Lunes, 22 Abr,2019
En profundidad / ENE 27 2019 / hace 2 meses

150 años de la tabla periódica de los elementos

“Todavía podemos esperar descubrir muchos cuerpos simples desconocidos, por ejemplo, los similares al aluminio y el silicio, elementos con pesos atómicos de entre 65 y 75”: Mendeléiev. 

150 años de la tabla periódica de los elementos

Un buen conocimiento y manejo de la tabla periódica de los estudiantes desde temprana edad facilitará el aprendizaje de áreas tan importantes como la química.

En diciembre de 2017 la Asamblea General de las Naciones Unidas, así como la Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura, Unesco, proclamaron 2019 como “El año Internacional de la Tabla Periódica de los Elementos Químicos” —Iypt 2019— por sus siglas en inglés. La conmemoración coincide con el aniversario 150 de la formulación del Sistema Periódico en 1869 por parte del ruso Dmitri Mendeléiev —1834-1907—.

Con esta efemérides se reconoce, como lo dice la ONU, la necesidad de desarrollar una renovada conciencia en la sociedad sobre el papel clave que juega la química en el desarrollo sostenible, si se proporcionan importantes soluciones a desafíos globales tales como el uso de las energías fósiles, la alimentación, la salud, el agua, el transporte, la educación y algo importante: la necesidad urgente de promover en los currículos de química e ingeniería química, la “química verde” y la “química sostenible”.

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Para impulsar las actividades, tanto la ONU como la Unesco convocaron a sociedades científicas, instituciones educativas y de investigación, academias, representantes del sector oficial y privado, fundaciones para que apoyen, promuevan y celebren durante el 2019, la importancia de la tabla periódica de los elementos, sus aplicaciones y contribución a la sociedad.

Lo conocido como Iypt, ha sido un arduo trabajo de investigación de más de 150 años, y con Mendeléiev en 1869, se hizo la síntesis de varias décadas que le precedieron. Resaltar a esos científicos que le han dado vida a tan importante tabla, es uno de los objetivos del artículo. Y quiero resaltar que la Iypt es el objeto de estudio con el que tal vez se pueda hacer integración de varias áreas del conocimiento: química, física, biología, astronomía, geología, ciencia de los materiales, ingenierías, matemáticas, inteligencia artificial, epistemología de la ciencia. 


Se conmemoran 100 años de la Iupac

Otra conmemoración son los 100 años de la creación de la Unión Internacional de Química pura y Aplicada, Iupac. Y como la Iypt 2019, en todo el mundo se hará homenaje, con eventos académicos de todo tipo, la Iupac100 estará fijada en el calendario de aniversarios de la Unesco el 28 de julio de 2019. Los dos eventos contribuirán a mejorar la comprensión y destacar el valor de la tabla periódica y de la química en su conjunto.

La Iupac fue fundada en 1919 por químicos de universidades y sectores de la industria, queriendo reconocer la necesidad de establecer estándares globales en la simbología y protocolos operacionales de la química, normalización de masas, medidas, nombres y símbolos, aspectos   básicos para el éxito continuo de la empresa científica y para el desarrollo y crecimiento del comercio internacional. La Iupac es la responsable de asignar el símbolo a los elementos de la tabla periódica, que hasta la fecha tiene 118 clasificados.

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De ese número, hay 90 elementos que son naturales y en cantidades apreciables; otros 8 también están en la naturaleza, pero resultan de la desintegración radiactiva de elementos más pesados. Por lo tanto, es 98 el número de elementos encontrados en la Tierra. Si se descubren nuevos esquemas de desintegración, es probable que el número de elementos naturales crezca. Por ahora hay 20 elementos obtenidos por síntesis en laboratorios químicos o centros de alta energía.

A menudo se afirma que el último elemento natural en ser descubierto fue el francio en 1939. ​ Sin embargo, el plutonio se obtuvo por síntesis en 1940, pero fue identificado en cantidades ínfimas como un elemento primordial de origen natural en 1971. Por eso en la literatura sobre la tabla periódica hay cierta confusión sobre el número de elementos naturales.


Mendeléiv se basó en las propiedades químicas

Mendeléiev desarrolló la tabla para enseñar tendencias periódicas en las propiedades de los 69 elementos que se conocían hasta 1869. Ordenó los elementos basándose en sus propiedades químicas; asimismo, pronosticó algunas propiedades de elementos que se desconocían, además  anticipó que ocuparían los lugares vacíos que él había dejado en su tabla. Las tres predicciones más conocidas fueron las del galio, el escandio y el germanio. Quince años después se descubrieron, lo que consolidó la veracidad de la propuesta.

La tendencia que seguían los elementos en la tabla se dilucidó en 1913 cuando Henry Moseley —1867-1919— realizó estudios de los espectros de rayos X. Él comprobó que al representar la raíz cuadrada de la frecuencia de la radiación en función del número de orden en el sistema periódico, se obtenía una recta, lo que permitía pensar que esa organización no era casual, más bien  reflejaba  alguna propiedad de la estructura atómica. Luego se supo que esa propiedad es el número atómico Z o número de cargas positivas del núcleo, lo que se conoce como protón.

