2.5: La tavola periodica

Quando i primi chimici scoprirono più elementi, si resero conto che vari elementi potevano essere raggruppati per i loro simili comportamenti chimici. Uno di questi raggruppamento include litio (Li), sodio (Na) e potassio (K). Tutti questi elementi sono lucenti, conducono bene calore ed elettricità e hanno proprietà chimiche simili. Un secondo raggruppamento comprende calcio (Ca), stronzio (Sr) e bario (Ba), che sono anche lucidi, buoni conduttori di calore ed elettricità, e hanno proprietà chimiche in comune. Tuttavia, le proprietà specifiche di questi due raggruppamenti sono notevolmente diverse l'una dall'altra. Ad esempio, Li, Na e K sono molto più reattivi di Ca, Sr e Ba. Inoltre, Li, Na e K formano composti con ossigeno in un rapporto tra due dei loro atomi e un atomo di ossigeno, mentre Ca, Sr e Ba formano composti con uno dei loro atomi in un atomo di ossigeno. Anche il fluoro (F), il cloro (Cl), il bromo (Br) e lo iodio (I) presentano proprietà simili tra loro, ma queste proprietà sono drasticamente diverse da quelle di uno qualsiasi degli elementi sopra.

Dimitri Mendeleev in Russia (1869) e Lothar Meyer in Germania (1870) riconobbero indipendentemente una relazione periodica tra le proprietà degli elementi conosciuti a quel tempo. Entrambe le tabelle pubblicate con gli elementi disposti in base all'aumento della massa atomica. Tuttavia, Mendeleev andò un passo oltre Meyer; usò il suo tavolo per prevedere l'esistenza di elementi che avrebbero avuto proprietà simili all'alluminio e al silicio ma non erano ancora noti. Le scoperte del gallio (1875) e del germanio (1886) fornivano un supporto significativo al lavoro di Mendeleev. Sebbene Mendeleev e Meyer avessero una lunga disputa sulla priorità, i contributi di Mendeleev allo sviluppo della tavola periodica sono ora più ampiamente riconosciuti.

Nel XX secolo, divenne evidente che la relazione periodica riguardava i numeri atomici piuttosto che le masse atomiche. L'affermazione moderna di questa relazione, la legge periodica, afferma quanto segue: le proprietà deglielementi sono funzioni periodiche dei loro numeri atomici. Una tavola periodica moderna dispone gli elementi in ordine crescente dei loro numeri atomici, e raggruppa atomi con proprietà simili nella stessa colonna verticale. Ogni casella rappresenta un elemento e contiene il suo numero atomico, simbolo, massa atomica media e (a volte) nome.

Gli elementi sono disposti in sette righe orizzontali, chiamate periodi o serie, e 18 colonne verticali, chiamate gruppi. I gruppi sono etichettati nella parte superiore di ogni colonna. Affinché la tabella si adatti a una singola pagina, parti di due righe, per un totale di 14 colonne, vengono solitamente scritte sotto il corpo principale della tabella.

Molti elementi differiscono significativamente nelle loro proprietà chimiche e fisiche, ma alcuni elementi sono simili nei loro comportamenti. Ad esempio, molti elementi appaiono lucidi, sono malleabili e duttili e conducono bene calore ed elettricità. Altri elementi non sono lucidi, malleabili o duttili e sono poveri conduttori di calore ed elettricità. Gli elementi possono essere ordinati in grandi classi con proprietà comuni: metalli (elementi lucidi, malleabili, buoni conduttori di calore ed elettricità - giallo ombreggiato); non metalli (elementi che appaiono opachi, poveri conduttori di calore ed elettricità - rosso ombreggiato); e metalloidi (elementi che conducono moderatamente bene il calore e l'elettricità, e possiedono alcune proprietà dei metalli e alcune proprietà dei non metalli - viola ombreggiato).

Gli elementi possono anche essere classificati negli elementi del gruppo principale (o elementi rappresentativi) nelle colonne etichettate 1, 2 e 13-18; i metalli di transizione nelle colonne etichettati 3–12; e metalli di transizione interni nelle due file nella parte inferiore del tavolo. Gli elementi della riga superiore nella parte inferiore della tabella sono lantanidi e gli elementi della riga inferiore sono attinidi. Gli elementi possono essere ulteriormente suddivisi per proprietà più specifiche, come la composizione dei composti che formano. Ad esempio, gli elementi del gruppo 1 (la prima colonna) formano composti che consistono in un atomo dell'elemento e un atomo di idrogeno. Questi elementi (eccetto l'idrogeno) sono noti come metalli alcalini, e tutti hanno proprietà chimiche simili. Gli elementi del gruppo 2 (la seconda colonna) formano composti costituiti da un atomo dell'elemento e due atomi di idrogeno: questi sono chiamati metalli alcalini della terra, con proprietà simili tra i membri di quel gruppo.

