• Prof. Cerebrón

La tabla periódica: la herramienta más completa de la ciencia

En el 2016 se festejó el 182 aniversario del nacimiento del químico ruso Dimitri Mendeleiev, padre de la famosa tabla periódica de los elementos. Desde la educación básica nos enseñan esta herramienta; sin embargo, creo que por defectos en los diversos sistemas educativos del mundo, la gente no sabe el peso específico que tiene la tabla periódica.





La definición de elemento que se conoce desde tiempos remotos, es que se trata de una sustancia que está formada única y exclusivamente por esa sustancia. Como muchos saben, en la antigüedad se creía que los elementos eran el aire, el agua, el fuego y la tierra, todo estaba formado por estos elementos y actualmente tenemos series, libros, películas, historias y leyendas que los involucran y le dan un toque místico. Sin embargo, al ir evolucionando el pensamiento y la curiosidad humana, se encontró que el mundo realmente estaba formado por compuestos y mezclas que eran a su vez formados por elementos que no eran los cuatro antes mencionados. Además, la evolución del modelo atómico y las propiedades de cada elemento tales como densidad, estado físico o propiedades químicas dieron lugar a clasificarlos y ordenarlos.


Si bien antes ya se habían tratado de ordenar por densidades o estados físicos, fue en 1869 cuando Mendeleiev juntó los 56 elementos descubiertos en ese entonces y los acomodó por familias dependiendo su masa atómica y su similitud de propiedades. Sin embargo, a diferencia de sus predecesores, Mendeleiev estaba consciente que faltaban elementos por descubrir y además su periodicidad le permitía dejar los espacios en blanco para que alguien pudiera ubicar ahí un nuevo elemento. De hecho él no estaba seguro si varios de los elementos que él había ordenado realmente pertenecieran a ese lugar, pero su tabla lo permitía. Algunos elementos los predijo con gran precisión, como el galio o el germanio.


La Tabla de Mendeleiev fue modificándose con el tiempo conforme nuevos elementos se iban encontrando, se formaron los grupos (columnas) y los periodos (filas). Así mismo, el criterio de usar la masa atómica, que había propuesto Mendeleiev dejó de ser eficiente ya que algunos se repetían, como el Co y el Ni, así que se decidió usar el número atómico, ya que es un número exacto y único para cada elemento sin importar los isótopos que este tenga. Gracias también a las teorías atomistas y los descubrimientos cuánticos, la tabla se fue refinando hasta lo que conocemos actualmente.


El número atómico (Z) es la cantidad de protones que tiene cada elemento, este va en aumento de izquierda a derecha y de arriba abajo. Por ejemplo, el Berilio (Be) tiene un Z=4, es decir tiene 4 protones en su núcleo; mientras que el Oro (Au) tiene un Z=79, o sea 79 protones en su núcleo. Ahora bien, teóricamente si al Berilio le agregáramos 75 protones, podría volverse oro. Eso es cierto, el problema es que requieres mucha energía para poder lograrlo. Es decir que el objetivo que tenían los alquimistas de transformar todo en oro era posible, sin embargo sólo en las estrellas más grandes o reactores nucleares se podría lograr tal objetivo.


Gracias a poder acomodar así la tabla periódica y a las predicciones de Mendeleiev, desde hace muchos años se ha dicho que elementos muy pesados podrían existir. De tal forma que en enero de este año se ha completado el último periodo de la tabla periódica, es decir, ya se han descubierto todos los elementos predichos hasta ahora. Los elementos 113, 115, 117 y 118 han sido sintetizados y se llaman Nihonio (Nh), Moscovio (Mc), Téneso (Ts) y Oganesón (Og), respectivamente. En el 2012, los elementos 114 y 116 ya habían sido descubiertos y se llaman Flerovio (Fl) y Livermorio (Lv) respectivamente. Poder haber sintetizado estos elementos es complicado debido a que son muy pesados e inestables, por lo tanto son radioactivos. De hecho el Nihonio (Nh) solo vive una milésima de segundo antes de decaer en partículas más simples. Es poco probable que existan elementos más pesados que el 118 debido a su inestabilidad nuclear, sin embargo no podemos descartar que bajo condiciones más extremas, como en una estrella u otro planeta, puedan existir sin problemas.


