Crepe nella tavola periodica – 1) Parte prima: e siamo arrivati a 118

Crepe nella tavola periodica

Quando Dmitrij Mendeleev e altri crearono la tavola periodica degli elementi negli anni sessanta del XIX secolo, fu il primo grandioso schema a organizzare tutti gli elementi conosciuti a quell’epoca.

Mendeleev lasciò diverse posizioni vuote nella sua tavola, e fece l’audace previsione secondo cui un giorno sarebbero stati scoperti nuovi elementi che avrebbero riempito quelle posizioni. Da allora sono seguite numerose revisioni della tavola, ma fino a oggi tutte avevano lacune.

Dopo che l’International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), l’autorità mondiale della chimica, ha approvato l’ingresso degli elementi 113. 115, 117, e 118 per la prima volta la tavola periodica è completa.

Probabilmente il fantasma di Mendeleev starà festeggiando il trionfo della sua profezia, almeno fino a quando chimici e fisici nucleari non sintetizzeranno nuovi elementi che obbligheranno ad aggiungere nuove righe alla tavola periodica, forse lasciandosi dietro qualche posizione vuota.

Mendeleev non si limitò a prevedere l’esistenza di elementi che dovevano ancora essere osservati, ma riuscì addirittura ad anticiparne correttamente le proprietà chimiche e fisiche di altri atomi, basandosi sulle ricorrenze del numero atomico.

Numero atomico.
Ma cos’è questo numero atomico e perché è così importante?

Diciamo subito che gli atomi non sono tutti uguali. Il numero atomico distingue un atomo da un altro per proprietà fisiche e chimiche.

Sappiamo che gli elettroni che sono considerate le particelle esistenti più piccole, praticamente indivisibili, ruotano a distanze abissali attorno la proprio nucleo. Per esempio se l’atomo dell’idrogeno avesse la grandezza di una mela, il suo elettrone gli girerebbe attorno alla distanza di un chilometro.

Il nucleo, una volta considerato indivisibile, è formato da altre particelle, neutroni e protoni, rispettivamente di carica neutra e di carica positiva. Questo la sapete.
Forse non sapete che queste due particelle hanno più o meno la stessa massa, cioè sono formate da una quantità di materia quasi uguale. In realtà anche i neutroni e protoni sono formari da particelle più piccole chiamate quark, ma di questo parleremo in un’altra parte.

Gli elettroni hanno una massa così piccola che ne servono 1836 per uguagliare la massa di un protone. Anche gli elettroni hanno una carica elettrica, ma essa è diversa da quella del protone: è una carica elettrica negativa.

In un atomo in condizioni normali il numero degli elettroni è sempre uguale a quello dei protoni: a un certo numero di cariche positive corrisponde un ugual numero di cariche negative. L’atomo, dunque, risulta neutro, né positivo né negativo.

Se gli atomi sono così piccoli, se hanno una massa così piccola come fai a dire che non sono tutti uguali? – mi domanda il mio cane che ancora qualche lacuna ce l’ha.

Pur essendo tutti formati dalle stesse piccolissime particelle – gli spiego – gli atomi non sono tutti uguali tra loro: alcuni sono più piccoli, altri più grandi. La piccolezza o la grandezza di un atomo dipende dal numero di protoni del suo nucleo.

L’atomo più piccolo ha il nucleo composto da un solo protone; il più grande conosciuto in natura ai miei tempi universitari possedeva ben 92 protoni.

Come vedi – mi rivolgo al mio fedele amico – gli atomi non sono tutti uguali ed hanno un diverso numero atomico, termine che indica quanti protoni sono presenti nel nucleo: il primo ha numero atomico 1 perché ha un solo protone e l’ultimo ha numero atomico 92 perché ha 92 protoni.

Ferro

L’atomo più piccolo, quello con un solo protone, è l’idrogeno; il più grande in natura si chiama uranio e ha 92 protoni. L’atomo che possiede 7 protoni è quello dell’azoto, una sostanza presente nell’aria; l’atomo con numero atomico 8, cioè con 8 protoni, è l’ossigeno, il gas che ci permette di respirare.

Quindi – interviene il mio cane – se ho capito bene la tavola periodica degli elementi è lo schema col quale vengono ordinati gli atomi sulla base del loro numero atomico.
Bravo il mio cane.

