Tavola periodica: proposto un nuovo modo di ordinare gli elementi

La tavola periodica degli elementi creata dal chimico russo Dmitry Mendeleev (1834-1907), ha celebrato l’anno scorso il suo 150° anniversario. L’importanza della tavola periodica non si discute, tutti i chimici in erba la conoscono fin dalle prime fasi della loro formazione.
La sua importanza non è mai stata messa in discussione, anche se di recente, due chimici russi hanno proposto un nuovo modo di ordinare gli elementi.
Soffermiamoci un attimo e vediamo come la tavola periodica classica è stata ordinata. Prima della fine del XVIII secolo, i chimici erano concordi sulla differenza tra un elemento e un composto: gli elementi erano chimicamente indivisibili (come ad esempio l’idrogeno e l’ossigeno) mentre i composti erano costituiti da due o più elementi in combinati tra loro, con proprietà distinte dai loro elementi costituenti. All’inizio del XIX secolo, c’erano buone prove dell’esistenza degli atomi. E negli anni ’60 dell’Ottocento era possibile elencare gli elementi conosciuti in ordine di massa atomica relativa, ad esempio l’idrogeno aveva un valore di 1 e l’ossigeno di 16.
Ma i chimici sapevano che alcuni elementi avevano proprietà chimiche piuttosto simili: ad esempio litio, sodio, potassio, cloro, bromo e iodio. Qualcosa sembrava ripetersi e posizionando elementi chimicamente simili uno accanto all’altro, si poteva costruire una tavola. Ecco come è nata la tavola periodica.
La tavola periodica di Mendeleev venne ottenuta in maniera empirica, sulla base delle somiglianze chimiche osservate in alcuni elementi. Solo fino all’inizio del XX secolo, dopo che la struttura dell’atomo venne stabilita e in seguito allo sviluppo della teoria quantistica, sarebbe emersa una comprensione teorica della sua struttura.
Gli elementi vennero ordinati per numero atomico (il numero di particelle caricate positivamente chiamate protoni nel nucleo atomico), piuttosto che per massa atomica, ma anche per somiglianze chimiche, quest’ultima ora derivava dalla disposizione degli elettroni che si ripetevano a intervalli regolari nei cosiddetti “gusci”. Negli anni ’40, la maggior parte dei libri di testo presentava la tavola periodica in maniera simile a quelle che vediamo oggi.

Tutto finito? No, niente affatto, una semplice ricerca su Internet mostrerà tutti i tipi di versioni della tavola periodica. Esistono versioni brevi, versioni lunghe, versioni circolari, versioni a spirale e anche versioni 3D. Molte versioni sono semplicemente modi diversi di trasmettere le stesse informazioni, anche se continuano a esserci disaccordi su dove dovrebbero essere collocati alcuni elementi.
Il posizionamento preciso di alcuni elementi dipende da quali proprietà particolari vogliamo mettere in evidenza. Pertanto, una tavola periodica che predilige la struttura elettronica degli atomi sarà diversa dalle tabelle che utilizzano altri criteri come le proprietà chimiche o fisiche.
Queste versioni non differiscono molto, ma ci sono alcuni elementi, l’idrogeno per esempio, che si potrebbero collocare in modo molto diverso a seconda della particolare proprietà che si mette in evidenza. Alcune tabelle collocano l’idrogeno nel gruppo 1, mentre in altre si trova in cima al gruppo 17; alcune tavole lo posizionano come gruppo a se stante. Possiamo pensare di considerare di ordinare gli elementi in un modo molto diverso, che non coinvolga il numero atomico o rifletta la struttura elettronica, tornando a un elenco unidimensionale.
L’ultimo tentativo di ordinare gli elementi in questo modo è stato recentemente pubblicato sul Journal of Physical Chemistry dagli scienziati Zahed Allahyari e Artem Oganov.
Il loro approccio, basato sul lavori precedenti, consiste nell’assegnare a ciascun elemento quello che viene chiamato numero di Mendeleev (MN). Esistono diversi modi per derivare tali numeri, ma l’ultimo studio utilizza una combinazione di due quantità fondamentali che possono essere misurate direttamente: il raggio atomico di un elemento e una proprietà chiamata elettronegatività che descrive la forza con cui un atomo attrae gli elettroni verso di se.
Se si ordinano gli elementi dal loro numero MN, gli elementi più vicini hanno, e questo non è sorprende, MN piuttosto simili. Ma è più utile costruire una griglia bidimensionale basata sul MN degli elementi costituenti nei cosiddetti “composti binari”. Questi sono composti formati da due elementi, come ad esempio il cloruro di sodio, NaCl.
Questo approccio può aiutare a prevedere le proprietà dei composti binari che non sono stati ancora realizzati. Ciò è utile nella ricerca di nuovi materiali che potrebbero essere necessari sia per le tecnologie future che per quelle esistenti. Col tempo questo sistema verrà esteso ai composti con più di due componenti elementari.
Un buon esempio dell’importanza della ricerca di nuovi materiali può essere apprezzato considerando la tavola periodica riportata nella figura sottostante. Questa tabella illustra non solo l’abbondanza relativa degli elementi (più grande è il box per ogni elemento, più ce n’è), ma evidenzia anche potenziali problemi di fornitura rilevanti per le tecnologie che sono diventate onnipresenti ed essenziali nella nostra vita quotidiana.

Prendete i telefoni cellulari, ad esempio. Tutti gli elementi utilizzati nella loro fabbricazione sono identificati dall’icona del telefono e noterete che molti elementi richiesti stanno diventando sempre più scarsi. la loro fornitura futura è incerta. Se vogliamo sviluppare materiali sostitutivi che evitino l’uso di determinati elementi, le intuizioni ottenute dall’ordinamento di elementi in base al loro MN potrebbero rivelarsi preziose in quella ricerca.
Dopo 150 anni, possiamo vedere che le tavole periodiche non sono solo uno strumento educativo vitale, ma rimangono utili per la ricerca di nuovi materiali essenziali. Ma non dovremmo pensare alle nuove versioni come sostituti di rappresentazioni precedenti. Possedere molte tabelle ed elenchi diversi serve solo ad approfondire la nostra comprensione di come si comportano gli elementi.
Fonte: https://theconversation.com/periodic-table-scientists-propose-new-way-of-ordering-the-elements-150881