Según la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC por sus siglas en inglés), dicta que los elementos tienen su nombre con base en un concepto mitológico, mineral, el país, lugar o nombre de un científico. A varias personas les parece extraño que elementos como el mercurio (Hg) tengan ese símbolo. Esto es debido a sus raíces etimológicas que pueden ser griegas, latinas, árabes, anglosajonas o nombres de personas. En el caso del mercurio, viene de hydrargyrum, que significa “agua de plata” por su característico color plateado y por ser junto con el galio los únicos metales líquidos. Sus descubridores han propuesto esos nombres y algunos otros que no fueron aceptados, sin embargo eso nos ha llevado a tener elementos como el sodio (Na = natrium) y el potasio (K = kalium) con símbolos que pareciera que no tienen nada que ver.


Una tabla periódica tiene más que nombres raros y símbolos que luego a muchos se les dificulta aprender; es una gran fuente de información. La tabla periódica tiene información acerca de las configuraciones electrónicas (acomodo de los electrones en el átomo), número de protones, símbolo, nombre, número de electrones, masa atómica, electronegatividad, carácter metálico, afinidad electrónica, tamaño atómico, tamaño iónico, densidad, puntos de ebullición y fusión, estado físico a condiciones estándar, capacidad calorífica, etc. La química es la única ciencia aplicada que tiene tanta información en tan poco espacio. Es una forma sencilla, elegante y simple de manejar esa cantidad de datos.


Cada que sujeten una tabla periódica pueden pensar en eso, su sencillez, practicidad y elegancia; otro motivo más para estar encantado con la química como disciplina. Pueden estar orgullosos de que los humanos hemos condensado todo eso en una simple hoja de papel.

Como siempre, gracias por leerme.

Fuentes:

IUPAC

Anexo: clase de química básica para entender la tabla periódica


Si ustedes no recuerdan sus clases de química básica, aquí está la guía para saber cómo está formada la tabla periódica. Recomiendo que tengan una a la mano al leer esto. En el modelo atómico actual, los electrones están posicionados en niveles energéticos, cada nivel energético puede tener diferentes subniveles energéticos (s, p, d, f). Pueden verlo como un edificio, en el cual cada piso (nivel energético) tiene un máximo de cuartos (sub-niveles) y por lo tanto lugar para los electrones. Cada subnivel puede aceptar un máximo de electrones, el s acepta como máximo 2, el p acepta 6, el d acepta 10 y el f acepta 14. Los periodos de la tabla periódica (filas o renglones) significan el nivel de energía más grande que los electrones de ese átomo pueden poseer. El número de electrones en un periodo incrementa de arriba hacia abajo. Por lo tanto, como el nivel energético de un átomo incrementa, el número de sub-niveles también incrementa.


Por ejemplo, el Magnesio (Mg) tiene 12 electrones, debido a que está en el periodo 3, tiene 3 pisos en su edificio. El primero piso solo puede aceptar a 2 electrones porque solo tiene una forma (s), el segundo piso puede aceptar 8 porque tiene dos (s y p), el tercero podría aceptar otros 8 electrones pero como solo restan 2 por acomodar se posicionan en el “cuarto” más sencillo que es el s. Si uno se mueve a la derecha en este nivel los cuartos que faltan (en este caso el p) se irán llenando de electrones hasta saturarlo y pasar al siguiente nivel (periodo). A esto se le llama configuración electrónica, es decir, cómo están acomodados los electrones en los orbitales y niveles energéticos del átomo. Así mismo, esto nos lleva a la posición por las columnas.

Cada columna se llama grupo, cada grupo tiene una terminación idéntica en la configuración electrónica. Por ejemplo, el grupo I (donde está el hidrógeno) son llamados alcalinos, TODOS terminan sus configuraciones electrónicas en s, es decir que en su último nivel energético solo tienen un electrón. El grupo II son alcalino térreos y todos terminan en s ya que solo tienen dos electrones en su último nivel. Los grupos ubicados en la parte baja de la tabla, o sea del IIIB y IIB (de la columna 3 a la 12) son llamados elementos de transición porque todos están llenando sus orbitales d, es decir, todos están en transición de tener 10 electrones ahí. Los lantánidos y actínidos que muchas veces se ubican como dos filas adicionales debajo de la tabla, realmente van junto con los elementos de transición, sólo que estos son llamados de transición interna ya que están en proceso de llenar sus orbitales f, o sea que pueden aceptar hasta 14 electrones en su último nivel. Los elementos de la columna 13 a la 17 (grupo IIIA al VIIA) cambian sus propiedades como uno baja en la tabla, ahí se ubican los metaloides y nos no metales, sin embargo todos están en proceso de llenar sus orbitales p. Finalmente los del grupo VIIIA o bien la columna 18, son los gases nobles, todos ellos ya tienen llenos sus orbitales y es por eso que estos gases no reaccionan, aunque se ha visto que el Xenon (Xe) ha podido formar compuestos.

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