Tavola Periodica degli Elementi: evoluzione storica e scoperte

Tavola Periodica degli Elementi

"Così mi sono messo a riunire [ ... ] gli elementi analoghi e i pesi atomici vicini, la qual cosa mi condusse rapidamente alla conclusione che le proprietà degli elementi sono in rapporto periodico con il loro peso atomico".

Con queste parole il chimico russo Dmitrij Ivanovi_ Mendeleev (1834 - 1907) ricordava la sua scoperta di una relazione tra le sostanze, la legge di periodicità, con la quale classificava gli elementi chimici, i vari tipi di atomi presenti in natura, sulla base del loro peso atomico e gli permetteva di distinguerli in gruppi con proprietà simili.

Contesto Storico e Primi Tentativi di Classificazione

ATOMICO1783

INIZIO 1800

TABULA AFFINITATUM

İNTER DIFFERENTES

SUBSTANTIAS-

@ASM

h.

C

Ov

4

X

0

D

h

ADO+

+

Z

C

NON FINGENDUM AUT EXCOCİTANDUM, SED VİDENDUM QUID NATURA FERATI AUT FACIAT

• Lavoisier suddivide i 33 elementi conosciuti in: gas, metalli,non metalli, e terrosi . Comprese tra questi anche la luce e il calorico.
• Dalton propone la sua «tabella di affinità» Tentativi di compilare schemi e tabelle per visualizzare le sostanze e le reazioni chimiche conosciute e di dare un criterio interpretativo anche per quelle esperienze chimiche che non erano state ancora osservate. Il primo problema da affrontare nella compilazione di una tabella chimica è quella della rappresentazione in forma simbolica degli elementi. I chimici del Settecento per ovviare a questo problema adottarono i simboli della tradizione alchimistica. Per i metalli, ad esempio, furono adottati i simboli astrologici dei pianeti: l'oro venne quindi rappresentato con il Sole, l'argento con la Luna, il mercurio con Mercurio, il rame con Venere, il ferro con Marte, lo stagno con Giove e il piombo con Saturno. Furono realizzati anche nuovi simboli :per raffigurare sostanze come gli acidi furono introdotte delle figure geometriche con le terminazioni appuntite che servivano, appunto, per indicare l'azione aggressiva e corrosiva di queste sostanze.

B:R SM1829

1858

Triade 1 Triade 2 Triade 3 Triade 4 Triade 5

Li Ca S CI Mn Na Sr Se Br Cr K Ba Te I Fe

• Il chimico Dobereiner nota delle triadi di elementi che possedevano una certa similarità e infatti ipotizzò che la massa atomica dell' elemento centrale di una triade corrispondente alla media aritmetica delle masse atomiche degli altri due elementi .Tuttavia la similarità non era valida per tutti gli elementi.
• Il chimico tedesco Kekulé osserva che il carbonio ha spesso quattro atomi legati a sé. Per esempio il metano CH4 ha un atomo di carbonio e 4 atomi di idrogeno .Questo concetto prende il nome ed è tuttora conosciuto come VALENZA.

1860

1862

--

VIS TELLURIQUE

CLASSEMENT NATUREL DES CORPS WWFLE'S DU HABENSUR

---

..

Li Be B C' Mg ALS

• Primo congresso chimica internazionale a Karlsruhe: Cannizzaro , appoggiando le teorie di Avogadro, intuisce la necessità di distinguere fra peso atomico e peso molecolare e trova il modo di determinare la massa atomica.
• Il geologo A. Béguyer de Chancourtois fu il primo a disporre gli elementi chimici in ordine di massa atomica. Propose una disposizione degli elementi chiamata «vite tellurica» perché gli elementi erano disposti in una spirale tracciata sulla superficie di un cilindro e inclinata di 45° rispetto alla base; in questa configurazione il tellurio assumeva la posizione centrale . E' il primo a disporre gli elementi per massa atomica crescente e fu la prima persona ad accorgersi della periodicità delle caratteristiche degli elementi. Egli dimostro che elementi con caratteristiche simili apparivano di intervalli regolari.