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Los elementos se ubicaron en la tabla de izquierda a derecha y de arriba abajo en orden creciente del Z. Están ordenados en siete filas horizontales llamadas periodos y en 18 columnas verticales conocidas como grupos o familias. Mendeléiev, sin saber que existía el electrón, e-, formuló la periodicidad ‘teniéndolos’ en mente, porque su cantidad aumenta de izquierda a derecha y de arriba abajo. El e-  fue descubierto en 1897 por Joseph John Thomson —1856-1940— y cuando lo hizo público lo llamó corpúsculo. 

El hidrógeno tiene un solo e-, luego ubicó el helio con dos e-, estos son los dos elementos de la primera fila y están en la primera y dieciochoava columna respectivamente; la segunda fila inicia a la izquierda con el litio con tres e-  y a continuación el berilio con un e-  de más.  Y así sucesivamente hasta llegar al elemento 118, llamado oganesón, Og, en honor al físico nuclear ruso Yuri Oganesián, quien lo descubrió. Este elemento superpesado completa la séptima fila de la tabla. 


El electrón fue fundamental para la explicación

El legado de Mendeléiev es muy importante porque organizó el orden de los elementos en la tabla con propiedades relacionadas con el e-: hacia abajo y a la izquierda aumenta el radio atómico y el radio iónico; hacia arriba y a la derecha aumenta la energía de ionización, la afinidad electrónica y la electronegatividad. Pero su constructo mental no fue solamente por obra y gracia de su imaginación e intuición, se soportó en el aporte de otros científicos que le antecedieron.

Veamos esa contribución sin relacionar a todos los científicos que hicieron aportes. A finales del siglo XVIII, Antoine Laurent Lavoisier —1743- 1794— escribió su lista de sustancias simples, donde aparecían 33 elementos. Al inicio del siglo XIX el uso de la pila eléctrica en el estudio de fenómenos químicos condujo al descubrimiento de nuevos elementos, los conocidos como los metales alcalinos y alcalino-térreos. Ello fue posible, sobre todo, gracias a los trabajos de Humphry Davy —1778-1829—, quien descubrió cinco elementos: potasio, sodio, calcio, boro y bario. En 1830 ya se conocían 55 elementos. 

Posteriormente, a mediados del siglo XIX con la invención del espectroscopio, se descubrieron nuevos elementos, muchos de ellos nombrados por el color de sus líneas espectrales que las caracterizaba: cesio, del latín caesĭus, azul, talio, de tallo por su color verde, rubidio, rojo.

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Cuando Mendeléiev enseñó su tabla, tenía competencia; otro químico Julius Lothar Meyer —1830- 1895— se dio a la tarea de construir la primera tabla periódica de los elementos químicos y en un artículo publicado en 1870 presentó su descubrimiento afirmando que las propiedades de los elementos son funciones periódicas de las propiedades físicas de sus átomos. La tabla de Mendeléiev se impuso porque en ciencias naturales, una teoría debe tener la capacidad de hacer predicciones. 


La mecánica cuántica explica el arreglo de la tabla

La tabla de Mendeléiev ha sido desde entonces ampliada y mejorada con el descubrimiento o síntesis de elementos nuevos, así como el desarrollo de modelos teóricos novedosos que explican el comportamiento químico. La estructura actual fue diseñada por Alfred Werner —1866-1919—, Nobel de Química en 1913. Él hizo su aporte a partir de la versión de Mendeléiev. Existen además otros arreglos periódicos de acuerdo con diferentes propiedades y según el uso que se le quiera dar tales como en didáctica, geología, entre otros.

El advenimiento de la mecánica cuántica fue crucial para comprender la periodicidad de la tabla. Diciéndolo brevemente: El físico Thomson, ya citado por descubrir el electrón, se aventuró a plantear la hipótesis de que los e- en los átomos estaban dispuestos de un modo específico, hoy conocida como configuración electrónica. Otro físico, Niels Bohr —1885-1963—, Nobel de Física 1922, mejoró estas configuraciones y definió lo que ha quedado como esencial del porqué los elementos presentan características semejantes de un modo periódico.

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El porqué de esa periodicidad es lo que permite que ciertos elementos forman grupos que son las columnas de la tabla periódica, Bohr lo explicó afirmando que todos los elementos de una misma columna tienen el mismo número de e- en la última capa de su configuración electrónica, lo que a su vez dio origen a la explicación de que las reacciones químicas tienen lugar entre los e- de dicha capa u orbital. 


La universidad del Quindío dice presente a las conmemoraciones

Más tarde, otro físico, Wolfgang Pauli —1900-1945—, Nobel de Física 1945, aportó mejoras a esta configuración electrónica, expresando que los e- tienen otro grado de libertad conocido como espin —rotación del e- sobre sí mismo como la Tierra—. Es decir, entender la tabla fue fundamental para el advenimiento de la mecánica cuántica; y esta teoría, a su vez, proporciona una base teórica para el sistema periódico de los elementos. Así que la Tpeq, tiene la virtud de integrar varias áreas del conocimiento.  

Esperamos que durante este 2019, con los eventos a realizar en la universidad del Quindío, las vistas a instituciones educativas y otros escritos que saldrán en este periódico, podamos aportar a ilustrar a la sociedad, la importancia de estas conmemoraciones, así como de la química y otras áreas del conocimiento que para su desarrollo se apoyan en la Tpeq.  Y por supuesto, animar a las nuevas generaciones a que estudien, porque solo con conocimiento se puede transformar el país.   


Diego Arias Serna (*)
Madrid, España
*Profesor-investigador universidad del Quindío
[email protected]
[email protected]

 


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