Chimica per il liceo/La tavola periodica e i primi modelli atomici: differenze tra le versioni

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In questo sistema gli elementi chimici non erano solo ordinati in base alla propria massa atomica, ma anche incolonnati in ''gruppi'' con caratteristiche chimiche simili, come mostrato in figura 2.
[[File:Periodic table by Mendeleev, 1871.svg|miniatura|623x623px|'''Figura 2.''' Tavola periodica Mendeleev (versione del 1871).]]
Come si è detto precedentemente, il sistema periodico elaborato da Mendeleev permise anche di <u>ipotizzare l'esistenza di elementi non ancora scoperti</u> e di prevederne le principali caratteristiche e proprietà. Ad esempio, Mendeleev osservò che, sebbene in base alla sua massa atomica il titanio (Ti) avrebbe dovuto seguire il calcio (Ca), le sue caratteristiche differivano significativamente da quelle del boro (B) e dell'alluminio (Al), pertanto lasciò una casella vuota ipotizzando l'esistenza di un elemento ancora sconosciuto, che denominò eka-alluminio. In modo analogo, Mendeleev predisse l'esistenza anche di altri due elementi sconosciuti che denominò provvisoriamente eka-boro e eka-silicio. Non passarono molti anni, prima che l'effettiva esistenza di tali elementi vennisse confermata: oggi questi elementi sono rispettivamente noti come gallio (Ga, scoperto nel 1875), scandio (Sc, scoperto nel 1879) e germanio (Ge, scoperto nel 1886).
 
È giusto ricordare che nello stesso periodo anche il chimico tedesco Julius Lothar '''[[w:Julius_Lothar_Meyer|Meyer]]''' giunse a conclusioni molto simili a quelle di Mendeleev, ma pubblicò la sua versione della Tavola periodica (praticamente identica a quella elaborata dal chimico russo) solo alcuni mesi dopo. Sebbene oggi la Tavola periodica sia esclusivamente associata al nome di Mendeleev, il lavoro di Meyer fornì un avallo significativo e ne facilitò l'accettazione da parte della comunità scientifica internazionale. In riconoscimento di ciò, nel 1882, la prestigiosa associazione scientifica britannica Royal Society attribuì la medaglia Davy, un importante premio rilasciato annualmente agli scienziati che si sono distinti nel settore della chimica, sia a Mendeleev che a Meyer.
Il valore preciso della carica elettrica (-1,6<math>\cdot</math>10<sup>-19</sup> C) e della massa (9,109<math>\cdot</math>10<sup>-31</sup> kg) dell'elettrone vennero poi determinati dal fisico statunitense Robert '''[[w:Robert_Millikan|Millikan]]''', nel 1909, confermando che tale particella ha una massa circa 2000 inferiore rispetto a quella dell'atomo di idrogeno.
[[File:Jersey Christmas pudding podîn d'flieu.jpg|miniatura|186x186px|'''Figura 8.''' Plum (o Christmas) pudding.|sinistra]]
Dopo aver scoperto l'elettrone, nel 1904, Thomson propose il primo modello atomico moderno e basato su dati sperimentali, noto come "'''modello a panettone'''", o in inglese ''plum pudding model'' (il plum o Christmas pudding è un tipico dolce inglese natalizio che, come il nostro panettone tradizionale, contiene canditi e uva passa, figura 8). Tale modello ipotizza che l'atomo sia una sfera di carica positiva, a cui è associata anche la massa (essendo la massa dell'elettrone molto inferiore rispetto a quella di un atomo), diffusa in tutto il volume, al cui interno sono distribuiti gli elettroni (cariche negative) a distanza regolare, in modo da minimizzare la repulsione reciproca (figura 9). Tale modello viene definito "a panettone" in quanto l'impasto rappresenta la carica positiva diffusa in tutto il volume, mentre le uvette e i canditi distribuiti al suo interno rappresentano gli elettroni negativi.{{Clear}}
 
== L'esperimento di Rutherford e il modello atomico planetario ==
[[File:Ernest Rutherford LOC.jpg|miniatura|'''Figura 10.''' Ernest Rutherford (1871–1937), premio Nobel per la Chimica nel 1908.|sinistra|211x211px]]
* una piccola ma significativa frazione di particelle veniva deviata e addirittura alcune particelle (circa 1 ogni 8000) venivano rimbalzate all'indietro.
 
