Gli elementi di un gruppo mostrano affinità chimiche e fisiche con quelli appartenenti allo stesso gruppo pur avendo caratteristiche peculiari. L’approccio macroscopico alla conoscenza chimica ha portato ad avere una grande quantità di informazioni. Sebbene ogni elemento abbia proprietà chimiche e fisiche uniche esso ha caratteristiche simili a quelle degli elementi del suo gruppo di appartenenza mentre differisce notevolmente da quelle di un elemento di un altro gruppo.
Ad esempio gli elementi litio, sodio, potassio, rubidio e cesio del gruppo dei metalli alcalini mostrano analogie di comportamento: il litio, il sodio e il potassio reagiscono con l’acqua producendo idrogeno gassoso sebbene la reazione avvenga con velocità diverse.
Reattività
Mentre la reattività di ogni metallo è diversa, il potassio infatti è più reattivo del sodio il quale è a sua volta più reattivo del litio la reazione a cui danno luogo è la stessa e può essere generalizzata:
2 Me(s) + 2 H2O(l) → 2 MeOH(aq) + H2(g)
I metalli alcalini reagiscono con l’acqua nello stesso modo secondo lo schema generale:
2 M(s) + 2 H2O(l) → 2 MOH(aq) + H2(g)
Oltre a reagire in modo analogo con l’acqua, i metalli alcalini reagiscono con l’ossigeno atmosferico per formare ossidi basici di formula generale M2O. inoltre essi reagiscono con l’idrogeno per formare idruri MH, con lo zolfo per dare solfuri M2S.
Anche da un punto di vista fisico si riscontrano analogie: tutti e tre gli elementi sono metalli, di colore grigio-argento e tutti e tre meno densi dell’acqua, sono teneri e tutti solidi a temperatura ambiente, fondono al di sotto dei 200°C che è una temperatura particolarmente bassa per un metallo.
Ogni elemento di questa famiglia ha quindi proprietà chimiche e fisiche molto simili a quelle degli altri elementi.
Alogeni
Un altro gruppo di elementi con proprietà simili è costituito da fluoro, cloro, bromo e iodio che appartengono al gruppo degli alogeni. Tutti e quattro gli elementi esistono sotto forma di molecole biatomiche aventi formula X2 dove X = F, Cl, Br, I. Inoltre gli alogeni reagiscono con i metalli alcalini per dare sali secondo la reazione:
2 M + X2 → 2 MX M = Li, Na, K, Rb, Cs e X = F, Cl, Br, I
Gli alogeni inoltre reagiscono con il mercurio nello stesso modo:
Hg(l) + X2(g, l o s) → HgX2(s) X = F, Cl, Br, I
Gli alogeni reagiscono anche direttamente con l’idrogeno per dare alogenuri di idrogeno:
H2 + X2 → 2 HX X = F, Cl, Br, I
Tali composti sono tutti gassosi, solubili in acqua e, ad eccezione di HF sono acidi forti in soluzione acquosa. Da tutti questi esempi risulta evidente che gli alogeni, come i metalli alcalini rappresentano un gruppo con un alto numero di proprietà chimiche e fisiche simili.
Metalli alcalino-terrosi
Vi sono altri esempi di elementi come berillio, magnesio, calcio, stronzio e bario detti metalli alcalino-terrosi che mostrano caratteristiche simili. Sono più densi rispetto al metalli alcalini e i loro punti di fusione significativamente più alti. Tutti gli elementi appartenenti a questo gruppo sono metalli grigio argento, duttili e relativamente teneri. Reagiscono con gli alogeni per formare sali e con l’acqua anche se non così rapidamente come i metalli alcalini per formare idrossidi basici:
2 M + 2 H2O → 2 M(OH)2 M= Be, Mg, Ca, Sr, Ba
Tali elementi hanno due elettroni nel guscio di valenza e tranne il berillio e in misura minore il magnesio formano, nella gran parte dei casi composti in cui sono presenti ioni M2+.
Tali elementi formano idruri MH2, ossidi MO, alogenuri MX2
Calcogeni
Per quanto attiene il gruppo dei calcogeni costituito da ossigeno, zolfo,selenio, e tellurio si ha che l’ossigeno e lo zolfo sono non metalli mentre selenio e tellurio sono semimetalli e hanno le caratteristiche di semiconduttori. Il gruppo appare quindi molto eterogeneo accomunato solo dalla configurazione elettronica esterna s2p4. Tuttavia sia lo zolfo che il selenio e il tellurio formano composti con l’idrogeno H2S, H2Se, H2Te che sono composti gassosi dall’odore nauseabondo di uova marce. Tali composti sono tutti velenosi e più densi dell’aria.
Un altro esempio di elementi affini è costituito dai metalli rame, argento e oro che si trovano in natura come tali. Essi hanno una bassa resistività elettrica e pertanto sono buoni conduttori; sono relativamente inerti e resistenti alla corrosione, duttili e malleabili e solidi a temperatura ambiente.
Il gruppo dei gas nobili, elio, neon, argon, kripton, xeno e radon è costituito da elementi che si trovano tutti allo stato atomico. In condizioni standard sono inodori e incolori ed hanno una bassa reattività. L’elio e il neon sono gas inerti, mentre gli altri formano un numero limitato di composti in condizioni specifiche. Il fluoro, infatti, è sufficientemente reattivo, per formare composti con lo xeno, il radon e, in particolari condizioni anche con il kripton.