Proprietà periodiche: quali sono e cosa dice la legge della periodicità
Le proprietà periodiche sono le caratteristiche degli elementi chimici presenti nella tavola di Mendeleev. Al suo interno tutte le sostanze pure si trovano ordinate secondo il loro numero atomico in ordine crescente. La loro posizione fornisce però indicazioni anche su quattro qualità che li contraddistinguono. Queste sono il raggio atomico, l’elettronegatività, il potenziale di ionizzazione e l’affinità elettronica.
Partiamo dalla legge di periodicità per comprendere al meglio le proprietà periodiche.
Legge della periodicità, gruppo e periodo
L’enunciato della legge dice che all’interno della tavola periodica a determinati intervalli si presentano delle analogie fra le proprietà degli elementi chimici. Tali qualità vengono definite proprietà periodiche proprio per la particolare “cadenza” con cui si presentano nella successione all’interno della tavola.
Gli elementi sono ordinati in una griglia e per identificare la loro posizione si usano i gruppi e i periodi. Come accennato le sostanze pure sono disposte in ordine utilizzando come parametro il numero di protoni contenuto nel loro nucleo (numero atomico). L’idrogeno è il primo elemento (H) e il Laurenzio (Lr) l’ultimo, con il numero 103. Un tempo ci si basava sul numero di massa, che però non influenza affatto le proprietà periodiche.
I gruppi della tavola periodica sono le file verticali. Gli elementi dello stesso gruppo sono simili a livello della configurazione elettronica. Per questa ragione si somigliano anche nelle loro proprietà chimiche.
I periodi sono invece le righe orizzontali, più lunghe dei gruppi. Lungo ogni periodo il numero atomico degli elementi cresce e dunque anche la carica del nucleo aumenta. Le qualità fisiche e chimiche delle sostanze variano allo stesso modo in ogni riga.
Proprietà periodiche: il raggio atomico
Il raggio atomico è una qualità che si intende in due modi diversi a seconda che l’elemento in oggetto sia un metallo o un non metallo. Nel caso dei metalli si tratta per esteso della metà della distanza fra i nuclei dei due atomi più vicini all’interno del reticolo cristallino. Se invece si sta esaminando un non metallo il raggio atomico è la metà della distanza intranucleare fra due atomi dello stesso elemento.
Le proprietà periodiche variano lungo gruppo e periodo in modo diverso. Nel caso del raggio atomico aumenta muovendosi lungo un gruppo dall’alto verso il basso. Invece diminuisce spostandosi lungo lo stesso periodo andando da sinistra verso destra.
Poiché il numero atomico degli atomi aumenta lungo il periodo esso presenta una forza di attrazione maggiore verso gli elettroni. La ragione per cui la lunghezza del raggio si abbassa lungo le righe è proprio legata a questo. Gli elettroni sono di media più vicino al nucleo poiché ha una carica positiva maggiore.
Il motivo per cui aumenta scendendo lungo il gruppo è analogo. Gli elementi in colonna sono dei periodi successivi e perciò quelli più in basso hanno numero atomico maggiore. Gli atomi con Z inferiore invece hanno minore forza attrattiva verso gli elettroni e questi risultano più distanti. Occorre sempre ragionare in questo senso per comprendere la natura delle proprietà periodiche.
L’energia di ionizzazione
La seconda delle proprietà periodiche varia in modo opposto rispetto al raggio atomico. Diminuisce scorrendo dall’alto verso il basso all’interno del gruppo e cresce da sinistra verso destra lungo il periodo. Si parla inoltre di energia di prima ionizzazione quando si toglie l’elettrone più esterno, che richiede il dispendio di energia minore. Quando l’atomo perde il successivo si parla di seconda ionizzazione e così via.
Il valore associato a questa proprietà periodica aumenta man mano che si tolgono elettroni avvicinandosi al nucleo. Nella tavola periodica gli elementi che presentano l’energia di ionizzazione più bassa sono i metalli alcalini, la più alta invece è posseduta dai gas nobili.
Affinità elettronica
Elettronegatività
L’elettronegatività come le due precedenti proprietà periodiche varia in modo opposto rispetto al raggio atomico. Vale a dire che diminuisce scendendo lungo il gruppo e aumenta spostandosi da sinistra a destra lungo il periodo. Vediamo il perché.
La definizione di questa grandezza spiega la sua variazione. Si tratta del potere di attrazione di un atomo verso gli elettroni di un secondo atomo con cui presenta un legame. Per calcolarla serve fare riferimento ad altre due proprietà periodiche: l’affinità elettronica e l’energia di ionizzazione.
A proporre una scala di valori per l’elettronegatività è stato il chimico americano L. Pauling. Nella sua scala il valore più basso è quello del francio (Fr) e quello più alto è invece assegnato al Fluoro (F). Dai valoro di elettronegatività di due atomi che vengono a contatto dipende il tipo di legame che si forma. A valori alti corrisponde il legame covalente, ma sopra il valore di differenza di 1,9 si può formare il legame ionico.
