Gli elementi e la tavola periodica

Oggi si conoscono 109 elementi: 91 di questi sono naturali e 18 sono stati ottenuti artificialmente.

Composizione elementare e composti

Quando l'acqua viene divisa nei suoi due componenti il volume d'idrogeno prodotto è il doppio del volume d'ossigeno. È stato infatti osservato che ogni volta che i gas reagiscono per formare dei composti, essi si combinano in rapporti pari a piccoli numeri interi. Queste scoperte gettarono le basi per la determinazione del peso relativo degli atomi.

L'ipotesi d'Avogadro

Avogadro formulò l'ipotesi che il numero degli atomi o delle molecole che costituiscono un gas fosse molto piccolo in confronto allo spazio da essi occupato e che fossero in continuo movimento. Inoltre propose che se un gruppo di campioni di gas viene tenuto alla stessa temperatura e pressione, il volume da essi occupato fosse direttamente proporzionale al numero d'atomi di gas o di molecole che provocavano gli urti. In conclusione sostenne che il numero d'atomi in un campione di gas è direttamente proporzionale al suo volume.

Peso atomico relativo

L'ipotesi d'Avogadro servì a determinare il peso atomico relativo degli atomi, infatti, se dividendo l'acqua negli elementi che la costituiscono gli atomi d'idrogeno sono il doppio di quelli dell'ossigeno, è possibile calcolare quanto più pesante l'ossigeno è rispetto all'idrogeno.

Esempio:

Se due volumi d'idrogeno formano l'11,11% della massa totale dell'acqua, un volume d'idrogeno costituisce il 5,555% della massa del campione ed un numero uguale d'atomi d'ossigeno costituisce l'88,89% della massa. Per 100g d'acqua:   88,89g di O : 5,555g di H = 16,00

Quindi un atomo di ossigeno è 16 volte più pesante di un atomo di idrogeno.

Esperimenti analoghi eseguiti con altri composti hanno rivelato come sia possibile ordinare gli elementi in base alla loro massa atomica relativa. Il miglior sostegno a favore di questo concetto derivò dalla sua coerenza interna. Quando venne determinata una scala delle masse atomiche relative per un certo numero di elementi, gli elementi conosciuti poterono essere misurati nei diversi composti con lo stesso risultato.

In un primo momento tutti gli elementi vennero confrontati con l'idrogeno, l'elemento più leggero (m.a. 1,00). Attualmente la scala è costruita prendendo come punto di riferimento l'atomo di carbonio, a cui è stato assegnato un valore pari a 12.  L'unità di base usata per la massa atomica prende il nome di unità di massa atomica (uma) ed è uguale ad un dodicesimo esatto della massa del carbonio-12.

Massa atomica relativa: la media della massa di un campione di atomi di un elemento confrontata con un valore di riferimento.

Periodicità chimica e classificazione degli elementi

La periodicità chimica è il ripetersi periodico di proprietà fisico-chimiche simili all'aumentare della massa atomica. L'importanza della scoperta dell'ordine in natura è legata principalmente alla possibilità di poter fare delle previsioni.

Tavola periodica degli elementi

Vi sono tre proprietà con le quali è possibile lavorare facilmente: la conducibilità elettrica, il numero di atomi di idrogeno con i quali l'elemento si combina e la massa atomica.

La tavola periodica degli elementi è uno strumento particolarmente utile. Essa suddivide gli elementi in periodi cioè linee orizzontali che comprendono un ciclo completo di variazioni nel comportamento chimico (cioè in base al numero di idrogeni con i quali ciascun elemento reagisce). Ogni colonna costituisce un gruppo con un comportamento chimico analogo. Tutti gli elementi della prima colonna, ad esempio, sono metalli reattivi che si comportano in maniera simile. I gas nobili sono tutti raggruppati verticalmente nell'ultima colonna a destra della tavola.

Elementi di transizione

Gli elementi di transizione che sono tutti metalli, sono compresi tra le due colonne dei metalli a sinistra e le sei colonne dei non metalli a destra. I metalli di transizione hanno in comune una disposizione degli elettroni più esterni che non è presente né negli elementi delle due colonne di destra né in quelli delle sei colonne di sinistra. Il numero atomico mostra il posto dell'elemento nella tavola periodica.

Metalli: gruppo di elementi che sono buoni conduttori elettrici e malleabili.

Non metalli: tutti gli elementi che non conducono elettricità.

Periodicità chimica: il ripetersi ciclico o periodico di proprietà chimico-fisiche causato dalla disposizione degli elettroni e dall'aumentare della massa atomica.

Semimetalli: elementi che hanno proprietà dei metalli e dei non metalli.

Tavola periodica degli elementi: tavola in cui gli elementi sono ordinati secondo il numero atomico crescente.