L'avventura periodica. Il puzzle risolto degli elementi chimici, Gianni FochiProf. Gianni Fochi, Lei è autore del libro L’avventura periodica. Il puzzle risolto degli elementi chimici edito da Bietti: quando vide la luce la tavola periodica?
Centocinquant’anni fa: ecco la ricorrenza scelta dall’UNESCO per proclamare l’anno internazionale di questa celebre tabella. Il 6 marzo 1869 si riunì la Società Chimica Russa, fondata quell’anno stesso da un gruppo di scienziati, tra cui Dmitrij Ivanovic Mendeleev. Prendendo la parola, egli presentò in modo abbastanza completo un’idea che gli frullava nella mente da un po’, e che da allora ha consacrato questo personaggio, geniale anche se piuttosto stravagante, come padre riconosciuto della tavola. Lui poi non si fermò a quella prima presentazione, ma anzi in seguito si diede molto da fare, con intuito encomiabile ma anche con una buona dose d’azzardo e sfrontatezza, per riempire i buchi, gli elementi che all’inizio non erano ancora stati scoperti. Gli andò bene: azzeccò le sue previsioni con precisione strabiliante. Per lui fu il trionfo: divenne un personaggio venerato nella scienza e non solo. Molti anni dopo, quando fu istituito il premio Nobel, quello per la chimica gli venne negato soltanto per l’astio d’un chimico svedese molto influente.

La tavola periodica è interamente opera di Dmitrij Ivanovic Mendeleev?
Il ruolo di Mendeleev va senz’altro riconosciuto, al di là della fortuna che arrise alle sue sparate, perché egli introdusse come base per la classificazione degli elementi il loro peso atomico, cioè un criterio indipendente a prima vista dalle proprietà che si ripetevano periodicamente. Nel 1913, sei anni dopo la sua morte, si capì che in realtà il criterio giusto era il cosiddetto numero atomico, il numero dei protoni presenti nel nucleo. Quell’innovazione aggiustò qualche incongruenza che qua e là la tabella di Mendeleev presentava, ma non sminuì per nulla la grandezza dell’impalcatura da lui realizzata.

Detto questo, dobbiamo riconoscere che essa non è venuta dal nulla, ed è invece il frutto maturo degli sforzi che i chimici stavano facendo da decenni. Quarant’anni prima dell’exploit di Mendeleev, nel 1829 il tedesco Johan Wolgang Döbereiner, molto stimato da Goethe, cominciò a raggruppare gli elementi in triadi secondo le loro proprietà simili, e il francese Jean Baptiste Dumas continuò sulla stessa strada. Il lavoro venne più tardi esteso a tutti gli elementi noti dal suo connazionale Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois, che li collocò a spirale sulla superficie d’un cilindro. Per rimarcare l’idea della periodicità, l’inglese John Alexander Reina Newlands, che aveva un po’ di sangue italiano e aveva partecipato alla spedizione dei Mille, fece un paragone musicale, parlando di legge delle ottave.

Contemporaneamente a Mendeleev, a una sorta di tavola periodica pensò il tedesco Julius Lothar Meyer, che classificò una trentina d’elementi secondo la loro tendenza a reagire. Ottima intuizione, la sua. Gli storici della chimica riconoscono ampiamente i suoi meriti, ma la popolarità maggiore è sempre stata riservata al russo, che aveva azzardato di più: audaces fortuna iuvat.

Qual è l’importanza della tavola periodica?
Eh!… La domanda potrebbe essere rigirata: perché l’UNESCO, l’organizzazione delle Nazioni Unite che si dedica alla cultura, ha deciso di proclamare il 2019 anno internazionale appunto della tavola periodica? Ebbene, l’importanza di quella tabella, che i profani ritengono interessi solo gli scienziati, è proprio culturale in senso lato, profondamente culturale. Oliver Sacks non era un chimico né un fisico: è celebre in quanto era un neurologo autore di libri di successo, come “Risvegli”, da cui è stato tratto il film omonimo con Robert De Niro e Robin Williams. Eppure alle soglie del 2000 dichiarò che la maggiore conquista del millennio che stava finendo era proprio la tavola periodica. E uno dei libri più belli del nostro Primo Levi s’intitola “Il sistema periodico”, come fino a non molto tempo fa la tavola si chiamava in Italia. In quel libro il carattere e le vicende degli esseri umani vengono presentati attraverso una metafora continua, che li illustra come riflesso degli elementi chimici.

