Di Kevin Beck, aggiornato il 30 agosto 2022

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Cosa sono gli elementi?

In chimica, un elemento è una sostanza composta da atomi che contengono tutti lo stesso numero di protoni. Un elemento non può essere scomposto in sostanze più semplici utilizzando metodi chimici convenzionali. Nel 2018, gli scienziati hanno confermato 92 elementi presenti in natura, più 11 isotopi sintetici che compaiono solo in condizioni di laboratorio. Ogni elemento esiste in uno dei tre stati fisici:solido, liquido o gas, in condizioni standard.

Gli atomi sono minuscoli ammassi di protoni, neutroni ed elettroni. L’idrogeno, il più semplice, contiene un protone e un elettrone, mentre l’isotopo più comune dell’uranio ha 92 protoni, 92 elettroni e 146 neutroni. I protoni trasportano una carica positiva; gli elettroni trasportano una uguale carica negativa; i neutroni sono neutri. L'equilibrio di protoni ed elettroni determina l'identità di un elemento, mentre le variazioni nel conteggio dei neutroni producono isotopi.

La tavola periodica degli elementi

La tavola periodica è la pietra angolare della chimica moderna, poiché dispone tutti gli elementi conosciuti in base al numero atomico ascendente, ovvero il conteggio dei protoni nel nucleo. Questo ordinamento rivela modelli ripetitivi di comportamento chimico, da cui il nome “periodico”. Sebbene la tabella contenga 113 voci (118 nel 2023), gli elementi sono raggruppati in famiglie che riflettono le proprietà condivise.

Quando esamini la tabella, noterai che le righe superiori contengono degli spazi vuoti:si tratta di elementi che non sono stati ancora scoperti o sintetizzati. Il layout incorpora colonne (gruppi) e righe (periodi) che riflettono la configurazione e la reattività degli elettroni.

Gruppi della tavola periodica

Storicamente, gli elementi sono divisi in tre grandi categorie:metalli, non metalli e metalloidi. I non metalli sono limitati a sette elementi fondamentali:idrogeno (H), carbonio (C), azoto (N), ossigeno (O), fosforo (P), zolfo (S) e selenio (Se). Ulteriori famiglie di non metalli includono gli alogeni (F, Cl, Br, I, At) e i gas nobili (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Ra). I metalloidi, come il silicio e l'arsenico, presentano caratteristiche intermedie.

Caratteristiche dei metalli

Dei 113 elementi, 88 sono classificati come metalli. Nonostante la loro diversità, i metalli condividono diversi tratti distintivi:

• Solido a temperatura ambiente (eccetto il mercurio, un metallo liquido storicamente utilizzato nei termometri).
• Lustro —una superficie lucida che riflette la luce, contribuendo al loro valore estetico ed economico.
• Malleabilità —la capacità di essere martellato o laminato in fogli sottili senza rompersi.
• Duttilità —la capacità di essere trascinato in fili, una proprietà fondamentale per i conduttori elettrici e termici.
• Alta densità —la maggior parte dei metalli ha una massa elevata per unità di volume.
• Punti di fusione e di ebollizione elevati —ad esempio, il punto di fusione del tungsteno è 3422°C, il che lo rende indispensabile per i filamenti delle lampadine a incandescenza.

Tipi di metalli

I metalli sono ulteriormente classificati in cinque gruppi principali:

• Metalli alcalini (sei elementi nel gruppo IA:Li, Na, K, Rb, Cs, Fr).
• Metalli alcalino terrosi (sei elementi nel gruppoIIA:Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra).
• Metalli di transizione (quaranta elementi che abbracciano i gruppi IIIB–XII, righe 3–6).
• Lantanidi (elementi 58–71, noti anche come metalli delle terre rare).
• Attinidi (elementi 90–103, un sottoinsieme della famiglia delle terre rare).
• Metalli non specificati (otto elementi che non rientrano perfettamente nelle categorie precedenti).

Sommando questi gruppi si ottiene un totale di 88 metalli:6 alcalini + 6 alcalino terrosi + 40 di transizione + 28 terre rare + 8 non specificati.

Metalloidi e non metalli

I metalloidi occupano una nicchia tra metalli e non metalli, combinando proprietà conduttive con il comportamento dei semiconduttori. I sette metalloidi comuni sono:

• Boro (B)
• Silicio (Si)
• Germanio (Ge)
• Arsenico (As)
• Antimonio (Sb)
• Tellurio (Te)
• Polonio (Po)

Questi elementi sono solidi a temperatura ambiente e svolgono un ruolo cruciale nell'elettronica moderna, spesso formando leghe con elementi metallici per personalizzare le caratteristiche elettriche e termiche.

Per un'esplorazione interattiva della tavola periodica, visita la nostra pagina delle risorse .

Concetti chiave

• I metalli costituiscono la maggior parte degli elementi, con 88 su 113 nella tavola periodica.
• Sono caratterizzati da lucentezza, malleabilità, duttilità, densità e alti punti di fusione.
• Le famiglie dei metalli primari (alcali, alcalino terrosi, di transizione, lantanidi e attinidi) hanno ciascuna comportamenti chimici distinti.
• I metalloidi colmano il divario tra metalli e non metalli, sostenendo la tecnologia dei semiconduttori.