Gli elementi sono disposti in una tavola periodica, ideata dal chimico russo Dmitrij Ivanovič Mendeleev è probabilmente il più importante strumento di apprendimento in chimica. Riassume un’enorme quantità di informazioni sugli elementi in modo da permettere di prevedere molte delle loro proprietà e reazioni chimiche. Gli elementi sono disposti su sette file orizzontali, in ordine crescente di numero atomico da sinistra a destra e dall’alto in basso. Le file si chiamano periodi e sono numerate da 1 a 7. Gli elementi sono impilati in modo tale che gli elementi con proprietà chimiche simili formino colonne verticali, chiamate gruppi, numerati da 1 a 18. I gruppi 1, 2 e 13-18 sono gli elementi del gruppo principale. I gruppi 3-12 si trovano al centro della tavola periodica e sono gli elementi di transizione. Le due file di 14 elementi nella parte inferiore della tavola periodica sono i lantanidi e gli attinidi, la cui posizione nella tavola periodica è indicata nel gruppo 3.
La tavola periodica è disposta in modo che gli elementi con comportamenti chimici simili si trovino nello stesso gruppo. I chimici spesso fanno affermazioni generali sulle proprietà degli elementi di un gruppo utilizzando nomi descrittivi con origini storiche. Ad esempio, gli elementi del gruppo 1 sono noti come metalli alcalini, quelli del gruppo 2 sono i metalli alcalino-terrosi, quelli del gruppo 17 sono gli alogeni e quelli del gruppo 18 sono i gas nobili.
Metalli, non metalli e semimetalli
La distinzione tra metalli e non metalli è una delle più fondamentali della chimica. I metalli, come il rame o l’oro, sono buoni conduttori di elettricità e calore; possono essere trasformati in fili perché sono duttili; possono essere martellati o pressati in fogli sottili o lamine perché sono malleabili; la maggior parte di essi ha un aspetto lucido, quindi è brillante. La grande maggioranza degli elementi conosciuti è costituita da metalli. Tra i metalli, solo il mercurio è un liquido a temperatura e pressione ambiente; tutti gli altri sono solidi.
I non metalli, invece, sono generalmente scarsi conduttori di calore ed elettricità e non sono lucidi. I non metalli possono essere gas (come il cloro), liquidi (come il bromo) o solidi (come lo iodio) a temperatura e pressione ambiente. La maggior parte dei non metalli solidi sono fragili, quindi si rompono in piccoli pezzi quando vengono colpiti con un martello o tirati in un filo. Come previsto, i semimetalli presentano proprietà intermedie tra i metalli e i non metalli.
I metalli alcalini
I metalli alcalini sono litio, sodio, potassio, rubidio, cesio e francio; fa eccezione l’idrogeno che è unico nel suo genere in quanto viene generalmente collocato nel gruppo 1 pur non essendo un metallo.
I composti dei metalli alcalini sono comuni in natura e nella vita quotidiana. Un esempio è il sale da cucina (cloruro di sodio); i composti del litio sono utilizzati nei grassi, nelle batterie e come farmaci per il trattamento di pazienti che presentano un comportamento maniaco-depressivo o bipolare. Sebbene il litio, il rubidio e il cesio siano relativamente rari in natura e il francio sia così instabile e altamente radioattivo da esistere solo in tracce, il sodio e il potassio sono rispettivamente il settimo e l’ottavo elemento più abbondante nella crosta terrestre.
I metalli alcalini terrosi
I metalli alcalini terrosi sono berillio, magnesio, calcio, stronzio, bario e radio. Il berillio, lo stronzio e il bario sono piuttosto rari, mentre il radio è instabile ed altamente radioattivo. Il calcio e il magnesio, invece, sono rispettivamente il quinto e il sesto elemento più abbondante sulla Terra e si trovano in enormi depositi di calcare e altri minerali.
Gli alogeni
Gli alogeni sono il fluoro, il cloro, il bromo, lo iodio e l’astatina. Il nome alogeno deriva dal greco e significa “che forma il sale”, il che riflette il fatto che tutti gli alogeni reagiscono facilmente con i metalli per formare composti, come il cloruro di sodio e il cloruro di calcio (usato in alcune zone come sale stradale).
I gas nobili
I gas nobili sono elio, neon, argon, kripton, xenon e radon. Essendo composti da un solo atomo, i gas nobili sono monoatomici. A temperatura e pressione ambiente, sono gas non reattivi. A causa della loro mancanza di reattività, per molti anni sono stati chiamati gas inerti o gas rari. Tuttavia, i primi composti chimici contenenti i gas nobili sono stati preparati nel 1962. Sebbene i gas nobili siano costituenti relativamente minori dell’atmosfera, il gas naturale contiene quantità sostanziali di elio. Grazie alla sua bassa reattività, l’argon è spesso utilizzato come atmosfera non reattiva (inerte) per la saldatura e nelle lampadine. La luce rossa emessa dal neon in un tubo a scarica di gas è utilizzata nelle luci al neon.
