgBEAU&url=http://sharpgiving.com/thebookofscience/items/e085.html&psig=AOvVaw3Yc3NsbD-M--l60VGB5E_H&ust=1525163294218613

Elementi naturali o artificiali?

Ufficialmente scoperto in Italia da Emilio Segré e Carlo

Perrier nel 1937, era tra i quattro elementi previsti da

Mendeleev nella sua tavola del 1871, ma le prime

rivendicazioni risalgono alla prima metà dell’800.


Gli elementi naturali o artificiali?

Date Nomi proposti Scienziati coinvolti Eventi

1827 Polinio Berzelius e Gottfried Wilhelm Osann

Berzelius contesta la scoperta del Poliniodi Osann

1845 Karl Ernst Klaus Polinio ritenuto metallo impuro

1846 Nettunio Rudolph Hermann Scoperta nuovo elemento (poi smentita)

1869 Uralio A. Guyard Presunta scoperta dell’elemento 43

1877 Davyum Sergius Kern Scoperta contestata da A. H. Allen

1911 Canadium A. G. French Rivendicazione non supportata da dati scientifici

1917 Neo-Molibdenum

Gerber Proposta nuovo nome sulla base di ricerche teoriche

1924 Moseleyum Bosanquet e Keely Ricerca estensiva ma che non porta alla scoperta di nessun nuovo elemento

1925 Masurio Walter Noddack e Ida Tacke Presunta scoperta dell’elemento 43

1937 Emilio Segré e Carlo Perrier Scoperta ufficiale

1947 Tecnezio (Tc) Emilio Segré e Wu Assegnazione nome ufficialeValentina Domenici, Trieste, 18 settembre 2019

Gli elementi naturali o artificiali?

Fu Paneth nel 1947 ad avanzare i primi argomenti a difesa del riconoscimento degli elementi

sintetici, soprattutto in seguito alle nuove tecnologie che permettevano la produzione di nuovi

elementi anche stabili.


Gli elementi transuranici e la scoperta degli «ultimi» elementi

Il ciclotrone del Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL)


Eric ScerriLa Tavola Periodica, una volta «completata», conserva il suo

valore e il suo significato?

E possiamo pensare che la

«legge periodica» possa

valere ancora per numeri

atomici superiori a 118?

Fino a dove potremo arrivare?

Il futuro della Tavola periodica…



Oltre alla tavola

periodica

«ufficiale»…

Tavole periodiche alternative...


Gooch & Walker's

Alexander

Arrangement of

Elements


Tavole periodiche alternative...

Pawlowski Circular Periodic Table

Linus Pauling

Eric Scerri

La Tavola Periodica è

diventata un «meme»!

Tavola periodica come elemento culturale


Macha e Orso

https://gamejolt.com/games/Elemental-

Escapades/391150

Videogame online sviluppato da EuChemS

https://iupac.org/100/pt-challenge/

Quiz online sviluppato da IUPAC


Giochiamo con la Tavola Periodica !!!


Una tavola periodica «didattica»

http://www.greenreport.it/news/economia-ecologica/la-geopolitica-

della-tavola-periodica-un-nuovo-modo-di-insegnare-la-chimica/

Monumento alle “terre rare” a Damao, in CinaValentina Domenici, Trieste, 18 settembre 2019

La geopolitica della Tavola Periodica

Le terre rare

EuChemS Historical Landmarks Award 2018



Le terre rare

Ingresso della miniera di elementi delle terre rare presso Ytterby in

Svezia

https://www.atlasobscura.com/places/ytterby-mine

http://espresso.repubblica.it/affari/2018/03/21/news/questi-

17-metalli-rari-decideranno-chi-sara-il-padrone-del-mondo-

1.319822




La miniera di Baiyunebo, nella Mongolia

Cinese, uno dei luoghi più inquinati al

mondo.



https://ilblogdellasci.wordpress.com/2016/07/18/il-recupero-di-terre-rare-una-necessita-crescente/


GRAZIE PER L’ATTENZIONE !!

Divisione di Didattica Chimica

@VDomenici77www.people.unipi.it/valentinadomenici

[email protected]


Per approfondimenti:

BLOG «Scientific American»: https://blogs.scientificamerican.com/observations/happy-sesquicentennial-periodic-table/

Sito personale di Eric Scerri: http://ericscerri.com/

Eric Scerri, «Un racconto di sette elementi», Aracne Edizione, 2017.

Marco Ciardi, «Il segreto degli elementi», Hoepli, 2019.

Antonio De Meo, «Il Chimico e l’Alchimista», Editori Riuniti 1981.

Molecole, atomi e struttura della materia: Da Dalton alla meccanica quantistica, di Leonello Paoloniin «La chimica nella scuola», anno XXIX numero speciale, luglio-settembre 2007. (link: https://www.soc.chim.it/riviste/cns/catalogo)

Ilaria Carlone, …, Eleonora Aquilini, Valentina Domenici, «La teoria atomica di Dalton: un percorso didattico per le scuole secondarie di II grado», in LA CHIMICA NELLA SCUOLA, anno XL, n. 5, 2018.

Valentina Domenici, Insegnare e apprendere chimica, Mondadori 2018.

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