I periodi

 Unità 5 ATOMI ED ELEMENTI CHIMICI ›› 2 La tavola periodica

I PERIODI

Prendiamo ora in esame i periodi, cioè le righe, della tavola periodica, ricordando che in ciascuna troviamo elementi che hanno lo stesso numero di gusci elettronici.

  • Il primo periodo: gli elementi più leggeri. Il primo periodo della tavola periodica contiene solo idrogeno ed elio.
    L’idrogeno (H) è l’elemento chimico più leggero e tende a disperdersi nello Spazio. Questa è la ragione per cui, anche se molto abbondante, è difficile trovarlo sulla superficie terrestre allo stato libero. È però presente in molti composti, il più importante dei quali è l’acqua (H2O).
    L’elio (He), anch’esso molto leggero (è utilizzato per gonfiare i palloncini che salgono nell’atmosfera), non è presente sulla Terra in grandi quantità, ma è diffusissimo nell’Universo: costituisce il 20-25% del Sole e di tutte le altre stelle (10). Grazie al suo unico guscio elettronico completo con 2 elettroni, l’elio tende a non reagire chimicamente con altri elementi.
  • Il secondo periodo. Nel secondo periodo sono presenti otto elementi con un numero atomico che va da 3 a 10: litio (Li), berillio (Be), boro (B), carbonio (C), azoto (N), ossigeno (O), fluoro (F) e neon (Ne). Nel loro guscio esterno si trovano, rispettivamente, da 1 fino a 8 elettroni.
    A eccezione del neon, gli altri sette elementi hanno il guscio esterno incompleto e tendono quindi a formare composti con altri elementi per completarlo (8 elettroni). Questo “comportamento” vale anche per gli elementi dei periodi successivi, dunque in generale per la maggior parte degli elementi. È per questo che molte delle sostanze che si trovano in natura sono composti.
    Due elementi del secondo periodo rivestono una particolare importanza: il carbonio e l’ossigeno.
    Il carbonio (Z = 6, con 4 elettroni nel guscio esterno) forma moltissimi composti, tra i quali tutte le molecole fondamentali presenti negli organismi (è infatti considerato “l’elemento della vita”). È inoltre presente nel carbone (11), nel metano e nel petrolio, sostanze derivate dalla lenta trasformazione di resti di organismi.

Secondo periodo

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  • Il carbonio può formare lunghe catene di molecole, chiamate polimeri, nelle quali una combinazione semplice di atomi si ripete più volte. Molti composti polimerici sono presenti negli organismi o in materiali naturali, per esempio nelle ossa, nel DNA (12), nel legno e nelle fibre tessili di origine vegetale e animale. 
    L’ossigeno (Z = 8, con 6 elettroni nel guscio esterno) rappresenta l’elemento più comune sul nostro Pianeta: è il componente più importante dell’acqua, costituisce più del 20% dell’atmosfera, è presente nella composizione della crosta terrestre e negli organismi. Si combina con grande facilità con quasi tutti gli elementi (nel linguaggio della chimica si dice che “è molto reattivo”) e fa parte di composti molto importanti, come l’anidride carbonica, chiamata anche diossido di carbonio (CO2), prodotta dalla respirazione e dalla combustione.

  • Il terzo periodo. Questo periodo raggruppa elementi che hanno tre gusci elettronici: sodio (Na), magnesio (Mg), alluminio (Al), silicio (Si), fosforo (P), zolfo (S), cloro (Cl) e argon (Ar).
    Il sodio (Z = 11, con 1 elettrone nel guscio esterno) si combina con il penultimo elemento del periodo, il cloro (Z = 17, con 7 elettroni nel guscio esterno), in un composto chiamato cloruro di sodio (NaCl), il comune sale da cucina, presente nell’acqua di mare e responsabile del suo sapore salato.
    Il silicio (Z = 14, con 4 elettroni nel guscio esterno) è l’elemento più comune nella crosta terrestre dopo l’ossigeno: sabbia (13), vetro e quarzo, per esempio, hanno come base il silicio; anch’esso forma lunghe catene di polimeri, chiamati siliconi.
    Il fosforo (Z = 15, con 5 elettroni nel guscio esterno) è un altro componente molto importante degli esseri viventi: è presente nelle nostre ossa legato al calcio. Una sua caratteristica è di diffondere una particolare luminescenza al buio.
    Infine lo zolfo (Z = 16, con 6 elettroni nel guscio esterno), riconoscibile per il caratteristico colore giallo, a differenza di molti altri elementi si trova facilmente in natura in forma pura, oltre a essere presente in numerosi composti.

