La tavola periodica è stata la scoperta più importante della chimica

Di Dennis Rouvray

12 febbraio 1994, aggiornato il 10 gennaio 2019

Quando il romanziere francese Balzac scrisse "senza numeri, l'intero edificio della nostra civiltà andrebbe in pezzi", potrebbe aver anticipato un'intuizione del chimico russo Dmitri Mendeleyev. Il 17 febbraio 1869 Mendeleyev annotò i simboli degli elementi chimici, ordinandoli in base al loro peso atomico. Ha scritto la sequenza in modo tale che essi finissero raggruppati sulla pagina secondo regolarità o 'periodicità' di comportamento conosciute. È stata forse la più grande svolta nella storia della chimica.

Le idee di Mendeleyev cambiarono totalmente il modo in cui i chimici consideravano la loro disciplina. Ora ogni elemento chimico aveva il suo numero e la sua posizione fissa nella tabella, e da questo era possibile prevederne il comportamento: come avrebbe reagito con gli altri elementi, che tipo di composti avrebbe formato e che tipo di proprietà fisiche avrebbe avuto. .

Ben presto Mendeleyev predisse le proprietà di tre elementi – gallio, scandio e germanio – che allora non erano stati scoperti. Era così convinto della validità della sua legge periodica che lasciò degli spazi vuoti per questi elementi nella sua tabella. Nel giro di vent'anni furono ritrovati tutti e tre e le loro proprietà confermarono quasi esattamente le sue previsioni.

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Lo stesso Mendeleev fu sorpreso dalla rapidità con cui le sue idee furono confermate. In una prestigiosa conferenza di Faraday alla Royal Institution di Londra nel 1889, ammise che non si aspettava di vivere abbastanza a lungo "da menzionare la loro scoperta alla Chemical Society of Great Britain come conferma dell'esattezza e della generalità della legge periodica". . Quando la notizia dei suoi straordinari successi cominciò a diffondersi, Mendeleyev divenne una sorta di eroe e l'interesse per la tavola periodica aumentò vertiginosamente.

In tutto, Mendeleyev predisse 10 nuovi elementi, di cui tutti tranne due si rivelarono esistenti. Successivamente propose di invertire la posizione di alcune coppie di elementi adiacenti per adattare le loro proprietà allo schema periodico. Suggerì di scambiare il cobalto con il nichel e l'argon con il potassio, che secondo lui erano stati posizionati in modo errato perché i loro veri pesi atomici erano diversi dai valori determinati dai chimici. Ci volle fino al 1913, circa sei anni dopo la morte di Mendeleyev, per chiarire questa ambiguità. A quel punto i chimici avevano acquisito una comprensione molto migliore dell’atomo, e in quell’anno il fisico Henry Moseley, che lavorava a Manchester, dimostrò che la posizione di un elemento sulla tavola non è governata dal suo peso atomico ma dal suo numero atomico.

Il numero atomico di un elemento definisce il numero di protoni nel suo nucleo atomico, che in un atomo neutro è uguale al numero di elettroni che lo circondano. Moseley dimostrò che la frequenza caratteristica dei raggi X generati da un particolare elemento è direttamente correlata al suo numero atomico. Una fonte di confusione per Mendeleyev era che il peso atomico misurato dai chimici è una media dei pesi leggermente diversi di tutti i diversi isotopi di un elemento. (Gli isotopi hanno lo stesso numero di protoni, ma un numero diverso di neutroni.)

L'intuizione di Mendeleyev, tuttavia, era giusta e il numero atomico fu utilizzato con successo per assegnare un posto in una tabella ampliata ai gas nobili - elio, neon, argon, kripton, radon e xeno - che erano stati scoperti negli anni Novanta dell'Ottocento. Questi elementi sono così poco reattivi che non è stato possibile combinarli con nessun altro elemento al momento della loro scoperta, quindi scoprire le loro proprietà chimiche era fuori discussione.

Gli elementi più pesanti sono stati posizionati in modo simile. Questi comprendono principalmente la serie dei lantanidi di 15 elementi, scoperta a partire dal 1840, che inizia con il lantanio, elemento 57, e i 15 attinidi radioattivi scoperti in questo secolo, che iniziano con l'attinio, elemento 89. La chimica di ciascuna serie di questi elementi cambia solo leggermente con l'aumentare del numero atomico, quindi avrebbe avuto grossi problemi a inserirli nella sua tavola periodica.