Tabla periódica actual

¿Quién inventó la tabla periódica actual?

Seguro que ya sabes que, como cualquier tema en la ciencia, hay mucho ensayo y error; la creación de la tabla periódica no es una excepción, y también pasó por un proceso similar. Diferentes científicos intentaron elaborar una tabla periódica que representara todos los elementos (tanto los naturales como los artificiales). Sin embargo, el hombre al que se atribuye la mayor contribución a la tabla periódica fue el científico ruso Dimitri Mendeléyev.

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Fig. 1: Dimitri Mendeléyev, a quien se le atribuye la mayor contribución a la tabla periódica actual.

La tabla periódica de los elementos es una herramienta esencial en el estudio de la química, y todos los estudiantes de secundaria se han encontrado con ella en algún momento. Sin embargo, ¿de dónde viene exactamente la tabla periódica y por qué se llama así?

En 1869, Mendeléyev propuso que las propiedades de los elementos variaban en función de su masa atómica. El científico ruso, junto con su compañero Meyer, construyó una tabla de elementos de ocho columnas, en la que se agrupaban los componentes con cualidades similares. La tabla de Mendeléyev, que agrupaba los elementos en orden creciente de masa atómica, demostraba que los atributos de los elementos se repetían en orden exacto.

La tabla periódica de Mendeléyev de 1871 es un poco diferente de la que usamos actualmente, pero fue una contribución clave para la tabla periódica moderna.

¿Qué tenía de especial la tabla periódica de Mendeléyev? Bueno, él predijo el descubrimiento de nuevos elementos y proporcionó espacios en su tabla para acomodarlos. Además, al concebir la periodicidad como una ley básica que determina la naturaleza de los elementos, fue mucho más allá que sus predecesores.

Basándose en esa revelación, dejó acertadamente posiciones vacías en su tabla para los elementos que quedaran por descubrir, si las cualidades de un elemento concreto no se ajustaban al patrón general. El científico ruso denominaba a estos elementos como hipotéticos, con prefijos como “eka”, “dvi” y “tri”, que en sánscrito significan “uno”, “dos” y “tres”. En aquel entonces, Mendeléyev asignó esos prefijos a ocho elementos desconocidos.

Pero con el éxito vienen los fracasos. ¿Recuerdas el proceso de prueba y error que mencionamos antes? Pues bien, nuestro científico ruso fue víctima de él. Desgraciadamente, la tabla periódica de Mendeléyev tenía algunas limitaciones. De hecho, su tabla era incapaz de explicar algunas cosas como, el hecho de que el cobalto (Co), a pesar de tener una masa atómica mayor que la del níquel (Ni), tenga propiedades que podrían situarlo en posiciones anteriores a este elemento. Este tipo de incoherencias dificultaban la comprensión adecuada de los elementos.

Así que, como se comprobó que la masa atómica no es un predictor perfecto de las propiedades de los elementos, lo que más se utiliza hoy en día es el número de protones (también conocido como número atómico); aunque la tabla periódica de Mendeléyev se ha utilizado como guía indiscutible para la creación de la tabla periódica actual.

Características de la tabla periódica actual

¿Cómo está ordenada la tabla periódica actual?

Mendeléyev utilizó las masas atómicas de cada elemento para organizar su tabla periódica, pero ¿sabes qué usan los científicos para ordenar los elementos en la tabla periódica actual?

Organización de los elementos en la tabla periódica actual

La tabla periódica: los grupos

• Grupos A (elementos típicos/representativos): Cada grupo está numerado del 1 al 8. El número de grupo corresponde a los electrones de valencia.
  • Por ejemplo, los elementos del grupo VIIA tienen todos la configuración electrónica externa s²p⁵ (7 electrones de valencia).
• Grupo B (elementos de transición): Están dispuestos en un nivel inferior al del período. Los elementos de transición son todos aquellos que en la tabla periódica de los elementos químicos se clasifican en grupos que van del 3 al 12.

Algunos grupos tienen sus propias características, vamos a comprobarlo:

Grupo IA o grupo 1: metales alcalinos

Los metales alcalinos tienen las siguientes características:

• Alta reactividad
• Baja energía de ionización
• Baja electronegatividad
• Potencial de reducción negativo
• Tienden a formar solo compuestos en su estado de oxidación +1

Grupo IIA o grupo 2: metales alcalinotérreos

Fig. 4: Los metales alcalinotérreos en la tabla periódica.

