Orizzontali e verticali

L’idrogeno e l’elio sono gli elementi più leggeri presenti sulla Terra: sulla tavola periodica occupano il posto n.1 e n.2. L’elio è il gas con cui si gonfiano i palloncini (quelli che volano: se li gonfiate col fiato rimangono qui con noi); l’idrogeno è uno degli elementi più comuni, ma in Natura non si trova mai allo stato puro, bensì sempre combinato con qualcos’altro, magari con l’ossigeno, come capita per l’acqua.
Nella tavola periodica, leggendo in orizzontale e andando a capo come se fosse un poema in versi, gli elementi sono infatti disposti in ordine di peso: non è proprio così, ma spiegare bene cosa succede significherebbe parlare della struttura dell’atomo, elettroni e protoni, e forse è meglio rimandare il discorso altrimenti le cose si complicano. Per ora si può far notare, come esempio, la posizione del Piombo (Pb, numero atomico 82, peso atomico 207) dell’oro (Au, aurum, numero atomico 79, peso atomico 197) e dell’uranio (numero atomico 92, peso atomico 238).  (facendo clic sull'immagine qui sotto tutto diventa più leggibile)

E dunque: l’elemento più leggero è l’Idrogeno, che ha per simbolo H (dal nome latino, hydrogen), e che ha numero atomico 1.
Il numero atomico ha un rapporto diretto col peso atomico, e quindi col peso dell’elemento (anche in chilogrammi o in libbre), e non è un semplice numero ordinale, ma – anche qui – spiegare bene cosa significa implicherebbe un discorso troppo complicato, sul quale per ora sorvolo. Proseguendo in orizzontale, magari con un righello perché in mezzo c’è un ampio spazio vuoto (ma è vuoto solo per questioni di grafica), dopo l’idrogeno si arriva all’Elio: elio come il Sole, su cui si trova in abbondanza. Il simbolo dell’elio è He (Helium), il numero atomico è 2.
Si può quindi dire che l’elio pesa il doppio dell’idrogeno: essendo atomi piccoli, entrambi sono leggerissimi. Il fatto che si usi un elemento abbastanza raro come l’elio per riempire i palloncini, invece di usare l’idrogeno che è più abbondante e più leggero, è dovuto ad un fatto ben noto: l’idrogeno è altamente infiammabile. Cent’anni fa, al tempo dei dirigibili (i famosi Zeppelin), si usava infatti l’idrogeno: che fu causa di terribili incidenti, come quello spaventoso del 1937 in New Jersey, quando il dirigibile Hindenburg bruciò come un fiammifero in meno di un minuto.
Per capire l’estrema instabilità (e quindi infiammabilità) dell’idrogeno bisogna passare alla seconda chiave di lettura della tavola periodica, quella in verticale. Gli elementi nella colonnina verticale sotto l’idrogeno hanno, infatti, lo stesso comportamento: sono cioè molto instabili, e in natura non esistono allo stato puro ma solo combinati con qualcos’altro. Si tratta, per citare solo i primi (i più comuni) del Litio (Li) , del Sodio (Na, dal latino natrium) e del Potassio (K, da kalium).
Sodio e Potassio sono tra gli elementi più comuni sulla Terra, ma esistono solo combinati, in forma minerale: carbonati (con carbonio e ossigeno), solfati (con zolfo e ossigeno), eccetera. Nei laboratori chimici, anche a scuola, una volta si trovavano facilmente allo stato puro, così come li descrive Oliver Sacks: sotto forma di panetti bianchi, morbidi, conservati rigorosamente sotto un apposito olio inerte. L’aspetto (può sorprendere, ma è così) è straordinariamente simile a quello di formaggini, o burro, conservati sott’olio: ma sodio e potassio allo stato puro sono estremamente pericolosi e infiammabili, soprattutto se entrano in contatto con l’acqua. A scuola era abbastanza comune (ma sconsigliabile, il rischio di farsi male è alto) divertirsi rubacchiando un granellino di sodio metallico, da buttare poi nell’acqua di una pozzanghera: ne esce una gran fiammata, istantanea. (La presenza del sodio e del potassio allo stato puro nei laboratori e in fabbrica non è motivata da scopo didattico o di pura di curiosità, ma ha scopi industriali, soprattutto come catalizzatore).
Ci si può chiedere: da dove nasce questa estrema instabilità? E qui entra in gioco il concetto di gas nobile, o gas inerte a seconda delle vostre opinioni politiche (si fa per dire): l’elio, stabilissimo, è per l’appunto il primo dei gas nobili. E’ per questo che si può usare per i palloncini: e, se cent’anni fa fosse già stato possibile disporne in maniera industriale, forse la storia dell’aviazione civile sarebbe stata diversa. I dirigibili che si vedono oggi (rari, ma ci sono) sono infatti tutti gonfiati con l’elio, quindi molto sicuri.

Il gas nobile è lo stato a cui tendono tutti gli elementi: quelli che gli sono più vicini lo raggiungono con estrema fretta, quelli più lontani ci mettono più tempo a reagire. Per spiegare bene questo concetto, ancora una volta, bisognerebbe studiare la struttura dell’atomo, elettroni e protoni e relativi orbitali: qui ci si può contentare di dire che la struttura atomica dei gas nobili è quella più stabile, e che tutto – nel mondo – si muove verso la situazione più stabile (è per questo che ogni tanto si inciampa e si cade...).
Tornando alla tavola periodica, in verticale sotto l’elio ci sono gli altri gas nobili, quasi tutti abbastanza rari: il Neon (quello delle lampade al neon), l’Argon, il Krypton (niente a che vedere con Superman), lo Xeno, il Radon.
La tavola periodica si legge quindi nei due sensi: in senso orizzontale (periodi) e in senso verticale (gruppi). Primo Levi, che era dottore in chimica, dice che nel Sistema Periodico ci sono le rime, e che si può leggere come un grande poema: è verissimo ed è bellissimo, ma per arrivarci bisogna studiare. E se non studiate voi, se proprio non volete capirlo, sarete travolti da quello che succede: ma non preoccupatevi, capita anche ai politici e ai religiosi – che stanno ancora qui a chiedersi cosa ha detto Darwin, e intanto siamo già agli OGM e alla fecondazione artificiale...
PS: il libro che ho citato in lungo e in largo è, ovviamente, “Il sistema periodico” di Primo Levi: uno dei libri più belli di tutta la letteratura italiana. Vi si trova anche un magnifico racconto dedicato al Potassio e al Sodio, e per chi volesse leggerlo e fosse appassionato di film catastrofici c’è anche una clamorosa esplosione in laboratorio – per fortuna senza danni. Un altro libro molto bello sulla Tavola Periodica è “Zio Tungsteno” di Oliver Sacks (ed. Adelphi): due grandi scrittori e due letture piacevolissime.
(nelle illustrazioni: una vignetta dalla Settimana Enigmistica; un frammento di un mio antico libro di scuola; e la Tavola Periodica, che è invero molto ben disegnata e che nel suo reale aspetto fisico, quotidiano e tridimensionale è – nientemeno – un tappetino per il mouse.)