INTRODUCCIN AL PROGRAMA DE QUMICA Tabla peridica de los elementosManuel Lozano Rigueros

La tabla peridica de los elementos es la organizacin que, atendiendo a diversos criterios, distribuye los distintos elementos qumicos conforme a ciertas caractersticas.

Suele atribuirse la tabla a Dimitri Mendeleiev, quien orden los elementos basndose en la variacin manual de las propiedades qumicas, si bien Julius Lothar Meyer, trabajando por separado, llev a cabo un ordenamiento a partir de las propiedades fsicas de los tomos.

La historia de la tabla peridica est ntimamente relacionada con varias cosas, claves para el desarrollo de la qumica y la fsica:el descubrimiento de los elementos de la tabla peridicael estudio de las propiedades comunes y la clasificacin de los elementosla nocin de masa atmica (inicialmente denominada "peso atmico") y, posteriormente, ya en el siglo XX, de nmero atmico ylas relaciones entre la masa atmica (y, ms adelante, el nmero atmico) y las propiedades peridicas de los elementos.Historia

Aunque algunos elementos como el oro (Au), plata (Ag), cobre (Cu), plomo (Pb) y el mercurio (Hg) ya eran conocidos desde la antigedad, el primer descubrimiento cientfico de uno de ellos ocurri en el siglo XVII cuando el alquimista Henning Brand descubri el fsforo (P). En el siglo XVIII se conocieron numerosos nuevos elementos, los ms importantes de los cuales fueron los gases, con el desarrollo de la qumica neumtica: oxgeno (O), hidrgeno (H) y nitrgeno (N). Tambin se consolid en esos aos la nueva concepcin de elemento, que condujo a Antoine Lavoisier a escribir su famosa lista de sustancias simples, donde aparecan 33 elementos. A principios del siglo XIX, la aplicacin de la pila elctrica al estudio de fenmenos qumicos condujo al descubrimiento de metales alcalinos y alcalino-trreos, sobre todo gracias a los trabajos de Humphry Davy. En 1830 ya se conocan 55 elementos. Posteriormente, a mediados del siglo XIX, con la invencin del espectroscopio, se descubrieron nuevos elementos, muchos de ellos nombrados por el color de sus lneas espectrales caractersticas: cesio (Cs, del latn caesus, azul), talio (Tl, de tallo, por su color verde),rubidio (Rb, rojo), etc.

El descubrimiento de los elementos

Un requisito previo necesario a la construccin de la tabla peridica era el descubrimiento de un nmero suficiente de elementos individuales, que hiciera posible encontrar alguna pauta en su comportamiento qumico y propiedades. Durante los siguientes 2 siglos, se fue adquiriendo un gran conocimiento sobre estas propiedades, as como descubriendo muchos nuevos elementos. La palabra "elemento" procede de la ciencia griega pero su nocin moderna apareci a lo largo del siglo XVII, aunque no existe un consenso claro respecto al proceso que condujo a su consolidacin y uso generalizado. Algunos autores citan como precedente la frase de Robert Boyle en su famosa obra "The Sceptical Chymist", donde denomina elementos "ciertos cuerpos primitivos y simples que no estn formados por otros cuerpos, ni unos de otros, y que son los ingredientes de que se componen inmediatamente y en que se resuelven en ltimo trmino todos los cuerpos perfectamente mixtos". A lo largo del siglo XVIII, las tablas de afinidad recogieron un nuevo modo de entender la composicin qumica, que aparece claramente expuesto por Lavoisier en su obra "Tratado elemental de Qumica". Todo ello condujo a diferenciar en primer lugar qu sustancias de las conocidas hasta ese momento eran elementos qumicos, cules eran sus propiedades y cmo aislarlos. El descubrimiento de un gran nmero de nuevos elementos, as como el estudio de sus propiedades, pusieron de manifiesto algunas semejanzas entre ellos, lo que aument el inters de los qumicos por buscar algn tipo de clasificacin. Elementos y sus propiedades peridicas