Los metales alcalinotérreos tienen estas características:

• Son blandos y tienen baja densidad
• Son muy reactivos, aunque menos que los del grupo 1
• Forman compuestos solo en el estado de oxidación +2

Grupo VII: halógenos

Fig. 5: Los halógenos en la tabla periódica.

Los halógenos son elementos muy reactivos que, al reaccionar con los metales, forman sales.

Grupo VIII: Gases nobles (o gases inertes)

Los gases nobles se caracterizan por tener una estructura electrónica cerrada, dos electrones para el helio (He) y un octeto para los demás (Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). Estas configuraciones son especialmente estables y explican su nula o escasa reactividad.

Estos, además, son:

• Monoatómicos
• Incoloros
• Inodoros
• Insípidos
• No inflamables,

La tabla periódica: los períodos

La tabla periódica tiene siete líneas horizontales, conocidas como períodos. Están dispuestas en orden creciente, según sus números atómicos, y relacionados con el concepto de número cuántico principal. Esencialmente, el número de la fila corresponde al número cuántico principal de los orbitales de los electrones de valencia.

Como esto puede ser algo confuso, aquí tenemos un ejemplo:

Fig. 7: Los períodos 2 y 5 de la tabla periódica están resaltados.

• El primer período es el más corto, ya que solo tiene dos elementos (H y He), porque estos elementos solo tienen electrones en un orbital de tipo s. Representan el primer nivel de energía (n = 1).
• El segundo y tercer periodo tienen ocho elementos. Aquí los electrones solo están en los orbitales s y p. Representan los elementos químicos del segundo (n = 2) y tercer (n = 3) nivel de energía, respectivamente.
• Los períodos cuarto y quinto tienen 18 elementos, y los electrones aquí tienen orbitales de tipo d.
• A partir del sexto período también se pueden obtener orbitales de tipo f.

Metales de transición

Los metales de transición:

• Son maleables y dúctiles.
• Conducen el calor y la electricidad.
• Forman iones positivos.

Fig. 8: Los metales de transición resaltados en púrpura.

Lantánidos y actínidos: metales de transición interna o elementos del bloque f

Fig. 9: Los metales de transición interna en amarillo.

Los metales de transición interna son una extensión del grupo 3. Pueden dividirse en dos subcategorías:

• Lantánidos: se encuentran de forma natural en la corteza terrestre. Nunca presentan más de dos estados de oxidación y dan compuestos esencialmente iónicos.
• Actínidos: se crean en el laboratorio y son radiactivos en la naturaleza. Presentan mayor número de estados de oxidación, lo que estabiliza los enlaces covalentes y facilita la formación de complejos.

Tabla periódica organizada por carácter metálico

Hay tres tipos de elementos que componen la tabla periódica, en función de sus propiedades químicas y físicas: metales, metaloides (o semimetales) y no metales.

Veamos un resumen en la siguiente tabla:

Fig. 11: Categorización de metales, metaloides y no-metales en la tabla periódica.

¿Cuántos elementos tiene la tabla periódica actual?

La tabla periódica actual tiene 118 elementos confirmados, según la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC, por sus siglas en inglés). Entre ellos están:

• 94 elementos que se denominan naturales (porque se encuentran en la naturaleza).
• 24 elementos que se denominan sintéticos (por haber sido fabricados artificialmente).

La tabla periódica organiza y localiza todos los elementos conocidos en grupos, períodos, bloques, metales, no metales, lantánidos y actínidos, en función de sus características y relaciones entre sí.

Diferencias entre la tabla periódica antigua y actual

Durante el siglo XIX, los científicos encontraron muchos elementos nuevos, y necesitaban una forma de organizarlos y encontrar patrones comunes para todos ellos. La disposición de los elementos en la tabla periódica que tenemos hoy en día es muy inteligente y está muy bien organizada; pero, como es de esperar, hubo muchos cambios en las primeras tablas que se hicieron hasta llegar a ella. Trataremos los puntos clave del desarrollo de la tabla periódica desde Dalton hasta Mendeléyev y la tabla periódica actual.

John Dalton y los pesos atómicos

Figura 13: Tabla de elementos de Dalton publicada en A New System of Chemical Philosphy.

Actualmente se encuentra en el museo de la Ciencia y la Industria de Manchester (Reino Unido).