Come si è evoluta la tavola periodica?
Ci sono stati grossi cambiamenti nell’aspetto, fin da poco dopo la sua creazione. Per esempio, lo stesso Mendeleev la ruotò quasi subito di novanta gradi: aveva cominciato coll’allineare in orizzontale gli elementi con proprietà simili, poi passò a disporli verticalmente come s’usa ancora. L’evoluzione vera e propria è stata però l’aggiunta d’elementi nuovi, via via scoperti: sono stati colmati i vuoti iniziali, come ho già detto, ma è stato anche necessario aggiungere altre caselle, estendendo parecchio la griglia. Oggi siamo all’elemento 118, l’oganesso (pure detto, all’inglese, oganesson), e nessuno sa con certezza se la serie continuerà, anche se non mancano ipotesi d’elementi a numero atomico ancora maggiore. Se c’è un limite — e quale — è oggetto di discussione tra i fisici.

Perché la tavola periodica ha questa forma?
È ormai stabilita in una forma che, almeno per ora, sembra la più pratica. Le colonne verticali si chiamano gruppi: ogni gruppo contiene elementi con lo stesso numero d’elettroni che i loro atomi hanno nell’orbita esterna. Nel primo gruppo troviamo idrogeno, litio, sodio, potassio…: nelle orbite esterne di tutti c’è un elettrone solo. Nel secondo (berillio, magnesio, calcio…) gli elettroni esterni diventano due. Se per semplicità qui ci limitiamo ai gruppi situati verso i fianchi, evitando i ragionamenti più complessi che richiederebbe il corpo centrale (detto degli elementi di transizione), il numero del gruppo corrisponde al numero d’elettroni nell’orbita esterna: andando verso destra, ne troviamo, per esempio, sei negli atomi d’ossigeno, zolfo, selenio…, sette in quelli di fluoro, cloro, bromo, iodio… Quindi a colpo d’occhio possiamo sapere quanti elettroni esterni ha un elemento, semplicemente guardando in che gruppo si trova.

Ci dica appunto quali informazioni utili contiene la tavola periodica.
Per motivi che nel libro spiego in modo molto semplice, gli atomi degli elementi che in essa si trovano nella zona in basso e verso sinistra tendono a perdere i pochi elettroni esterni che hanno. Simmetricamente, nella zona in alto e sulla destra gli atomi tendono al contrario, cioè ad attrarre elettroni altrui. Volete sapere la formula del cloruro di bario? Non l’avete mai conosciuta oppure ve la siete dimenticata? Nessun problema! Guardate la tavola periodica: il bario si trova nel secondo gruppo (due elettroni esterni), nella prima delle due zone suddette; quindi tenderà a perdere i suoi due elettroni esterni e gli resteranno due cariche positive, perché ogni elettrone ha una carica negativa. Il cloro invece lo potete trovare nella zona opposta, e dunque potrà aggiungere elettroni ai suoi sette esterni (è nel settimo gruppo). Quanti potrà aggiungerne? Uno, perché otto è una sorta di numero magico della chimica: avere l’ottetto nell’orbita esterna conferisce una stabilità particolare. Così gli atomi di cloro assumeranno ciascuno una carica negativa (un elettrone in più). E allora la formula? Il cloruro di bario dovrà risultare elettricamente neutro, cioè le due cariche positive del bario dovranno essere controbilanciate da due cariche negative. Insomma la formula è BaCl2. Ho fatto ora solo un piccolo esempio: nel libro do le dritte necessarie per semplificare molto le basi d’una materia, la chimica, che a scuola è spesso subita come pesante e incomprensibile.

La tavola periodica è destinata a cambiare?
Non possiedo la sfera di cristallo, vi dico una mia impressione. Forse qualche elemento ancora verrà aggiunto. Magari potranno esserci anche cambiamenti nell’aspetto della tavola: ne sono stati proposti tanti nel corso del tempo, ma la forma attuale resiste, perché tutto sommato s’è rivelata la più pratica in generale, anche se per scopi particolari ne esistono altre. Pochi giorni fa [aprile 2019, n.d.r.] è uscita su una rivista del gruppo Nature una proposta davvero insolita: la forma attuale girata di centottanta gradi, sottosopra, con gli elementi leggeri in basso e quelli pesanti in alto. Così le proprietà (numero atomico, massa, dimensioni…) — scrivono gli autori dell’articolo — aumentano dal basso verso l’alto: molto più naturale e intuitivo. Sarà l’uovo di Colombo? Prenderà piede? Ritengo che sia difficile cambiare qualcosa che funziona bene da molto tempo.

Gianni Fochi, perfezionatosi in chimica alla Normale di Pisa, è stato ricercatore industriale e presso il politecnico di Zurigo. Ha insegnato alla Normale e all’università di Pisa. Ha scritto manuali per l’università e per le scuole medie superiori. Già membro del comitato scientifico dell’Agenzia Nazionale per la Protezione dell’Ambiente, dal 1988 è anche divulgatore. Ha pubblicato libri popolari con la Longanesi-TEA, la Giunti e ora con la Bietti. Nel 2011 e 2012 ha partecipato a UNO Mattina. Produce video su temi scientifici e tecnologici. Dettagli: http://fochi.altervista.org