Juha Newlands "Law of Octaves", 1865

00000

0

H L B B C NO F NG ME ALS P & CI

0

00

• Il chimico inglese Newlands formula la legge delle ottave . Egli notò che quando si disponevano gli elementi in ordine di massa atomica crescente su righe orizzontali ognuno di essi mostrava proprietà simili a quelle degli elementi che si trovavano 8 posti più indietro e 8 posti più avanti. Egli paragonò questa periodicità alle ottave della musica; questa legge su però messa in ridicolo dei suoi contemporanei.
• Il chimico tedesco Julius Meyer pubblica una versione più estesa di una sua tavola periodica del 1864; traccia un grafico dei volumi atomici degli elementi ricavabile da misure di densità in funzione della massa atomica, ottenendo dei picchi in corrispondenza dei metalli alcalini. La distanza tra due vertici consecutivi corrispondeva ad un periodo della tavola periodica .Meyer quindi trovo che il volume atomico varia in modo altalenante e gli elementi che occupano posizioni analoghe hanno proprietà chimiche simili

1863

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

H Li Be B C NO F Na Mg AI Si P S Cl

CI K Ca Cr Tl Ma Fe Cobalt/Nickel something is wrong!

1868

70 1

volume molare (mL . mol-))

60

Rb

50

40

Sr

-Ba

30

Y

Na CI. ICa

Br

La ; Ce

- Zr

20

-Te

Di

Mg

Sc

In

Li

F

Ga

Nb

Ag

ded

10

O

Mo

N

Cr

Ru Rh

B

Mn Ni Cu

Pd

Be Vir

AI Si

J Fe Co/ Zn

As

Sn

P

Ti

S Sc

Sb

Il Contributo di Mendeleev

1869

1871

• Il chimico russo Dmitrij Mendeleev elenca gli elementi in ordine di massa atomica crescente su righe verticali , tenendo conto delle proprietà di ciascun elemento.
• Mendeleev dispone gli elementi in orizzontale e, sulla base delle caratteristiche degli elementi, suppone l'esistenza di elementi ancora non conosciuti , che saranno scoperti in anni successivi ( Ga, Ge) e che presentavano le caratteristiche ipotizzate.

H 1

III IV V VI VII

periodo 1

Li Be B C N O F

- 6-W.

C == 133

Ba=137

-- 137

Co-1382

-

-

periodo 2

Na Mg AI Si P S CI

- 7-N.

-

-

-

-

-

Os=1997, Ir=199? Ptm197. Au=1ST

periodo 3

K Ca 31? 32? As Se Br

-10-8.

-

-

Tha= 232

- Urze240

-

periodo 4

Rb Sr In Sn Sb Te I

RO, BAR RO, (RH)) RK, RH, RH

Be=P.a B=11 C=12 N=14 0=16

Na-33 Mg-24 Al 27,4 SI == 28 P=31 $=32 CI == 35.s

- 1-I

Cam 40 Ti =501 T=51 Crmsz Mn=55 Fem56, Com39

1

- 3.1.

Za=65 As=75 Se=TR

4.1.

Sr-87 Y17-887 NA -- 04 -- 100 Re-104. Rb-104 Pd=104, Ag=106

- 5-L Ag=108) Cd=112 l == 113 Z-90 S === 118 84=122 Te=1281 J=117

4.3

-8-1.

-

-

Ta=182 ₩=184

-

Hg == 200 Ti=204 Pb= 207 Bi 208

-

-

R.O. MRO R.O. MR RO, RH

Tpynsa Y. VI. Tpyans YIL. n rpyans 1. L Tpyans =

Таблица IT. KI _MypraJs Pycczaro Xauaveccaro Oderecras", T. Ill, crp. 31 (1871 r.).

Sviluppi Successivi della Tavola Periodica

1894

• I gas nobili furono scoperti da Ramsay e Lord Rayleigh. Mendeleev non li aveva previsti, e solo dopo un periodo di studi si comprese come posizionarli nella tavola periodica.

1903-1907

• -

• VI VII

• ..

LORD RAYGLEIGH RAMSAY

• Dai minerali delle terre rare furono scoperti una serie di elementi a valenza 3 : i lantanidi ( senza Promezio Pm)

1911

1903-1907

High Frequency Spectra of the Firments.

WAVE LENGTH X 10℃

6 75

• Il fisico olandese Antonius van der Broek fu il primo ad associare il numero atomico ( «carica nucleare di ciascun atomo» ) di un elemento alla posizione che l'elemento stesso occupa all'interno della tavola periodica
• Il fisico inglese Moseley appoggia la teoria di van der Broek; sapendo che un atomo colpito da elettroni molto veloci emette radiazioni verificò sperimentalmente che la frequenza dei raggi emessi è caratteristica per ogni elemento è direttamente proporzionale al suo numero di posizione, ossia la posizione che occupa nella tavola periodica di Mendeleev. Ciò si evidenzia dal fatto che il grafico numero d'ordine/frequenza della radiazione è una retta . Il numero d'ordine è chiamato per la prima volta numero atomico da Rutherford.