Terzo periodo

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  • Oltre il terzo periodo. Nel quarto e nel quinto periodo gli elementi non sono più 8, ma 18. I periodi sesto e settimo sono ancora più ampi e comprendono due serie di 14 elementi ciascuna, collocate a parte: dal numero atomico 58 al 71 i lantanidi; dal 90 al 103 gli attinidi.
    Tra gli elementi chimici presenti in natura, quello con il numero atomico più alto è l’ uranio, Z = 92 (14). Oltre questo valore si trovano solo elementi artificiali ottenuti in laboratorio; tali sono anche il tecnezio (Z = 43) e l’astato (Z = 85).
  • “FAMIGLIE” DI ELEMENTI

    Osservando la tavola periodica possiamo notare che i diversi colori delle caselle identificano altri insiemi di elementi: metalli, non metalli, semimetalli e gas nobili (oltre agli elementi artificiali).
    Si tratta di “famiglie” di elementi che hanno proprietà chimiche e fisiche simili; tra queste, è molto importante la tendenza che gli elementi hanno, o che non hanno, a combinarsi con altri elementi con cui entrano in contatto. Metalli e non metalli, per esempio, sono tutti elementi che si combinano facilmente con altri, e sono perciò presenti in numerosi composti, quindi molto diffusi in natura.


      io studio  

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  • I metalli, che si trovano allo stato solido a temperatura ambiente (fanno eccezione mercurio, cesio e gallio, che in natura si presentano liquidi), sono lucenti, duttili e malleabili, cioè si possono facilmente ridurre in fili e lamine. Condividono inoltre la proprietà di essere buoni conduttori di calore ed elettricità: i fili elettrici sono fatti proprio di metallo.
  • I non metalli si trovano tutti allo stato solido o gassoso, tranne il bromo, che è liquido. Sono privi delle caratteristiche tipiche dei metalli: non sono duttili né malleabili, anzi, quelli allo stato solido sono piuttosto fragili, non conducono il calore né l’elettricità.
  • I semimetalli, o metalloidi, come il silicio (usato per esempio come semiconduttore all’interno dei pannelli fotovoltaici) e l’arsenico, sono posti a sinistra dei non metalli. Essi hanno proprietà intermedie fra quelle dei metalli e quelle dei non metalli.
  • I gas nobili, come il neon utilizzato nelle insegne luminose, sono riuniti nel gruppo VIII e sono tutti elementi allo stato gassoso che non si legano con altri elementi.
  •   Uso le domande guida  
    • Che cosa hanno in comune gli elementi di un periodo? E quelli di un gruppo?

    • Quali sono gli elementi del primo periodo?

    • Che cosa contraddistingue sia i metalli sia i non metalli?

    • Che cosa sono i gas nobili?

      fare per imparare  

    SPERIMENTIAMO ›› IL TEST DELLA FIAMMA

    OCCORRENTE

    Una bacchetta con montato un filo di platino; una soluzione di acido cloridrico; solfato di rame; carbonato di calcio; cloruro di sodio; un fornello.

    TEMPO NECESSARIO

    30 minuti.

    COME PROCEDERE

    Immergiamo il filo di platino nella soluzione di acido cloridrico e poi mettiamolo a contatto con la fiamma del fornello, facendo molta attenzione, fino a che diventa rovente, in modo da eliminare impurità eventualmente presenti sul filo. Preleviamo poi con il filo un piccolo campione di solfato di rame e passiamolo sulla fiamma. Osserviamo che la fiamma prende un colore verde-azzurro (1). Ripetiamo la stessa esperienza con il campione di carbonato di calcio e vediamo la fiamma diventare rosso-arancio (2) e poi con quello di cloruro di sodio (3), che invece rende la fiamma gialla. I colori che abbiamo osservato ci rivelano la presenza dei metalli contenuti nei composti, rispettivamente il rame, il calcio e il sodio. L’energia termica, infatti, eccita, cioè sposta, alcuni degli elettroni contenuti in essi, provocando emissione di energia sotto forma di luce: questa luce assume un colore specifico per ogni metallo.

    Scienze evviva! - volume A
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