Come si legge la tavola periodica degli elementi

La tavola periodica, o tavola di Mendeleev, è uno schema ordinato di tutti i costituenti della materia. È organizzata in colonne (chiamate gruppi) e righe (chiamati periodi) sulla base del numero atomico Z di ogni elemento e ne riassume le principali proprietà. Il primo elemento rappresentato – quello più leggero – è l'idrogeno, indicato con il simbolo H mentre l'ultimo e 118esimo elemento è l'oganesson indicato con il simbolo Og. Ideata nel 1869 dal chimico russo Dmitrij Ivanovič Mendeleev, è uno strumento ormai indispensabile per lo studio della chimica, ma quali sono le sue principali caratteristiche? E secondo quale criterio sono ordinati gli elementi al suo interno?

I Gruppi e i periodi della tavola periodica

Vediamo ora come sono organizzati e ordinati gli elementi al suo interno.
La tavola periodica è formata da 18 gruppi (cioè le colonne) e da 7 periodi (cioè le righe). Gli elementi presenti nello stesso gruppo hanno proprietà simili, in particolare hanno lo stesso numero di elettroni negli orbitali più esterni. Un elemento chimico occupa una sola casella della tabella ma può avere dei "gemelli" chiamati isotopi, cioè atomi con lo stesso numero di protoni ed elettroni ma con uno o due neutroni in più. Spostandosi lungo gruppi e periodi è possibile delineare anche "a occhio" delle proprietà atomiche. Il numero di orbitali elettronici attorno al nucleo, ad esempio, aumenta spostandosi verso la parte bassa della tavola, mentre il numero di elettroni in uno stesso orbitale aumenta andando verso destra. La massa di un atomo, invece, aumenta tendenzialmente spostandosi sia verso il basso che verso destra.

Gli orbitali elettronici nella tavola

Attorno all'atomo gli elettroni sono localizzati in particolari aree che prendono il nome di orbitali. Ne esistono di vario tipo, ciascuno dei quali chiamato con una lettera – s, p, d, f – dove i primi sono quelli più vicini al nucleo mentre gli ultimi quelli più distanti. Ogni orbitale ha una particolare forma e un capienza massima di elettroni. La tavola periodica ci fornisce informazioni anche su questa caratteristica degli atomi.

Il primo tipo di orbitale, s, può ospitare a massimo due elettroni, e proprio per questo nella prima riga della tavola periodica esistono solo due elementi: idrogeno ed elio – con uno e due elettroni rispettivamente.
Il secondo tipo di orbitale, p, può ospitare al massimo otto elettroni, da cui deriva il numero di elementi nella seconda riga. Gli orbitali successivi, seguendo la stessa logica, possono ospitare un numero crescente di elettroni.

Nell’ultima colonna sono presenti gli elementi che hanno l’orbitale più esterno completo, ovvero sono elettricamente stabili e vengono chiamati gas nobili.
E gli elementi della penultima colonna? A tali elementi (come fluoro o cloro) manca un solo elettrone per completare l’orbitale più esterno. Tenderanno quindi a "strappare" un elettrone ad elementi della prima colonna (come idrogeno o sodio) con un solo elettrone esterno.

Raggio atomico, ionizzazione ed elettronegatività

Una caratteristica importante di ogni elemento è il raggio atomico, che aumenta all’aumentare del gruppo, ma si riduce lungo il periodo.
Una seconda proprietà riguarda l’energia di ionizzazione, ovvero l’energia necessaria per "strappare" un elettrone dall’atomo in questione. Come abbiamo visto in precedenza, a destra ci sono gli elementi che cedono molto difficilmente gli elettroni dell’ultimo orbitale. Di conseguenza tale parametro aumenta andando da sinistra verso destra. Ha un andamento inverso rispetto al raggio atomico: più lontano è l’ultimo orbitale, più facile è strapparlo. Di conseguenza questo parametro aumenta andando dal basso verso l’alto.

Una terza proprietà, complementare alla precedente, è la capacità di attrarre elettroni da altri elementi, chiamata elettronegatività. Il suo comportamento è simile a quello dell’energia di ionizzazione, aumenta verso sinistra e verso l’alto. Tanti più elettroni ha nell’ultimo orbitale, tanto più facile è attrarre gli elettroni mancanti.

Metalli, non metalli e semimetalli

La tavola periodica contiene tre tipi di elementi: metalli, non metalli e semimetalli.

I metalli tendono a perdere elettroni, diventando ioni positivi e raggiungendo una configurazione elettronica esterna simile al gas nobile più vicino. Essi occupano la parte sinistra della tavola periodica, sono spesso solidi a temperatura ambiente e sono buoni conduttori termici ed elettrici. I metalli della prima colonna sono chiamati metalli alcalini, mentre quelli della seconda colonna vengono definiti metalli alcalino-terrosi. Gli altri si chiamano metalli di transizione.

I non-metalli sono tutti gli elementi che tendono ad acquistare elettroni, diventano ioni negativi. Per questo sono detti elettronegativi. Occupano la parte destra della tavola periodica, sono spesso aeriformi a temperature ambiente. Vi sono alcune eccezioni, come ad esempio il bromo liquido e lo iodio solido. L'idrogeno non è un non-metallo anche se comunemente viene indicato come tale. I non-metalli hanno una scarsa conducibilità e dunque sono dei buoni isolanti.

I semimetalli sono elementi con proprietà intermedie: in alcune condizioni si comportano come metalli, in altre come non-metalli. Essi occupano la diagonale che divide i metalli dai non-metalli e sono semiconduttori.

Cosa significano i numeri sulla tavola periodica?

In che modo sono ordinati gli elementi nella tavola periodica?