In realtà bisogna dire le cose come stanno. Mendeleev, essendo un chimico, aveva ordinato gli elementi secondo il loro peso atomico (un po’ complicato da spiegare in due parole, ma intuitivamente si capisce che ha che fare col peso espresso in ordini molto piccoli del grammo). Solo successivamente gli elementi vennero ordinati non in base al peso atomico, ma alla carica nucleare, ossia al numero di protoni presenti nel nucleo, definito da Rutherford “numero atomico”. Il merito va l’inglese Henry Moseley.

Ordinando gli elementi in base al numero atomico si arriva all’attuale tavola periodica degli elementi, che ben si accorda con il modello atomico di Bohr, il quale ipotizza che l’atomo sia costituito da un nucleo centrale circondato da elettroni disposti in “gusci” (o strati) concentrici su orbite prestabilite, caratterizzate da quantità definite di energia.
Gli elementi, quindi, dello stesso gruppo (ossia della stessa colonna verticale nella tavola periodica) hanno proprietà chimiche simili perché hanno nel guscio più esterno lo stesso numero di elettroni.

Ma non è finita qui.
Negli anni trenta del secolo scorso i fisici nucleari iniziarono a sintetizzare nuovi elementi.
La tavola periodica si è successivamente arricchita di nuovi elementi ottenuti artificialmente (con un procedimento proposto dal premio Nobel Enrico Fermi: bombardando i nuclei di elementi pesanti con fasci di neutroni, si originano nuclei radioattivi con un protone in più).
Così, nel 1936, Emilio Segrè ottenne il primo elemento artificiale, il tecnezio (numero atomico 43). Questo elemento occupava una delle quattro posizioni vuote nella tavola nota all’epoca, che andava dall’1 (idrogeno) al 92 (uranio).

Altri pezzi mancanti arrivarono presto: due furono sintetizzati (astato 85 e promezio 61) e il terzo fu scoperto in natura (il francio 87).
Irradiando poi il molibdeno (numero atomico 42) con neutroni del deuterio; nel 1940 venne sintetizzato il nettunio (numero atomico 93, uno in più dell’uranio) e, successivamente, gli atomi con numero atomico da 94 (plutonio) a 100 (fermio).

Elementi con numero atomico maggiore non si possono ottenere con questa tecnica, per cui gli elementi con numero atomico superiore a 100 sono stati prodotti con i reattori nucleari, mediante reazioni di fusione nucleare: nuclei leggeri di carbonio, ossigeno, azoto, boro vengono “sparati” ad alta velocità contro elementi pesanti di numero atomico compreso tra 94 e 98 per ottenere la fusione dei nuclei atomici e creare nuclei di elementi con numero atomico maggiore di 100.

Attualmente si è riusciti a ottenere elementi di numero atomico superiore a 106 (fino a 118) con nuovi acceleratori di ioni pesanti.
Tuttavia, gli elementi più pesanti si disintegrano in tempi brevissimi per le forze repulsive dovute alle cariche positive (i protoni) presenti nel nucleo: più è alto il numero atomico (ossia il numero dei protoni del nucleo), maggiori sono le forze repulsive e più breve è la vita del nucleo, che tende a disintegrarsi emettendo radiazioni.

Non solo. Quando il numero atomico (il numero di protoni del nucleo) è arrivato a valori elevati, succede qualcosa che non ti aspetti a scomvolgere le carte in tavola.

Questo lo vedremo con il prossimo post.


tabella_periodica

 

Informazioni su bruce

Ingegnere. Io sono responsabile di quello che dico, non di quello che capisci tu. (Massimo Troisi)
Questa voce è stata pubblicata in Fisica e contrassegnata con . Contrassegna il permalink.

40 risposte a Crepe nella tavola periodica – 1) Parte prima: e siamo arrivati a 118

  1. Buon giorno caro Silvano… non so quante volte devo rileggere questo post per aprire la mia mente. Sono brava fare i conti da casalinga modesta, con i dati (tipo compleanni anniversari) ho qualche problema😀 .. e lasciamo perdere i numeri telefonici non so nemmeno i nostri in memoria😦 … qui sinceramente capisco un TUBO😉 … che ne dici Bleff… buon weekend e 1 bussi dalla casalinga di Verona😉

    Mi piace

    • bruce ha detto:

