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Struttura atomica e periodicità chimica

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Gli uomini hanno scoperto i diversi elementi chimici in un arco di tempo molto ampio (vedi).

Gli elementi nell'ordine approssimativo di scoperta

 

Antichità (prima del 1000 A.C.)

      Au  Ag  Cu  Sn  Pb  Fe  S  Hg  C  Sb

Periodo alchemico (1000 A.C.-1700 A.D.)

      Zn  As  Bi  Pt  P

Estrazione chimica (1700-1900 A.D.)

      Co  Ni  H  N  O  Cl  Mn  Mo  W  Zr  U  Ti  Y  Cr  Te  Nb  Ta  Pd  Os

      Rh  Ir   K  Na Ca Sr  Ba   B  I  Cd  Se  Si  Al  Ce  Br  Be  Mg  Th  V

      La  Er Tb  Ru  Li  Sc  Yb  Sm  Tm  Gd  Dy  Ge  F  Ar  Eu  Lu(1907)

Identificazione spettroscopica o per radioattività (1880-1925 A.D.)

      Cs  Rb  Tl  In  He  Ga  Ho  Pr  Nd  Kr  Ne  Xe  Ra  Po  Ac  Rn  Pa

      Hf  Re

Elementi sintetici (1937-1961 A.D.)

     Tc  Fr  At  Np  Pu  Pm  Am  Cm  Bk  Cf  Es  Fm  Md  No  Lr

 

 

I chimici hanno identificato i diversi elementi, li hanno isolati dalle fonti naturali ed hanno individuato l'andamento delle loro proprietà.

Nel 1869 Mendeleev dispose gli elementi in ordine di peso atomico e raggruppò quelli dotati di proprietà chimiche analoghe. 

Le moderne tavole periodiche sono ordinate secondo il numero atomico degli elementi che permette di eliminare alcune delle anomalie presenti nella disposizione mendeleeviana (ad esempio per la coppia Co/Ni).

Al di sotto della Tavola periodica vi è un andamento periodico (legge periodica) che coinvolge tutte le proprietà  atomiche, come i volumi molari (curva di Lothar Meyer), le densità,  i punti di fusione ecc. (che si possono razionalizzare sulla base della moderna teoria atomica).

 

La tavola periodica è uno strumento di razionalizzazione e di previsione fondamentale per la chimica inorganica.

 

 

Le righe orizzontali rappresentano i periodi e le colonne verticali i gruppi.  La tavola si suddivide in quattro blocchi (s, p, d, f).

Secondo le raccomandazioni della IUPAC i gruppi vanno numerati da 1 a 18.

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IUPAC sta per International Union of Pure and Applied Chemistry. 

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Si notino due aspetti curiosi nella Tavola sopra illustrata:

- La/Lu - Ac/Lr  Esiste una ambiguità in queste coppie, che nasce dalle configurazioni, che si differenziano per il riempimento completo degli orbitali nf :

        La (57) [Xe] 6s2        5d1

        Lu (71) [Xe] 6s2 4f14 5d1

 

        Ac (89)  [Rn] 7s2        6d1

        Lr (103) [Rn] 7s2 5f14 6d1 (o 7p1)

 

- Nomenclatura degli elementi con Z >100 (IUPAC 1977). Gli elementi fino a Laurenzio (Z = 103) sono attinidi (5f) e la serie 6d inizia con l’elemento 104. Sono stati sintetizzati gli elementi 104, 105, 106 (hanno di ca. 1s) etc. La nomenclatura è basata sulla seguente classificazione:

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             Radici 

             0       1      2      3      4        5      6       7        8       9

            nil     un    bi     tri    quad  pent  hex   sept   oct    enn

 

             Z                   Nome                       Simbolo

             101               un-nil-unium            Unu (Md)

             102               un-nil-bium              Unb (No)

             103               un-nil-trium              Unt  (Lr)

             104               un-nil-quadium         Unq

             105               un-nil-pentium          Unp

              .....

             118              un-un-octium            Uuo

             ?

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Metteremo a fuoco la struttura dell'atomo dal punto di vista della meccanica quantistica e forniremo la descrizione di quello più semplice, l'idrogeno e gli atomi idrogenoidi. 

Successivamente, seguendo il metodo pres­soché universalmente adottato dai chimici, ci serviremo dei risultati per costruire un modello degli atomi più complessi multielettronici.