Tavola periodica e nuovi elementi

Per un chimico o per chi studia chimica, la tavola periodica degli elementi è uno strumento essenziale ed allo stesso tempo affascinante per la sua semplicità e praticità, che svela una notevole potenzialità.

Immagine - 1 - Tavola periodica degli elementi.

Dmitri Ivanovich Mendeleev

Il merito di quest’invenzione (1869) si deve al chimico russo Dmitri Ivanovich Mendeleev (Tobolsk, Siberia, 8/02/1834 - San Pietroburgo 02/02/1907) che dispose gli elementi allora noti, in uno schema di gruppi e periodi (colonne e righe) in ordine di peso atomico crescente poiché il concetto di numero atomico non era ancora conosciuto.

Il fatto che il numero atomico (n° dei protoni che è uguale al n° degli elettroni, in un elemento allo stato fondamentale), cresca con il peso atomico ha permesso a Mendeleev di disporre, inconsapevolmente, gli elementi con il n° di elettroni crescente.

La tavola periodica è divisa in blocchi (colonne in Immagine - 1) che individuano il tipo d’orbitale che è riempito lungo il periodo (righe in Immagine - 1). il numero del periodo di un elemento corrisponde al numero quantico principale che individua il guscio elettronico di valenza dei suoi atomi.

Immagine - 2 - Dmitri Ivanovich Mendeleev ©

Tutti gli elementi di uno stesso gruppo hanno la medesima configurazione di valenza con valori crescenti di numero quantico principale.

La forza straordinaria della tavola periodica risiede nel fatto che la periodicità della configurazione elettronica si riflette anche nella periodicità delle proprietà fisiche. Questo ha permesso a Mendeleev di prevedere le proprietà d’alcuni elementi mancanti (non ancora scoperti) con notevole precisione.

In teoria non ci sono limiti per quanto riguarda il numero di elementi chimici da collocare nella tavola.

Attualmente, sono circa un centinaio gli elementi presenti tra quelli naturali e quelli preparati sinteticamente attraverso esperimenti e reazioni con acceleratori di particelle.

Proprio attraverso questi studi che sono individuati nuovi elementi e sono poi collocati nella tavola. Questi esperimenti hanno diversi scopi tra i quali quello di verificare la stabilità degli elementi transuranici non presenti in natura.

L’uranio è l’elemento naturale più pesante esistente.

Elementi più grandi tendono a rilasciare l’energia interna che posseggono (somma delle repulsioni fra elettroni e fra protoni, forze nucleari) attraverso il decadimento radioattivo.

Studi teorici hanno portato a sviluppare una teoria, denominata "isola di stabilità" che racchiude elementi con configurazione elettronica che riesce a bilanciare le forze nucleari e risultato stabile.

Recentemente, gli elementi 113 e 115 sono stati sintetizzati e rilevati per la prima volta da parte di un gruppo di ricerca russo del Dubna’s Joint Institute for Nuclear Research insieme ai colleghi del Lawrence Livermore National Laboratory.

L’esperimento ha visto il bombardamento, attraverso acceleratori di particelle, di un bersaglio costituito da americio (Am) con un raggio di ioni calcio (Ca):

²⁴³Am + ⁴⁸Ca, xn + ^291-x115

Osservando i prodotti della collisione è stato possibile osservare, per circa 100ms, un elemento con n° atomico 115 che emettendo un nucleo di ⁴He (decadimento a) ha prodotto un altro nuovo elemento di n° atomico 113. Nei successivi 20s l’elemento 113 ha rilasciato energia con i suoi decadimenti fino a recuperare l’elemento 105, al qual è stato recentemente assegnato il nome di dubnium.

A prima vista, queste sembrano scoperte che soddisfano solo la curiosità degli scienziati e che ciò ha scarsa rilevanza nella tecnologia di tutti i giorni.

In realtà, questi nuovi traguardi devono essere raggiunti per capire il limite, se e dove esiste, dei nuclei degli atomi.
I dibattiti e gli scambi di opinioni tra le comunità scientifiche danno idea di quanto ci si aspetti dalla fisica delle particelle e dalle sue scoperte in questo campo.

Elementi poco conosciuti, come quelli del gruppo dei Lantanidi e/o Attinidi (vedi uranio, U), sono i costituenti di parti elettroniche e meccaniche d’alcune apparecchiature scientifiche d’uso comune come la risonanza magnetica.

Conclusioni

La scoperta di nuovi elementi non serve solamente a riempire gli spazi vuoti della tavola periodica ma a riempire i vuoti della nostra conoscenza con nuovi strumenti che, col tempo, potrebbero essere applicati.

Certamente, come ogni aspetto della ricerca pretende, c’è bisogno di tempo per raggiungere il risultato finale, tuttavia si vede chiaramente come uno strumento inventato più di cent’anni fa, sia ancora utile e molto interessante.

Sitografia

A Periodic Table of the Elements at Los Alamos National Laboratory
http://periodic.lanl.gov/default.htm

WebElements periodic table
www.webelements.com

The Pictorial Periodic Table
http://chemlab.pc.maricopa.edu/periodic/default.html

Mendeleev
www.woodrow.org

Dmitriy Mendeleev Online
www.chem.msu.su

LANLCD - Los Alamos National Labs Chemistry Division
http://periodic.lanl.gov/default.htm

JINR - Joint Institute for Nuclear Research
www.jinr.dubna.su

JINR - Joint Institute for Nuclear Research
www.jinr.ru

LLNL - Lawrence Livermore National Laboratory
www.llnl.gov

Bibliografia

Oganessian, Y.T. et al. Experiments on the synthesis of elements 115 in the reaction ²⁴³Am (⁴⁸Ca, xn)^291-x115, Physical Review C, 69, 021601(R), 2004;

Chemical&Engineering News, Vol.82, N.6, 2004;

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