      Buongiorno carissima, che piacere sapere che il tuo primo contatto nell’altro post non era solo un contatto di un … fantasma 🙂
      Come ho detto più volte non ha importanza capire ciò che è scritto, mi basta che tutte le casalinghe del mondo sappiano estrarre il succo del discorso.
      In questo caso il succo sta nel fatto che la natura ha creato 92 elementi (atomi) diversi presenti sulla Terra. Poi quegli scienziati matti da legare hanno “sintetizzato” altri atomi con vita brevissima, che ….. non servono a niente, così dice Bleff.
      E a proposito di cani ho visto le foto di Tatanka su fb. Ieri sera, come ogni sera, mi fermo a parlare con alcuni signori proprietari di negozi qui sotto casa con i quali ci incontriamo a discutere del più e del meno (anche dei miei articoli).
      Uno di questi signori ha uno yorkshire nano che abbaia furiosamente appena vede Bleff, che invece non reagisce, poi tutto si calma, entrambi seduti un po’ distanti.
      Ieri sera invece Bleff, all’ennesima abbaiata di quel nanerottolo di cane, gli si è avventato contro con furia. Il padrone ha appena fatto in tempo a tirarlo su come uno yo-yo. Lo avrebbe fatto a pezzettini come …… un atomo di carbonio che libera i suoi protoni.🙂
      Nessun problema con il padrone, che ha capito.
      Ciao e buona giornata.

      Mi piace

      • MARGHIAN ha detto:

        “qui sinceramente capisco un tubo”, scrive Rebecca. Ed e’ proprio un tubo che ci aiuta a capire, facendoci passare dentro le particelle e facendole scontrare, come a Ginevra, o mettendoci delle lenti come i telescopi.
        Qui la cosa e’ diversa pero’, le particelle vengono messe insieme e non frantumate, per fare dei nuovi elementi. Piu’ ne metti, piu’ e’ difficile, ecco perché solo “adesso” si e’ arrivati a fatica ad un elemento fatto di 115 e poi di 118 protoni (e neutroni, ma sono i protoni che fanno la differenza ad esempio fra l’idrogeno che ha un protone, l’elio che ne ha due eccetera, come meglio spiegato sopra). Ciao Rebecca, ciao Bruce.

        Marghian

        Mi piace

      • Buona domenica caro Silvano… io sarò sempre presente qui da te, sei uno dei miei blogghisti preferito e poi con te mi piace anche il dialogo (anche se a volte non siamo d’accordo, ma questo e normale)😉 Allora questi 92 pezzi d’atomi sono come un puzzle per la scienza.. per loro un po come un passatempo.. ..🙂 quasi quasi come la casalinga di verona che ha attualmente oltre 80 spezie e erbe in casa per insaporire sempre diverso i piatti di verdura… che poi alla fine sono sempre quelli di sempre😀

        Metto anche altre cose non solo Tatanka .. ma non so ancora molto convinta con questo FB non mi da quella soddisfazione, devio dire ultimamente la vera soddisfazione trovo passeggiare e nelle mie riflessioni …

        la storiella di Bleff mi fa ridere, forse ti ricordi Gianni ha fatto una volta una gangway scaletta per Tatanka per saltare facilmente sul davanzale della finestra in cucina.. cosi lei poi osservare tutto quello che succede fuori.. … … e ogni giorni passa un uomo con un cane di colore nero grande davanti alla finestra … e Tatanka inizia ad abbaiare quasi fino al svenimento😀 … quando ci incontriamo per strada stessa cosa lei abbaia e lui lo ignora… ogni tanto ci incontriamo anche al parco per i cani.. e li Tatanka e Lui tranquilli si annusano e silenzio totale.. …. … pena si esce da li Tatanka inizia ad abbaiare a lui… insomma anche le donne cani sono complicati e difficile a capire😀

        … anche a te una buona giornata… bussi ♥

        Mi piace

        • bruce ha detto:

          E’ vero, gli scienziati sono un po’ come gli erboristi, vanno sempre alla scoperta di nuove spezie. E direi meno male, perchè alla fine sappiamo come si legano gli atomi.
          Faccio un po’ di chimica spicciola per tutte le casalinghe di Verona e dintorni.🙂
          Saprai sicuramente come si chiama chimicamente il sale da cucina. E’ il cloruro di sodio con formula NaCl. Più precisamente il sodio ha struttura elettronica 2,8,1, ovvero ha un solo elettrone esterno. Il cloro ha struttura 2,8,7, ovvero sette elettroni esterni. Essi quando vengono a contatto, ovvero quando fanno a botte, vince il cloro che è più forte (e sono di più) e si accaparra (fa prigioniero) l’unico elettrone del sodio formando così il sale da cucina.
          Ora mescolando tra loro tutti i vari atomi si fanno degli ottimi minestroni. Tutta la natura è un gran minestrone.

