Gruppi e periodi

Litio, sodio e potassio stanno in una sola colonna, e tutti e tre hanno esattamente un elettrone nel livello esterno.

Metti un pezzetto di litio nell'acqua e frizza piano. Il sodio scivola sulla superficie e può prendere fuoco. Il potassio esplode quasi subito in una fiamma lilla. Tre metalli diversi, tre versioni della stessa reazione, ogni volta più violenta. Tutti e tre stanno nel gruppo 1 della tavola, uno sopra l'altro. La colonna ha riunito elementi che si comportano allo stesso modo, e l'ordine dentro la colonna ti dice quale reagisce con più forza.

Un gruppo condivide gli elettroni esterni

La chimica avviene all'esterno degli atomi. Quando due atomi si incontrano, gli elettroni del livello più esterno, detti elettroni di valenza, sono quelli che vengono ceduti, presi o condivisi. Gli elementi dello stesso gruppo principale hanno lo stesso numero di elettroni di valenza. Gli atomi del gruppo 1 ne hanno 1, quelli del gruppo 2 ne hanno 2, e nel blocco p il numero è quello del gruppo meno 10: il gruppo 13 ne ha 3, il gruppo 17 ne ha 7 e il gruppo 18 ne ha 8. L'elio fa eccezione, con un primo livello completo di 2.

Siccome gli elettroni esterni sono uguali, anche la chimica è uguale. Ogni metallo del gruppo 1 forma con il cloro un composto in rapporto uno a uno: LiCl, NaCl, KCl. Ogni metallo del gruppo 2 ha bisogno di due atomi di cloro: MgCl₂, CaCl₂. Se conosci bene un membro di un gruppo puoi fare buone ipotesi sugli altri. La legenda del modello ti permette di illuminare una famiglia alla volta, così vedi dove si trova ciascuna.

Un periodo aggiunge un livello

Il numero del periodo ti dice quanti livelli elettronici sono occupati. Il sodio è nel periodo 3 e i suoi 11 elettroni sono disposti 2, 8, 1: tre livelli. Il potassio, una riga più in basso nel periodo 4, ha 19 elettroni disposti 2, 8, 8, 1: quattro livelli. Spostandosi lungo un periodo, ogni elemento ha un protone e un elettrone in più del precedente, e il nuovo elettrone di solito va nello stesso livello esterno finché quel livello non è pieno. Poi il periodo successivo comincia con un nuovo livello.

Questo spiega anche perché il potassio reagisce in modo più violento del sodio. Il suo unico elettrone esterno è un livello più lontano dal nucleo ed è schermato da più elettroni interni, quindi è trattenuto meno ed è più facile da perdere. Scendendo nel gruppo 1, ogni passo aggiunge un livello e rende il metallo più reattivo. Il cesio, vicino al fondo, esplode nell'acqua.

Diversi gruppi hanno nomi di famiglia che incontrerai spesso. Il gruppo 1 (senza l'idrogeno) sono i metalli alcalini, il gruppo 2 i metalli alcalino-terrosi, il gruppo 17 gli alogeni e il gruppo 18 i gas nobili. I gruppi da 3 a 12 insieme sono i metalli di transizione. Lì contare gli elettroni esterni è meno ordinato, perché gli elettroni si aggiungono a un livello d interno mentre il livello esterno resta a uno o due. Ecco perché ferro, cobalto e nichel, uno accanto all'altro nello stesso periodo, si somigliano più di quanto i membri di un gruppo principale somiglino ai loro vicini orizzontali.

La configurazione elettronica sulla scheda

La scheda del modello mostra la configurazione elettronica di ogni elemento in forma abbreviata. Il sodio è [Ne]3s¹. La parte tra parentesi significa «gli stessi elettroni interni del neon», e 3s¹ significa un elettrone nell'orbitale s del terzo livello. Il cloro è [Ne]3s² 3p⁵, cioè in tutto 7 elettroni nel terzo livello. Ogni elemento del gruppo 17 finisce con s² p⁵, ed è per questo che si comportano in modo così simile. Non devi imparare a memoria queste sequenze, ma è utile vedere che l'ultima parte si ripete lungo una colonna.