A principios del siglo XIX, John Dalton (1766-1844) desarroll una nueva concepcin del atomismo, gracias a sus estudios meteorolgicos y de los gases de la atmsfera, la formulacin de un "atomismo qumico" que permita integrar la nueva definicin de elemento realizada por Antoine Lavoisier (1743-1794) y las leyes ponderales de la qumica (proporciones definidas, proporciones mltiples, proporciones recprocas). Dalton emple los conocimientos sobre las proporciones en las que reaccionaban las sustancias de su poca y realiz algunas suposiciones sobre el modo como se combinaban los tomos de las mismas. Estableci como unidad de referencia la masa de un tomo de hidrgeno (aunque se sugirieron otros en esos aos) y refiri el resto de los valores a esta unidad, por lo que pudo construir un sistema de masas atmicas relativas (o pesos atmicos como los llamaba Dalton) que fue posteriormente modificada y desarrollada en los aos posteriores, y finalmente aceptada por la comunidad cientfica a partir del congreso de Karlsruhe en 1860.-Los pesos atmicos

La primera clasificacin de elementos conocida fue propuesta por Antoine Lavoisier, quien propuso que los elementos se clasificaran en metales, no metales y metaloides o metales de transicin. Aunque muy prctico y todava funcional en la tabla peridica moderna, fue rechazada debido a que haba muchas diferencias tanto en las propiedades fsicas como en las qumicas.Metales, no metales y metaloides

Uno de los primeros intentos para agrupar los elementos de propiedades anlogas y relacionarlo con los pesos atmicos se debe al qumico alemn Johann Wolfgang Dbereiner (1780-1849) quien en 1817 puso de manifiesto el notable parecido que exista entre las propiedades de ciertos grupos de tres elementos, con una variacin gradual del primero al ltimo. Posteriormente (1827) seal la existencia de otros grupos de tres elementos en los que se daba la misma relacin (cloro, bromo y yodo; azufre, selenio y telurio; litio, sodio y potasio). A estos grupos de tres elementos se les denomin tradas y hacia 1850 ya se haban encontrado unas 20, lo que indicaba una cierta regularidad entre los elementos qumicos.Dbereiner intent relacionar las propiedades qumicas de estos elementos (y de sus compuestos) con los pesos atmicos, observando una gran analoga entre ellos, y una variacin gradual del primero al ltimo.En su clasificacin de las tradas (agrupacin de tres elementos) Dbereiner explicaba que el peso atmico promedio de los pesos de los elementos extremos, es parecido al peso atmico del elemento de en medio. Por ejemplo, para la trada Cloro, Bromo, Yodo los pesos atmicos son respectivamente 36, 80 y 127; si sumamos 36 + 127 y dividimos entre dos, obtenemos 81, que es aproximadamente 80 y si le damos un vistazo a nuestra tabla peridica el elemento con el peso atmico aproximado a 80 es el bromo lo cual hace que concuerde un aparente ordenamiento de tradas.

Tradas de Dbereiner

En 1864, Chancourtois construy una hlice de papel, en la que estaban ordenados por pesos atmicos (masa atmica) los elementos conocidos, arrollada sobre un cilindro vertical. Se encontraba que los puntos correspondientes estaban separados unas 16 unidades. Los elementos similares estaban prcticamente sobre la misma generatriz, lo que indicaba una cierta periodicidad, pero su diagrama pareci muy complicado y recibi poca atencin.Chancourtois

En 1864, el qumico ingls John Alexander Reina Newlands comunic al Real Colegio de Qumica su observacin de que al ordenar los elementos en orden creciente de sus pesos atmicos (prescindiendo del hidrgeno), el octavo elemento a partir de cualquier otro tena unas propiedades muy similares al primero. En esta poca, los llamados gases nobles no haban sido an descubiertos.Esta ley mostraba una cierta ordenacin de los elementos en familias (grupos), con propiedades muy parecidas entre s y en Periodos, formados por ocho elementos cuyas propiedades iban variando progresivamente.El nombre de octavas se basa en la intencin de Newlands de relacionar estas propiedades con la que existe en la escala de las notas musicales, por lo que dio a su descubrimiento el nombre de ley de las octavas.Como a partir del calcio dejaba de cumplirse esta regla, esta ordenacin no fue apreciada por la comunidad cientfica que lo menospreci y ridiculiz, hasta que 23 aos ms tarde fue reconocido por la royal Society, que concedi a Newlands su ms alta condecoracin, la medalla Davy.Ley de las octavas de Newlands