          Tutti i cani si comportano alla stessa maniera. Questa mattina, dovevano essere le 6,30 sono andato come ogni domenica al bar a comprare cornetti freschi per tutti. E’ entrata una signora con un bassotto femmina. Un gran casino, mentre Bleff si domandava che cavolo c’ha da abbaiare. Poi si è calmata e piano piano si è avvicinata (è la forza degli ormoni femminili) e siccome è bassa o raso terra, gli è andata sotto ad annusare proprio lì🙂
          Buona domenica e buona domenica a marghian che sicuramente dorme come un ghiro sardo.

          Mi piace

          • .. potresti quasi fare una ricetta da scienziato assieme con la tua moglie e pubblicarlo sia nel linguaggio della scienza e poi nella lingua delle casalinghe.. sarebbe sicuramente divertente… e anche simpatico a leggere😉

            già anche Bleff alla fine e un uomo… e le donne fanno sempre tanto chiasso per farsi desiderare…😀

            … e vero il nostro Marghian e ancora al letargo lo sento russare fino a Verona..

            Bussi a tutti sopra tutto al ghiro sardo❤

            Mi piace

          • MARGHIAN ha detto:

            Ciao Bruce. Ad essere sincero, non so come dormano i ghiri sardi🙂 Io comunque mi sono alzato alle nove, ma sono andato a dormire alle due passate. Dormire, poi, avrò dormito quattro ore massimo🙂

            Mi piace

          • bruce ha detto:

            I ghiri sardi dormono come tutti gli altri ghiri: con gli occhi chiusi, ma in Sardegna🙂
            Scusa, ma che ci fa un vecchietto🙂 sveglio fino alle due di notte?
            Al contrario di Rebecca che va a dormire alle nove e si sveglia alle due.

            Mi piace

  2. MARGHIAN ha detto:

    “e poi nella lingua delle casalinghe..”. Ecco, questa e’ divulgazione!🙂
    “già anche Bleff alla fine e un uomo…”. Ma, forse non lo desidera proprio, visto come siamo noi uomini. Ciao Rebe’🙂

    Mi piace

  3. Rebecca Antolini ha detto:

    infatti mi sono svegliata alle 3 per aprire un nuovo blog😀 e spero ti rivederti da me …😛

    Mi piace

  4. MARGHIAN ha detto:

    A proposito di ghiri, ricordi rebecca, quando scrivesti un post “il mio giro, il mio povero giro”? Ti chiesi cosa volesse dire questo “il mio povero giro”, che animaletto fosse quello che vedevo nel post e tu, per farmelo capire, scrivesti a chiare lettere: E’ UN GIRO!”. “Ah, ora ho capito”, scrissi io🙂

    Mi piace

  5. MARGHIAN ha detto:

    “cortina”, ora mi ricordo🙂 nel post leggevo “il mio giro..cortina…manca da un pezzo”, e leggendo in fretta.e pensavo, “un giro a cortina d’ampezzo”..?” “Ah, Rebecca in vacanza?”. Poi, leggendo “il mio povero giro…” lessi di nuovo tutto daccapo, e capii 😆 Ciao Rebe’🙂

    Liked by 1 persona

  6. MARGHIAN ha detto:

    Si’, speriamo (sto leggendo ora “come sta tuo padre..”). Ciao Bruce.

    Mi piace

  7. domenicomortellaro ha detto:

    La “magia” dei cataloghi mi ha sempre affascinato… e l’idea di M. è grandiosa… il tentativo di rinchiudere in una tavola il mondo… infine credo riuscito!

    Mi piace

  8. Rebecca Antolini ha detto:

    Ciao Silvano, da un bel po non si sente nulla da te, mi auguro che va tutto bene… un abbraccio e tante carezze a Belff ♡

    Mi piace

Il tuo commento

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione / Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione / Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione / Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione / Modifica )

Connessione a %s...