En ella podemos ver los elementos de la tabla periódica ordenados en dos columnas y con un dibujo que representa a cada uno de ellos.

Sabemos que la tabla periódica moderna ordena los elementos por su número atómico. Sin embargo, al principio, Dalton ordenaba los elementos por su peso atómico (ahora esto se denomina masa atómica relativa). Publicó una tabla de elementos en su libro Un nuevo sistema de filosofía química. Este fue el primer paso que sirvió para llegar hasta la tabla periódica que utilizamos hoy en día.

John Newlands y la ley de las octavas

John Newlands se basó en el trabajo de Dalton. y también ordenó los elementos por su masa atómica; pero, se dio cuenta de que cada octavo elemento tenía propiedades similares. Entonces, comparó esto con las octavas en la música y publicó, en 1865, su Ley de las Octavas.

Sin embargo, hizo algunas cosas mal, puesto que no tuvo en cuenta que todavía se estaban descubriendo elementos. Además, su regla solo funcionaba para los elementos hasta el calcio (Ca); a pesar de ello, continuó con su Ley de las Octavas.

Como resultado, sus ideas fueron objeto de burla y su versión de la tabla periódica no fue aceptada.

Figura 14: La ley de octavas de Newland.

La tabla periódica de Mendeléyev

Ya hemos hablado previamente del químico ruso Dimitri Mendeléyev, que presentó otra sugerencia para la tabla periódica, y que llegó a ser la más parecida a la tabla periódica moderna que tenemos hoy.

Al igual que Dalton y Newlands, Mendeléyev también ordenó los elementos por su peso atómico. Sin embargo, los ordenó de manera que pudiéramos ver un patrón en las propiedades de los elementos. Lo más importante que hizo fue dejar huecos en la tabla periódica para elementos que aún no habían sido descubiertos y predijo sus propiedades.

Figura 15: Tabla periódica original de Mendeléyev.

Se pueden observar los huecos vacíos que dejó Mendeléyev para los elementos que predijo que existían,

pero que aún no se habían descubierto.

La tabla periódica actual

Entonces, ¿por qué ordenamos los elementos por número atómico, en lugar de por masa atómica, en la tabla periódica moderna? Se debe a que no todos los elementos se ajustan al patrón de Mendeléyev.

Esto se puede ver si observamos el argón (Ar) y el potasio (K); la masa atómica de un átomo de argón es de 40, mientras que la del potasio es de 39. Si ordenáramos los elementos por su masa atómica, las propiedades del argón no coincidirían con las de los demás elementos de su grupo. El argón es muy estable y poco reactivo, mientras que los demás elementos de ese grupo son increíblemente reactivos. En su momento, Mendeléyev reconoció este problema e intercambió el orden de algunos elementos si las propiedades encajaban mejor.

Los científicos no pudieron entender por qué tenían que hacer esto sino hasta el siglo XX, cuando descubrieron las partículas subatómicas. En el siglo XIX no se conocían los electrones, que desempeñan un papel importante en la determinación de las propiedades químicas de los elementos.

Por lo tanto, podríamos decir que el descubrimiento de la estructura atómica en el siglo XX aclaró la clasificación de los elementos químicos en la tabla periódica. Actualmente, en la tabla periódica los elementos están ordenados por su número atómico, en orden ascendente. La tabla periódica actual de los elementos se basa en la tabla propuesta por Mendeléyev en el siglo XIX, en la que los elementos químicos se agrupaban empíricamente en función de sus propiedades físicas y químicas.

Además, los elementos químicos que pertenecen al mismo grupo (columna) tienen el mismo número de electrones en sus capas más externas, lo que les confiere propiedades químicas similares. Así, tenemos 8 grupos de elementos, que son los siguientes:

• Grupo 1: los metales alcalinos.
• Grupo 2: los metales alcalinotérreos.
• Grupo 3: los metales de las tierras raras.
• Grupo 4: los del grupo del titanio o familia del titanio.
• Grupo 5: los pnictógenos.
• Grupo 6: los calcógenos.
• Grupo 7: los halógenos.
• Grupo 18: los gases nobles.

Una buena manera de recordar el número de electrones en la capa exterior de cada grupo es recordar el número de grupo.

La tabla periódica también permite distinguir entre los metales (que cubren la mayor parte de la tabla) y los no metales.