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In collaborazione con il Centro Ricerche ENI
Questo libro è stato integrato con alcuni capitoli riguardanti il ruolo importantissimo che il nostro paese si è ritagliato nel campo della chimica applicata grazie alla collaborazione con il Centro Ricerche ENI per le Energie Rinnovabili e l'Ambiente di Novara.
L'importanza della tavola periodica
Dmitri Mendeleev(1834-1907) è acclamato come il padre della Tavola Periodica, un documento fondamentale per la chimica. Non fu il primo a cimentarsi con la classificazione degli elementi ma, consapevole dei difetti mostrati dai tentativi precedenti, strutturò la sua tavola in modo tale da superare la prova del tempo.
Usare il peso atomico (o massa atomica) è il modo più semplice per organizzare gli elementi ed era quello che aveva già fatto John Dalton nel 1803 con le sostanze allora conosciute. Ma a metà del XIX secolo, si conoscevano molti più pesi atomici: 56 nel 1863 e 64 nel 1869. I chimici dovevano ancora accordarsi sull’uso di un singolo metodo di calcolo dei pesi atomici, e nel contempo cercavano altri schemi e modelli per catalogare le proprietà chimiche degli elementi. Una strada in salita, complicata dal fatto che molti elementi non erano ancora stati scoperti.
I primi raggruppamenti di elementi
Johann Wolfgang Döbereiner, famoso per la sua lampada accenditoio, aveva individuato proprietà simili in terne di elementi (le cosiddette “triadi di Döbereiner”). Oltre a litio, sodio e potassio, ne scoprì altre tre. Nel 1865, il chimico inglese John Newlands (1837-1898) osservò una sorta di “legge delle ottave”, secondo cui le proprietà chimiche degli elementi rientravano in sette gruppi distinti. Questa legge dava anche riscontro dei pesi atomici, che avevano ormai consolidato la loro attendibilità grazie al lavoro di Cannizzaro a Karlsruhe. Newlands impostò una tavola in cui ogni gruppo di otto sostanze seguiva l’elemento con cui tutte condividevano delle proprietà. La disposizione si adattava bene al caso delle triadi di Döbereiner, ma dato che la lista generale degli elementi era incompleta, Newlands lasciò spazi vuoti qui e là nella tavola. Il suo approccio non fu molto coerente e la comunità scientifica non lo prese seriamente in considerazione.
I legami di valenza
Il chimico russo Dmitri Mendeleev aggiunse la valenza alla struttura definita da Newlands, contribuendo con un nuovo parametro alla definizione della posizione sia degli elementi conosciuti sia degli spazi che al momento erano vuoti. Ciò costituì la sostanziale differenza del suo approccio. Diversamente da Newlands, infatti, Mendeleev poté sostenere fermamente, e con successo, che gli spazi vuoti nella tavola corrispondevano a elementi che non erano ancora stati scoperti e non a eccezioni nella “legge delle ottave”. È un fatto certo che Mendeleev fosse stato ispirato da un solitario, un gioco di carte detto “pazienza”, quando decise di creare delle tessere corrispondenti agli elementi, per poterli disporre facilmente in modi diversi.
L’organizzazione finale di queste carte rappresentava una serie di “periodi”, chiamati in questo modo perché mettevano in evidenza la cadenza con cui si ripetevano le proprietà degli elementi, come osservato da Newlands. Il primo periodo conteneva solo l’idrogeno, perché fino al 1902 Mendeleev non accettò l’esistenza dell’elio, l’elemento più leggero dopo l’idrogeno. L’elemento successivo fu quindi il litio. Come per l’idrogeno, la sua valenza è 1, e divenne il primo elemento del secondo periodo. Vennero poi inseriti berillio, boro e carbonio, ognuno dei quali con un peso e una valenza maggiori dell’elemento precedente. I tre elementi successivi, dall’azoto al fluoro, avevano valenze decrescenti, ma anche alcune proprietà dei non metalli, molto diverse da quelle dei metalli all’inizio del periodo. C’era poi il sodio: metallico e con valenza 1, che dava inizio a un nuovo periodo. La tavola funzionava così bene perché Mendeleev, intuitivamente quanto inconsapevolmente, aveva seguito nel compilarla il progressivo riempimento degli orbitali atomici.
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