Altri gruppi con nomi specifici sono i pnictogeni (gruppo 15), i calcogeni (gruppo 16), gli alogeni (gruppo 17) e i gas nobili (gruppo 18, noto anche come gas inerti). I gruppi possono anche essere indicati dal primo elemento del gruppo: Ad esempio, i calcogeni possono essere chiamati gruppo ossigeno o famiglia di ossigeno. L'idrogeno è un elemento unico e non metallico con proprietà simili agli elementi del gruppo 1 e del gruppo 17. Per questo motivo, l'idrogeno può essere mostrato nella parte superiore di entrambi i gruppi, o da solo.

L'elemento 43 (tecnezio), l'elemento 61 (promezio), e la maggior parte degli elementi con numero atomico 84 (polonio) e superiore hanno la loro massa atomica data tra parentesi quadre. Questo viene fatto per elementi che consistono interamente in isotopi radioattivi instabili (la radioattività è coperta in modo più dettagliato nel capitolo sulla chimica nucleare). Un peso atomico medio non può essere determinato per questi elementi perché i loro radioisotopi possono variare significativamente in abbondanza relativa, a seconda della fonte, o potrebbero anche non esistere in natura. Il numero tra parentesi quadre è il numero di massa atomica, che è una massa atomica approssimativa dell'isotopo più stabile di quell'elemento.

Testo adattato da Openstax, Chimica 2e, Sezione 2.5: La Tavola Periodica.

La tavola periodica degli elementi è un riferimento importante in chimica per l'organizzazione degli elementi. La tavola ha sette righe, o linee, numerate dall'alto verso il basso e diciotto colonne, chiamate gruppi o famiglie. Questi gruppi possono essere numerati in due modi diversi.

Mentre il moderno sistema di numerazione, raccomandato dall'Unione Internazionale di Chimica Pura e Applicata, o IUPAC, numera i gruppi da 1 a 18, i Servizi Chimici Astratti utilizzano numeri romani e lettere per designare i gruppi. Gli elementi del gruppo principale sono designati con la lettera A e gli elementi di transizione sono designati con la lettera B.Gli elementi in una tavola periodica sono ordinati da sinistra a destra e dall'alto verso il basso, aumentando il numero atomico. Quelli con proprietà simili rientrano nello stesso gruppo.

Alcuni gruppi hanno nomi comuni. Gli elementi del gruppo 1, ad eccezione dell'idrogeno, sono noti come metalli alcalini e gli elementi del gruppo 2 come metalli alcalino terrosi. Tutti questi metalli sono molto reattivi e si trovano in natura combinati con altri elementi.

Gli elementi non metallici altamente reattivi nel gruppo 17 sono noti come alogeni. Gli elementi non reattivi e non metallici del gruppo 18 sono indicati come gas nobili o inerti. Gli elementi possono essere suddivisi in tre grandi classi:metalli, non metalli e metalloidi.

I metalli sono raggruppati a sinistra e al centro della tavola periodica e rapresentano la stragrande maggioranza degli elementi. Sono buoni conduttori di elettricità e calore. Tutti sono solidi a temperatura ambiente, eccezion fatta per il mercurio, che è liquido.

I metalli sono lucidi e possono essere lavorati in fogli e ridotti a fili. I metalli, come il potassio, tendono a perdere elettroni per formare cationi, ioni carichi positivamente, quando reagiscono con altri elementi. I non metalli sono raggruppati sul lato destro della tavola periodica e solitamente sono pessimi conduttori di calore ed elettricità.

A temperatura ambiente, alcuni sono solidi, mentre altri sono liquidi o gas. I non metalli tendono ad acquisire elettroni e formare anioni, ioni carichi negativamente, quando reagiscono con altri elementi. I metalloidi sono elementi che si trovano lungo la divisione fra metalli e non metalli.

Sono la classe di elementi più piccola e presentano proprietà miste. Tutti i metalloidi esistono come solidi a temperatura ambiente. Alcuni di essi, per esempio il silicio e il germanio, agiscono come semiconduttori, il che significa che a differenza dei metalli, migliorano la conduzione dell'elettricità con l'aumentare della temperatura.

A temperatura ambiente, tutti i metalloidi esistono come solidi. Gli elementi nella tavola periodica sono spesso divisi anche in tre categorie in base alla loro posizione:gli elementi del gruppo principale, i metalli di transizione e i metalli di transizione interni, conosciuti anche come lantanidi e attinidi per il primo elemento della serie in ogni riga.