In base alle osservazioni e ai calcoli effettuati, Rutherford comprese che il modello proposto da Thomson non potesse essere valido (figura 12), in quanto le particelle alfa avrebbero dovuto attraversare tutte in linea retta la lamina d'oro senza subire alcuna deviazione o venendo solo leggermente deviate, per l'interazione con il debole campo elettrico generato dagli atomi (si ricordi che nel modello di Thomson la carica e la massa sono diffuse in tutto il volume dell'atomo, che di conseguenza ha una densità sia di massa sia di carica molto bassa). Ipotizzò quindi un modello "planetario" in cui la carica positiva era concentrata in un piccolo spazio centrale, il nucleo, e le cariche negative si muovevano in qualche modo (non precisò come) ad una certa distanza dal nucleo. {{Clear}}
== Numero atomico, numero di massa e isotopi ==
[[File:Atomo di carbonio.svg|miniatura|345x345px|Struttura semplificata dell'atomo di carbonio]]L’atomo è l’unità fondamentale della materia e tutti gli atomi sono formati dalle stesse categorie di subparticelle: il nucleo è costituito da '''protoni,''' particelle dotate di <u>massa e carica positiva,</u> e '''neutroni,''' particelle <u>neutre</u> (prive di carica) dotate di una <u>massa</u> paragonabile a quella dei protoni); attorno al nucleo si muovono gli '''elettroni,''' particelle con carica negativa pari in quantità a quella del protone ma di segno opposto e massa trascurabile rispetto a quella di un protone o di un neutrone (circa 1/2000). Il numero di elettroni eguaglia il numero di protoni: l’atomo, infatti, è, per definizione, una entità neutra. Il '''numero di protoni''' (e, quindi, di elettroni) viene indicato come '''numero atomico'''.
File:Element identity A.png|Il numero di massa si indica con A
File:Isotope NiCuZn.svg|Esempi di isotopi dello zinco, del rame e del nichel. In nero quelli stabili, in colore quelli radioattivi
</gallery>In particolari condizioni, un atomo può acquistare o perdere elettroni. Quando un atomo perde uno o più elettroni non è più elettricamente neutro, perché la carica positiva del nucleo non è bilanciata da quella degli elettroni; si dice che l’atomo è diventato uno ione positivo o '''catione'''. Quando un atomo acquista uno o più elettroni non è più elettricamente neutro, per cui si dice che l’atomo è diventato uno ione negativo o '''anione'''.{{Clear}}
 
== La Tavola periodica moderna ==
[[File:Tavola periodica evidenziati blocchi s, p, d, f.png|miniatura|384x384px|La tavola periodica moderna]]
 
La modernaNella tavola periodica ordinamoderna gli atomi sono ordinati in righe, dette '''periodi''', e colonne, dette '''gruppi.'''
 
Gli atomi sono '''ordinati in sequenza in base al numero atomico (Z)''' cioè in base al numero di protoni, poiché sono principalmente i protoni a determinare le caratteristiche chimiche dell'atomo.
 
Nella tavola periodica tutti gli atomi sono considerati neutri, quindi, il numero di protoni del nucleo è uguale al numero degli elettroni.
 
I principali gruppi sono individuati da numeri romani (I, II, fino a VIII). In ogni gruppo (colonna) gli elementi hanno caratteristiche chimiche simili, ad esempio i metalli del primo gruppo (litio, sodio, potassio) sono estremamente reattivi, oppurementre quelligli elementi dell'ultimoottavo gruppo (VIIIelio, neon, argon, kripton, radon) sononon perlo nullasono reattiviaffatto e quindisono gli unici ad esistonoesistere come gas monoatomici.,
 
La tavola viene definita "periodica" poiché alcune caratteristiche chimiche si ripetono periodicamente ad ogni periodo (riga). Ad esempio proprietà periodiche sono: il '''raggio atomico''' (le dimensioni dell'atomo), '''l'energia di ionizzazione''' (l'energia necessaria per strappare uno o più elettroni all'atomo), '''l'affinità elettronica''' ( l'energia liberata dall'atomo quando prende uno o più elettroni) e '''l'elettronegatività''' (la capacità dell'atomo di attrarre a sé gli elettroni di eventuali legami chimici).
* i '''metalli''', che sono la maggior parte e sono tutti gli elementi a sinistra, al centro e a destra fino alla linea spezzata rossa (vedi la tavola periodica a fianco). Sono tutti solidi tranne il mercurio che è liquido (a temperatura ambiente). Sono <u>duttili</u> (si possono ottenere fili) e <u>malleabili</u> (facilmente lavorabili, anche in lamine), buoni <u>conduttori</u> di <u>elettricità</u> (es. fili elettrici di rame) e <u>calore</u> (es. le pentole).
* i '''non metalli''', posizionati a destra della linea spezzata, che sono in natura, a seconda dell'elemento, solidi, liquidi o gassosi. Hanno proprietà diverse, a seconda dell'elemento, ma non hanno le caratteristiche sopracitate dei metalli
* i '''semimetalli''', sono gli elementi vicino alla linea spezzata rossa, con proprietà chimiche intermedie tra metalli e non metalli.
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{{Cassetto|Come si formano gli elementi nella tavola periodica|colore=#d7ff30|coloresfondo=#f9ffe0|
 
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