1911

1903-1907

NB:

• Il fisico olandese Antonius van der Broek fu il primo ad associare il numero atomico ( «carica nucleare di ciascun atomo» ) di un elemento alla posizione che l'elemento stesso occupa all'interno della tavola periodica
• Il fisico inglese Moseley appoggia la teoria di van der Broek; sapendo che un atomo colpito da elettroni molto veloci emette radiazioni verificò sperimentalmente che la frequenza dei raggi emessi è caratteristica per ogni elemento è direttamente proporzionale al suo numero di posizione, ossia la posizione che occupa nella tavola periodica di Mendeleev. Ciò si evidenzia dal fatto che il grafico numero d'ordine/frequenza della radiazione è una retta . Il numero d'ordine è chiamato per la prima volta numero atomico da Rutherford.
• L'ordine in cui si susseguono gli elementi in base al numero atomico crescente differisce solo in pochi casi dall'ordine per massa atomica crescente: Ar -K, Te - I, Co - Ni

Tavola Periodica Moderna

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

1

H Idrogeno

2

3 Li Litio

4 Be Berillio

3

11 Na Sodio

12 Mg Magne ...

4

19 K

20 Ca Calcio

21 Sc Scandio

Ti Titanio

V Vanadio

24 Cr Cromo

25 Mn Manga ...

26 Fe Ferro

27 Co Cobalto

28 Ni Nichel

29 Cu Rame

30 Zn Zinco

31 Ga Gallio

32 Ge Germa ...

33 As Arsenico

34 Se Selenio

35 Br Bromo

36 Kr Cripton

37 Rb Rubidio

38 Sr Stronzio

39 Y Ittrio

40 Zr Zirconio

41 Nb Niobio

42 Mo Molibd ..

43 Tc Tecnezio

44 Ru Rutenio

45 Rh Rodio

46 Pd Palladio

47 Ag Argento

48 Cd Cadmio

49 In Indio

50 Sn Stagno

51 Sb Antimo ...

52 Te Tellurio

53 I Iodio

54 Xe Xenon

55 Cs Cesio

56 Ba Bario

57 La Lanta ...

72 Hf Afnio

73 Ta Tantalio

74 W Tungst ...

75 Re Renio

76 Os Osmio

77 Ir Iridio

78 Pt Platino

79 Au Oro

80 Hg Mercurio

81 TI Tallio

82 Pb Piombo

83 Bi Bismuto

Po Polonio

85 At Astato

86 Rn Radon

7

87 Fr Francio

88 Ra Radio

89 Ac Attinio

104 Rf Ruther ...

105 Db Dubnio

106 Sg Seabor ...

107 Bh Bohrio

108 Hs Hassio

109 Mt Meitne ...

110 Ds Darms ...

111 Rg Roentg ...

112 Cn Copern ...

113 Nh Nihonio

114 FI Flerovio

115 Mc Mosco ...

Lv Liverm ...

Ts Tennes ...

0g Ogane ...

TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI

58 Ce Cerio

59 Pr Praseo ...

60 Nd Neodi ...

61 Pm Prome ...

62 Sm Samario

63 Eu Europio

64 Gd Gadoli ...

65 Tb Terbio

66 Dy Dispro ...

67 Ho Olmio

68 Er Erbio

69 Tm Tulio

70 Yb Itterbio

71 Lu Lutezio

Th Torio

Pa Protoa ...

U Uranio

93 Np Nettunio

94 Pu Plutonio

95 Am Americio

96 Cm Curio

97 Bk Berkelio

98 Cf Califor ...

99 Es Einstei ...

100 Fm Fermio

101 Md Mendel ...

102 No Nobelio

103 Lr Lauren ...

2 He Elio

5 B Boro

6 C Carbonio

N Azoto

8 0 Ossige ...

F Fluoro

10 Ne Neon

13 AI Allumi ...

14 Si Silicio

15 P Fosforo

16 S Zolfo

17 CI Cloro

18 Ar Argon

22 23

5

6

84

7

9