Periodicità

Periodicità In chimica, legge che afferma che le proprietà chimiche e fisiche degli elementi ricorrono in modo sistematico per numeri atomici crescenti. Nella tavola periodica gli elementi sono distribuiti in base alla configurazione elettronica esterna. In particolare leggendo la tavola in verticale (per gruppi), si incontrano elementi che hanno lo stesso numero di elettroni nell'orbitale esterno, e che per questo motivo hanno caratteristiche chimiche e fisiche simili. Ad esempio il sodio e il potassio, elementi del primo gruppo che possiedono rispettivamente 11 e 19 elettroni, hanno entrambi un solo elettrone nell'orbitale più esterno. Muovendosi invece in direzione orizzontale, ossia leggendo la tavola per periodi, si incontrano atomi in cui gli elettroni presenti nell'orbitale più esterno aumentano, con continuità, da 1 a 8.

Quando un periodo è stato completato, ne viene iniziato uno nuovo, cosicché le configurazioni elettroniche esterne, e con esse le proprietà chimiche degli elementi, variano periodicamente ripetendosi riga per riga (cioè periodo per periodo). Così il secondo elemento, l'elio, ha comportamenti chimici simili al 10° (il neon), al 18° (l'argo), al 36° (il cripto), al 54° (lo xeno) e all'86° (il radon).

Grazie alle scoperte che confermarono definitivamente la teoria atomica della materia, all'inizio del XIX secolo, fu possibile determinare i pesi relativi degli atomi allora conosciuti. Lo sviluppo dell'elettrochimica, a opera degli scienziati britannici Humphry Davy e Michael Faraday, portò alla scoperta di nuovi elementi e all'inizio di un attento studio sulle loro proprietà e caratteristiche chimiche. Intorno al 1829 il chimico tedesco Johann Wolfgang Döbereiner osservò che alcuni elementi, dalle proprietà simili, sono raggruppati in triadi, come avviene ad esempio per cloro, bromo e iodio; calcio, stronzio e bario; zolfo, selenio e tellurio; ferro, cobalto e manganese. Tuttavia questo risultato rimase a livello di pura considerazione, poiché il numero limitato di elementi conosciuti e la confusione esistente fra pesi atomici e molecolari non permise di comprendere il vero significato delle triadi di Döbereiner.

Nel 1859 lo sviluppo della spettroscopia da parte dei fisici tedeschi Robert Wilhelm Bunsen e Gustav Robert Kirchhoff diede un notevole impulso alla ricerca; fu scoperta l'esistenza di nuovi elementi e nel 1860, durante il primo congresso internazionale di chimica, lo scienziato italiano Stanislao Cannizzaro annunciò che alcuni elementi, ad esempio l'ossigeno, si trovano in natura sotto forma di molecole biatomiche.

Questi risultati suggerirono diverse vie da seguire per analizzare e determinare le possibili ed eventuali relazioni fra le proprietà degli elementi. Nel 1864 il chimico britannico John Newlands stilò una tabella, in cui erano riportati gli elementi in ordine crescente di peso atomico, e osservò che alcune proprietà ricorrevano, con regolarità, ogni otto posti. Chiamò questa ripetizione 'legge delle ottave', per analogia con le scale musicali. Poiché la periodicità osservata era limitata a un numero ristretto di elementi, la scoperta di Newlands fu inizialmente sottovalutata dai chimici suoi contemporanei e non trovò la meritata attenzione.

La legge chimica secondo cui le proprietà di tutti gli elementi sono funzioni periodiche dei pesi atomici, fu il risultato delle ricerche condotte indipendentemente dal russo Dmitrij Mendeleev e dal tedesco Julius Lothar Meyer intorno al 1870. La chiave del loro successo fu l'intuizione che i precedenti tentativi erano falliti perché nelle tavole degli elementi noti non erano stati lasciati gli spazi vuoti corrispondenti agli atomi non ancora scoperti e di cui, in base all'analisi delle periodicità che si manifestava nelle proprietà chimiche, poteva essere predetta sia l'esistenza sia la posizione (o il numero atomico). Per questo motivo, sebbene non si conoscesse alcun elemento con peso atomico compreso fra quello del calcio e quello del titanio, Mendeleev lasciò nella sua tabella uno spazio libero, che venne in seguito assegnato allo scandio, scoperto nel 1879. La scoperta dello scandio fu solo una delle incredibili verifiche delle predizioni basate sulla legge della periodicità; inoltre le ulteriori conferme della legge accelerarono lo sviluppo della chimica inorganica.

La legge della periodicità subì due modificazioni dalla formulazione originale di Mendeleev e Meyer. La prima revisione riguardò l'estensione della legge a una nuova famiglia di elementi, la cui esistenza era completamente sconosciuta nel XIX secolo; questo gruppo comprende i primi tre gas nobili, cioè elio, neon e argo, scoperti nell'atmosfera tra il 1894 e il 1898 dagli scienziati britannici John Rayleigh e William Ramsay. Il secondo sviluppo della legge della periodicità si ebbe con la teoria di Bohr (1913) sulla struttura elettronica dell'atomo.