¿Te has preguntado alguna vez cómo podrías ser más productivo? ¿Cómo podrías organizar tu horario, o tus apuntes escolares, de forma eficaz? También, quizás tengas algo de dinero, y necesitas hacer un presupuesto para asignarlo adecuadamente. Bueno, seguro que acabaste utilizando una lista, si todas las tareas que tenías a mano eran diferentes; o una tabla de Excel, si querías agrupar algunas de ellas de forma ordenada.
Pues, en los años 1800 no existía el Excel y la gente se las arreglaba para sobrevivir, lo que resulta increíble. Pero, en esta época también hacían tablas para organizar su tiempo, sus finanzas y, algunas personas como Mendeléyev, usaban tablas para organizar todo tipo de cosas. ¿Y él qué eligió organizar? Bueno, nada menos que los elementos que forman todo lo que está en el universo. Es decir: ¡todos los elementos en una tabla! Una tarea dura, ¿verdad? Veamos a qué llegó y cómo su trabajo resistió la prueba del tiempo.
- Mendeléyev organizó los elementos de la tabla periódica. Por eso, repasaremos la historia de la tabla periódica y los descubrimientos de Mendeléyev.
- ¿Cómo se organizan los elementos de la tabla periódica actual?: explicaremos la jerarquía y el orden de la tabla periódica.
- Actividad de organización de la tabla periódica: explicación detallada y minuciosa sobre los períodos y grupos junto a sus subconjuntos.
- Tabla periódica organizada por metales: explicación y definición de los metales, metaloides y no metales.
- Historia de la tabla periódica.
- Diferencias entre la tabla periódica antigua y 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.
Según Mendeléyev, las propiedades de los elementos son una función periódica de su masa atómica (ley periódica).
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.
Por ejemplo, el “eka-aluminio” se llamó así porque estaba situado debajo del aluminio en la tabla de Mendeléyev; más tarde fue rebautizado como galio (Ga).
Es interesante que eligiese el sánscrito, ¿no? En lugar del latín, el francés, el alemán, el ruso o el inglés. El sánscrito… ¡Qué casualidad! ¿Cómo es posible? Bueno, se cree que Mendeléyev, durante sus estudios en la Universidad de San Petersburgo (Rusia) aprendió sánscrito. Pero, ¿Por qué iba a utilizar una antigua lengua india en sus estudios?
El alfabeto sánscrito, que el mentor de Mendeléyev conocía bien, era un sistema periódico en sí mismo. La disposición del alfabeto sánscrito explicaba cómo las letras pueden unirse para producir sonidos, del mismo modo que la tabla periódica de los elementos demuestra cómo elementos distintos pueden mezclarse para formar compuestos.
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
La ley periódica actual se basa en que las propiedades de los elementos están en función de su número atómico, y no de su masa. La tabla periódica que utilizamos en la actualidad está dividida en grupos y períodos, que relacionan los elementos que tienen características similares.
¿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 es una lista de elementos químicos ordenados por su número atómico, cualidades y características.
La tabla periódica: los grupos
Los grupos son las columnas de la tabla periódica. Indican elementos químicos con propiedades químicas y físicas similares.
- 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.
Si combinamos 2 moléculas de sodio (Na) —que es un metal— con 2 moléculas de cloro (Cl) —que es un halógeno—, obtenemos 2 moléculas de cloruro sódico (NaCl) y mucho calor. Esto se llama el "experimento de la lámpara de sal". Esta sería la representación de la reacción:
$$2Na+Cl_{2}\longrightarrow 2NaCl$$
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:
Si el orbital más externo del elemento es 5s, se obtendría 5 como número cuántico principal y, en consecuencia, estaría en la 5ª fila de elementos.
Ahora bien, si el orbital más externo del elemento es 3d, este tipo se colocaría en la tercera fila. Fácil ¿no?
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:
| Tipo de elemento | Características | Excepciones |
| Metales | - Sólidos a temperatura ambiente
- Maleables y duraderos
- Buenos conductores del calor y la electricidad
- Se encuentran en el lado izquierdo de la tabla.
| El mercurio es la excepción, ya que es un líquido a temperatura ambiente |
| Metaloides (también conocidos como semimetales) | - Tienen propiedades tanto de metales como de no metales (de ahí el semi).
- Su conductividad eléctrica es menor que la de los metales, pero mayor que la de los no metales.
- Están en el lado izquierdo de la tabla, entre los metales y los no metales.
| |
| No metales | - Suelen ser, en su mayoría, gases y sólidos.
- Son muy malos conductores de la electricidad.
- Suelen tener fuerzas intermoleculares débiles entre sus moléculas
| El bromo (Br) es la única excepción, ya que es líquido a temperatura ambiente |
Tabla 1. Tabla periódica actual: Los elementos de la tabla periódica en función de sus propiedades físicas y químicas.
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.
Poco después, se descubrieron nuevos elementos que coincidían con sus predicciones y la comunidad científica aceptó su tabla periódica.
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.
Por ejemplo, los elementos del grupo 1 tienen un electrón en su capa exterior; aunque esta regla tiene una excepción con la que hay que tener cuidado, ya que para el Grupo 8, esta no se aplica.
La tabla periódica también permite distinguir entre los metales (que cubren la mayor parte de la tabla) y los no metales.
Sistema periódico actual - Puntos clave
Los elementos están ordenados según el número atómico creciente; el número atómico (indicado con la letra Z) indica el número de protones presentes en el núcleo del átomo.
En la tabla periódica hay 7 líneas horizontales; es decir, 7 períodos. El período de un elemento indica el nivel de energía en el que se encuentran los electrones de valencia.
En la tabla periódica hay 18 líneas verticales; es decir, 18 grupos. Los grupos de la tabla periódica tienen una doble numeración: la primera en números del 1 al 18; la segunda, más importante, en números romanos del I al VIII.
El número de electrones de valencia se corresponde con el número romano: así, H, Na, K etc. tienen un solo electrón de valencia y Ne, Ar, Kr etc. tienen ocho electrones de valencia.
Los científicos querían desarrollar una tabla periódica para agrupar los elementos que tenían propiedades similares:
Dalton fue uno de los primeros científicos en proponer un orden. Dispuso los elementos por orden de masa atómica.
Newlands se basó en el trabajo de Dalton. Observó que uno de cada ocho elementos tenía propiedades similares y propuso su “Ley de las Octavas”; aunque esta fue rechazada, porque solo tenía sentido para el principio.
Mendeléyev también ordenó los elementos por su masa atómica, pero dejó huecos para los elementos que aún no habían sido descubiertos y predijo sus propiedades. Estos elementos fueron descubiertos y sus predicciones fueron correctas. Como resultado, la comunidad científica aceptó su tabla. Es el padre de la tabla periódica moderna.
La tabla periódica moderna ordena los elementos por número atómico, en lugar de por masa atómica.
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