Dimitri Mendeleiev y Julius Lothar Meyer (1830-1895, qumico alemn) quienes, trabajando por separado, prepararon una ordenacin de todos los 64 elementos conocidos, basndose en la variacin de las propiedades qumicas (Mendeleiev) y fsicas (Meyer) con la variacin de sus masas atmicas. A diferencia de lo que haba supuesto Newlands, en la Tabla peridica de Mendeleiev los periodos (filas diagonales y oblicuas) no tenan siempre la misma longitud, pero a lo largo de los mismos haba una variacin gradual de las propiedades, de tal forma que los elementos de un mismo grupo o familia se correspondan en los diferentes periodos. Esta tabla fue publicada en 1869, sobre la base de que las propiedades de los elementos son funcin peridica de sus pesos atmicos.Tabla peridica de Mendeleiev

La tabla peridica de Mendeleiev presentaba ciertas irregularidades y problemas. En las dcadas posteriores tuvo que integrar los descubrimientos de los gases nobles, las "tierras raras" y los elementos radioactivos. Otro problema adicional eran las irregularidades que existan para compaginar el criterio de ordenacin por peso atmico creciente y la agrupacin por familias con propiedades qumicas comunes. Ejemplos de esta dificultad se encuentran en las parejas telurio-yodo, argon-potasio y cobalto-niquel, en las que se hace necesario alterar el criterio de pesos atmicos crecientes en favor de la agrupacin en familias con propiedades qumicas semejantes. Durante algn tiempo, esta cuestin no pudo resolverse satisfactoriamente hasta que Henry Moseley (1867-1919) realiz un estudio sobre los espectros de rayos X en 1913. Moseley comprob que al representar la raz cuadrada de la frecuencia de la radiacin en funcin del nmero de orden en el sistema peridico se obtena una recta, lo cual permita pensar que este orden no era casual sino reflejo de alguna propiedad de la estructura atmica. Hoy sabemos que esa propiedad es el nmero atmico (Z) o nmero de cargas positivas del ncleo. La explicacin que aceptamos actualmente de la "ley peridica" descubierta por los qumicos de mediados del siglo pasado surgi tras los desarrollos tericos producidos en el primer tercio del siglo XX en que se propuso la mecnica cuntica, gracias a la cual y a los desarrollos posteriores, hoy se acepta que la ordenacin de los elementos en el sistema peridico est relacionada con la estructura electrnica de los tomos de los diversos elementos, a partir de la cual se pueden predecir sus diferentes propiedades qumicas.La nocin de nmero atmico y la mecnica cuntica

A las columnas verticales de la tabla peridica se les conoce como grupos. Todos los elementos que pertenecen a un grupo tienen la misma valencia, y por ello, tienen caractersticas o propiedades similares entre s. Por ejemplo, los elementos en el grupo IA tienen valencia de 1 (un electrn en su ltimo nivel de energa) y todos tienden a perder ese electrn al enlazarse como iones positivos de +1. Los elementos en el ltimo grupo de la derecha son los gases nobles, los cuales tienen lleno su ltimo nivel de energa (regla del octeto) y, por ello, son todos extremadamente no reactivos.Numerados de izquierda a derecha, los grupos de la tabla peridica son:Grupo 1 (IA): los metales alcalinos. Grupo 2 (IIA): los metales alcalinotrreos.Grupo 3 al Grupo 12: los metales de transicin, metales nobles y ,metales mansos. Grupo 13 (IIIA): los trreos. Grupo 14 (IVA): los carbonoideos. Grupo 15 (VA): los nitrogenoideos. Grupo 16 (VIA): los calcgenos o anfgenos. Grupo 17 (VIIA): los halgenos. Grupo 18 (VIIIA): los gases nobles.

Grupos

Las filas horizontales de la tabla peridica son llamadas perodos. Contrario a como ocurre en el caso de los grupos de la tabla peridica, los elementos que componen una misma fila tienen propiedades diferentes pero masas similares: todos los elementos de un perodo tienen el mismo nmero de orbitales. Siguiendo esa norma, cada elemento se coloca segn su configuracin electrnica. El primer perodo solo tiene dos miembros: hidrgeno y helio; ambos tienen solamente el orbital 1s. La tabla peridica consta de 7 perodos:La tabla tambin esta dividida en cuatro grupos, s, p, d, f, que estn ubicados en el orden sdp, de izquierda a derecha, y f lantnidos y actnidos. Esto depende de la letra en terminacin de los elementos de este grupo, segn el principio de Aufbau.Perodos

Otras formas de representar la tabla peridica I

Otras formas de representar la tabla peridica II

Tomado de: http://en.wikipedia.org/wiki/File:ChemicalGalaxy_Longman_1951.jpgTomado de: http://www.glencoe.com/sec/science/chemistry/mc/pow/chapter06.shtmlReferencias

*****************