Informazioni generali

La tavola periodica degli elementi è uno schema in cui i vari elementi chimici sono ordinati sulla base del loro numero atomico (il numero di protoni presenti nel loro nucleo) e suddivisi in gruppi che hanno proprietà chimiche e fisiche simili.
La posizione che i vari elementi occupano nella tavola, quindi, consente a chi la legge di dedurre a colpo d’occhio una serie di informazioni fondamentali a proposito delle loro caratteristiche e della loro struttura, ed è proprio l’estrema linearità e schematicità della tavola a renderla ancora oggi uno strumento tanto utile ed efficace.
La tavola periodica, così come noi la conosciamo, è stata ideata dal chimico russo Dmitrij Ivanovic Mendeleev, che il 6 marzo 1869 presentò alla Società Chimica Russa una relazione intitolata L’interdipendenza tra le proprietà dei pesi atomici degli elementi in cui esponeva un suo modello che consentiva di sistematizzare tutte le informazioni relative ai 63 elementi chimici allora noti: la tavola periodica, appunto. Studiando le proprietà dei singoli elementi, infatti, il chimico si era accordo che alcune caratteristiche si ripetevano in modo periodico, e aveva capito quindi che era possibile sistemare i diversi elementi in una sorta di griglia, in modo che le loro proprietà ricorrenti fossero evidenziate nel modo più immediato possibile.
Mendeleev non era l’unico scienziato che, in quegli anni, aveva provato a ideare un sistema che consentisse di raggruppare gli elementi sulla base delle loro caratteristiche chimiche, ma mai nessuno era riuscito a elaborare uno schema che fosse tanto completo ed efficace. Contemporaneamente a Mendeleev, ad esempio, anche il chimico tedesco Julius Lothar Meyer aveva presentato un proprio modello di sistematizzazione, ma mentre Meyer si era limitato a raggruppare in “famiglie” gli elementi che avevano caratteristiche simili, Mendeleev aveva capito che la struttura della tavola consentiva non solo di catalogare gli elementi conosciuti, ma anche di ipotizzare l’esistenza di elementi non ancora scoperti e di predire quelle che sarebbero state le loro caratteristiche. Mendeleev, di conseguenza, ebbe l’intuizione di lasciare vuoti, nella sua tavola, gli spazi destinati a elementi non ancora noti, ipotizzandone però la massa e le proprietà chimico-fisiche in base alla posizione.
Quando, pochi anni dopo la teorizzazione di Mendeleev, furono scoperti lo Scandio, il Gallio e il Germanio, ci si accorse immediatamente che questi nuovi elementi andavano a riempire tre delle caselle lasciate vuote dal chimico russo, e che le loro caratteristiche erano perfettamente in linea con quanto lui aveva previsto. Queste scoperte consentirono di confermare una volta per tutte la validità di quando Mendeleev aveva ipotizzato, e resero la sua tavola il modello di riferimento imprescindibile per la classificazione degli elementi (molti dei quali sono stati scoperti e/o sintetizzati in laboratorio solo decenni – quando non un secolo – dopo il momento in cui il chimico russo ne aveva ipotizzato l’esistenza).


la tavola periodica di Mendeleev

Fig. 1: Tavola periodica di Mendeleev: in questo schema, che riproduce la tavola presentata da Mendeleev nel 1869, sono visibili gli spazi vuoti destinati agli elementi chimici non ancora scoperti.


La tavola creata da Mendeleev si rivelò uno strumento assolutamente nuovo, una sorta di compendio che conteneva, in maniera sintetica, tutte le informazioni relative ai diversi elementi conosciuti e che permetteva di correlarli tra loro facendo emergere le loro proprietà ricorrenti. Nella tavola di Mendeleev le righe in cui gli elementi sono sistemati in base al peso atomico crescente vengono dette periodi e le colonne, in cui gli elementi sono raggruppati in base a proprietà chimiche simili, vengono dette gruppi. La base teorica su cui il chimico russo si era basato per costruire la tavola era la cosiddetta Legge di periodicità, che afferma che le proprietà chimico-fisiche degli elementi sono funzioni periodiche delle loro masse atomiche, e che quindi si ripetono ciclicamente.
La tavola era, nella sua sostanza, straordinariamente corretta, anche se per rispettare rigidamente la legge di periodicità Mendeleev fu costretto, in 4 casi, a realizzare delle inversioni, ovvero a collocare elementi con massa superiore prima di elementi con massa inferiore. Il chimico giustificò queste anomalie ipotizzando che ci fosse qualche errore nella determinazione esatta delle masse atomiche dei vari atomi. Tali eccezioni erano, invece, dovute al fatto che Mendeleev, nel creare la tavola, si era basato sulla massa atomica dei diversi atomi (ovvero sulla massa del loro nucleo) e non sul loro numero atomico (ovvero sul numero di neutroni). Il chimico, d’altronde, era ancora legato alla concezione classica dell’atomo, ereditata da Democrito, secondo cui gli atomi erano sfere indistruttibili, impossibili da scomporre in elementi più piccoli. Solo in seguito venne evidenziato che gli atomi sono in realtà composti da un nucleo – nel quale trovano posto i protoni (particelle dotate di carica positiva) e i neutroni (particelle prive di carica) – e da un volume circostante in cui si muovono gli elettroni (particelle dotate di carica negativa), e che ciò che li caratterizza in maniera davvero univoca è il numero di protoni, non la massa atomica, che è inevitabilmente influenzata dal numero di neutroni.
La tavola periodica moderna, quindi, ricalca sostanzialmente quella proposta dal chimico russo, con l’unica differenza che la legge di periodicità su cui si basa viene riformulata in base al numero atomico anziché in base alla massa. In questo modo non è più necessario prevedere alcuna inversione, e i vari elementi risultano perfettamente ordinati e raggruppati sulla base alle loro proprietà chimico-fisiche.