Come sono raggruppati gli elementi nella tavola periodica?

Alla fine del XIX secolo, il chimico russo Dmitri Mendeleev pubblicò il suo primo tentativo di raggruppare gli elementi chimici in base al loro peso atomico. All'epoca erano noti solo circa 60 elementi, ma Mendeleev si rese conto che quando gli elementi erano organizzati in base al peso, alcuni tipi di elementi si verificavano a intervalli regolari o periodi.

Oggi, 150 anni dopo, i chimici riconoscono ufficialmente 118 elementi (dopo l'aggiunta di quattro nuovi arrivati ​​nel 2016) e usano ancora la tavola periodica degli elementi di Mendeleev per organizzarli. La tabella inizia con l'atomo più semplice, l'idrogeno, quindi organizza il resto degli elementi in base al numero atomico, che è il numero di protoni che ciascuno contiene. Con una manciata di eccezioni, l'ordine degli elementi corrisponde alla massa crescente di ogni atomo.

La tabella ha sette righe e 18 colonne. Ogni riga rappresenta un periodo; il numero di periodo di un elemento indica quanti dei suoi livelli di energia ospitano elettroni. Il sodio, ad esempio, si trova nel terzo periodo, il che significa che un atomo di sodio ha tipicamente elettroni nei primi tre livelli di energia. Scendendo nella tabella, i periodi sono più lunghi perché ci vogliono più elettroni per riempire i livelli esterni più grandi e complessi.

Le colonne della tabella rappresentano gruppi o famiglie di elementi. Gli elementi di un gruppo spesso hanno un aspetto e si comportano in modo simile, perché hanno lo stesso numero di elettroni nel loro guscio più esterno, la faccia che mostrano al mondo. Gli elementi del gruppo 18, all'estremità destra della tabella, ad esempio, hanno gusci esterni completamente pieni e raramente partecipano a reazioni chimiche.

Gli elementi sono generalmente classificati come metalli o non metallici, ma la linea di demarcazione tra i due è sfocata. Gli elementi metallici sono generalmente buoni conduttori di elettricità e calore. I sottogruppi all'interno dei metalli si basano sulle caratteristiche simili e sulle proprietà chimiche di queste raccolte. La nostra descrizione della tavola periodica utilizza raggruppamenti di elementi comunemente accettati, secondo il Los Alamos National Laboratory.

Metalli alcalini: I metalli alcalini costituiscono la maggior parte del Gruppo 1, la prima colonna della tabella. Lucidi e abbastanza morbidi da poter essere tagliati con un coltello, questi metalli iniziano con il litio (Li) e finiscono con il francio (Fr). Sono anche estremamente reattivi e prenderanno fuoco o addirittura esploderanno a contatto con l'acqua, quindi i chimici li immagazzinano in oli o gas inerti. Anche l'idrogeno, con il suo singolo elettrone, vive nel gruppo 1, ma il gas è considerato un non metallo.

Metalli alcalino-terrosi: I metalli alcalino-terrosi costituiscono il gruppo 2 della tavola periodica, dal berillio (Be) al radio (Ra). Ognuno di questi elementi ha due elettroni nel suo livello di energia più esterno, il che rende gli alcalino terrosi abbastanza reattivi da essere raramente trovati da soli in natura. Ma non sono reattivi come i metalli alcalini. Le loro reazioni chimiche si verificano tipicamente più lentamente e producono meno calore rispetto ai metalli alcalini.

Lantanidi: Il terzo gruppo è troppo lungo per entrare nella terza colonna, quindi viene scomposto e ribaltato lateralmente per diventare la riga superiore dell'isola che galleggia in fondo al tavolo. Questi sono i lantanidi, elementi da 57 a 71 - dal lantanio (La) al lutezio (Lu). Gli elementi di questo gruppo hanno un colore bianco argenteo e si appannano a contatto con l'aria.

Attinidi: Gli attinidi rivestono la riga inferiore dell'isola e comprendono gli elementi da 89, attinio (Ac), a 103, lawrencium (Lr). Di questi elementi, solo il torio (Th) e l'uranio (U) si trovano naturalmente sulla Terra in quantità sostanziali. Sono tutti radioattivi. Gli attinidi e i lantanidi insieme formano un gruppo chiamato metalli di transizione interna.

Metalli di transizione: Ritornando al corpo principale della tabella, il resto dei gruppi da 3 a 12 rappresenta il resto dei metalli di transizione. Duri ma malleabili, lucenti e dotati di una buona conduttività, questi elementi sono ciò a cui pensi tipicamente quando senti la parola metallo. Molti dei più grandi successi del mondo metal, inclusi oro, argento, ferro e platino, vivono qui.

Metalli post-transizione: In vista del salto nel mondo non metallico, le caratteristiche condivise non sono nettamente divise lungo linee di gruppo verticali. I metalli di post-transizione sono alluminio (Al), gallio (Ga), indio (In), tallio (Tl), stagno (Sn), piombo (Pb) e bismuto (Bi) e vanno dal Gruppo 13 al Gruppo 17. Questi elementi hanno alcune delle caratteristiche classiche dei metalli di transizione, ma tendono ad essere più morbidi e conducono più male di altri metalli di transizione. Molte tavole periodiche saranno caratterizzate da una linea "scala" in grassetto sotto la diagonale che collega il boro con l'astato. I metalli post-transizione si raggruppano in basso a sinistra di questa linea.

Metalloidi: I metalloidi sono boro (B), silicio (Si), germanio (Ge), arsenico (As), antimonio (Sb), tellurio (Te) e polonio (Po). Formano la scala che rappresenta il passaggio graduale dai metalli ai non metalli. Questi elementi a volte si comportano come semiconduttori (B, Si, Ge) piuttosto che come conduttori. I metalloidi sono anche chiamati "semimetalli" o "metalli poveri".

Non metalli: Tutto il resto in alto a destra della scala - più l'idrogeno (H), arenato nel Gruppo 1 - è un non metallo. Questi includono carbonio (C), azoto (N), fosforo (P), ossigeno (O), zolfo (S) e selenio (Se).

Alogeni: I primi quattro elementi del gruppo 17, dal fluoro (F) all'astato (At), rappresentano uno dei due sottoinsiemi dei non metalli. Gli alogeni sono piuttosto reattivi chimicamente e tendono ad accoppiarsi con metalli alcalini per produrre vari tipi di sale. Il sale da tavola nella tua cucina, ad esempio, è un matrimonio tra il sodio alcalino e il cloro alogeno.

Gas nobili: Incolori, inodori e quasi completamente non reattivi, i gas inerti o nobili completano la tavola del Gruppo 18. Molti chimici si aspettano che l'oganesson, uno dei quattro nuovi elementi nominati, condivida queste caratteristiche; tuttavia, poiché questo elemento ha un'emivita misurata in millisecondi, nessuno è stato in grado di testarlo direttamente. Oganesson completa il settimo periodo della tavola periodica, quindi se qualcuno riesce a sintetizzare l'elemento 119 (e la corsa per farlo è già in corso), girerà per iniziare la riga otto nella colonna del metallo alcalino.

A causa della natura ciclica creata dalla periodicità che dà il nome alla tavola, alcuni chimici preferiscono visualizzare la tavola di Mendeleev come un cerchio.

addizionale risorse:

• Guarda questo breve video sulla tavola periodica e sui gruppi di elementi, dal Corso intensivo.
• Sfoglia questa tavola periodica interattiva degli elementi.
• Dai un'occhiata a questa risorsa educativa online gratuita per comprendere i gruppi elementali di CK-12.