Tabla periódica de los elementos

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Tabla periódica de los elementos
La tabla periódica de los elementos.

La tabla periódica de los elementos clasifica, organiza y distribuye los distintos elementos químicos, conforme a sus propiedades y características; su función principal es establecer un orden específico agrupando elementos.

Suele atribuirse la tabla a Dmitri Mendel√©yev, quien orden√≥ los elementos bas√°ndose en la variaci√≥n manual de las propiedades qu√≠micas, si bien Julius Lothar Meyer, trabajando por separado, llev√≥ a cabo un ordenamiento a partir de las propiedades f√≠sicas de los √°tomos. La forma actual es una versi√≥n modificada de la de Mendel√©yev; fue dise√Īada por Alfred Werner.

Contenido

Historia

La historia de la tabla periódica está íntimamente relacionada con varios aspectos del desarrollo de la química y la física:

  • El descubrimiento de los elementos de la tabla peri√≥dica.
  • El estudio de las propiedades comunes y la clasificaci√≥n de los elementos.
  • La noci√≥n de masa at√≥mica (inicialmente denominada "peso at√≥mico") y, posteriormente, ya en el siglo XX, de n√ļmero at√≥mico.
  • Las relaciones entre la masa at√≥mica (y, m√°s adelante, el n√ļmero at√≥mico) y las propiedades peri√≥dicas de los elementos.

El descubrimiento de los elementos

Aunque algunos elementos como el oro (Au), plata (Ag), cobre (Cu), plomo (Pb) y el mercurio (Hg) ya eran conocidos desde la antig√ľedad, el primer descubrimiento cient√≠fico de un elemento ocurri√≥ en el siglo XVII cuando el alquimista Henning Brand descubri√≥ el f√≥sforo (P). En el siglo XVIII se conocieron numerosos nuevos elementos, los m√°s importantes de los cuales fueron los gases, con el desarrollo de la qu√≠mica neum√°tica: ox√≠geno (O), hidr√≥geno (H) y nitr√≥geno (N). Tambi√©n se consolid√≥ en esos a√Īos la nueva concepci√≥n de elemento, que condujo a Antoine Lavoisier a escribir su famosa lista de sustancias simples, donde aparec√≠an 33 elementos. A principios del siglo XIX, la aplicaci√≥n de la pila el√©ctrica al estudio de fen√≥menos qu√≠micos condujo al descubrimiento de nuevos elementos, como los metales alcalinos y alcalino‚Äďt√©rreos, sobre todo gracias a los trabajos de Humphry Davy. En 1830 ya se conoc√≠an 55 elementos. Posteriormente, a mediados del siglo XIX, con la invenci√≥n del espectroscopio, se descubrieron nuevos elementos, muchos de ellos nombrados por el color de sus l√≠neas espectrales caracter√≠sticas: cesio (Cs, del lat√≠n caesń≠us, azul), talio (Tl, de tallo, por su color verde), rubidio (Rb, rojo), etc.

La noción de elemento y las propiedades periódicas

L√≥gicamente, un requisito previo necesario a la construcci√≥n de la tabla peri√≥dica era el descubrimiento de un n√ļmero suficiente de elementos individuales, que hiciera posible encontrar alguna pauta en comportamiento qu√≠mico y sus propiedades. Durante los siguientes dos 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 noci√≥n moderna apareci√≥ a lo largo del siglo XVII, aunque no existe un consenso claro respecto al proceso que condujo a su consolidaci√≥n 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 est√°n formados por otros cuerpos, ni unos de otros, y que son los ingredientes de que se componen inmediatamente y en que se resuelven en √ļltimo t√©rmino todos los cuerpos perfectamente mixtos". En realidad, esa frase aparece en el contexto de la cr√≠tica de Robert Boyle a los cuatro elementos aristot√©licos.

A lo largo del siglo XVIII, las tablas de afinidad recogieron un nuevo modo de entender la composición química, que aparece claramente expuesto por Lavoisier en su obra Tratado elemental de Química. Todo ello condujo a diferenciar en primer lugar qué sustancias de las conocidas hasta ese momento eran elementos químicos, cuáles eran sus propiedades y cómo aislarlos.

El descubrimiento de un gran n√ļmero de nuevos elementos, as√≠ como el estudio de sus propiedades, pusieron de manifiesto algunas semejanzas entre ellos, lo que aument√≥ el inter√©s de los qu√≠micos por buscar alg√ļn tipo de clasificaci√≥n.

Los pesos atómicos

A principios del siglo XIX, John Dalton (1766‚Äď1844) desarroll√≥ una nueva concepci√≥n del atomismo, al que lleg√≥ gracias a sus estudios meteorol√≥gicos y de los gases de la atm√≥sfera. Su principal aportaci√≥n consisti√≥ en la formulaci√≥n de un "atomismo qu√≠mico" que permit√≠a integrar la nueva definici√≥n de elemento realizada por Antoine Lavoisier (1743‚Äď1794) y las leyes ponderales de la qu√≠mica (proporciones definidas, proporciones m√ļltiples, proporciones rec√≠procas).

Dalton emple√≥ los conocimientos sobre 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 hidr√≥geno (aunque se sugirieron otros en esos a√Īos) y refiri√≥ el resto de los valores a esta unidad, por lo que pudo construir un sistema de masas at√≥micas relativas. Por ejemplo, en el caso del ox√≠geno, Dalton parti√≥ de la suposici√≥n de que el agua era un compuesto binario, formado por un √°tomo de hidr√≥geno y otro de ox√≠geno. No ten√≠a ning√ļn modo de comprobar este punto, por lo que tuvo que aceptar esta posibilidad como una hip√≥tesis a priori.

Dalton conoc√≠a que 1 parte de hidr√≥geno se combinaba con 7 partes (8 afirmar√≠amos en la actualidad) de ox√≠geno para producir agua. Por lo tanto, si la combinaci√≥n se produc√≠a √°tomo a √°tomo, es decir, un √°tomo de hidr√≥geno se combinaba con un √°tomo de ox√≠geno, la relaci√≥n entre las masas de estos √°tomos deb√≠a ser 1:7 (o 1:8 se calcular√≠a en la actualidad). El resultado fue la primera tabla de masas at√≥micas relativas (o pesos at√≥micos, como los llamaba Dalton) que fue posteriormente modificada y desarrollada en los a√Īos posteriores. Las incertidumbres antes mencionadas dieron lugar a toda una serie de pol√©micas y disparidades respecto a las f√≥rmulas y los pesos at√≥micos, que s√≥lo comenzar√≠an a superarse, aunque no totalmente, con el congreso de Karlsruhe en 1860.

Metales, no metales, metaloides y metales de transición

La primera clasificación de elementos conocida, fue propuesta por Antoine Lavoisier, quien propuso que los elementos se clasificaran en metales, no metales y metaloides o metales de transición. Aunque muy práctico y todavía funcional en la tabla periódica moderna, fue rechazada debido a que había muchas diferencias en las propiedades físicas como químicas.

Tríadas de Döbereiner

Uno de los primeros intentos para agrupar los elementos de propiedades an√°logas y relacionarlo con los pesos at√≥micos se debe al qu√≠mico alem√°n Johann Wolfgang D√∂bereiner (1780‚Äď1849) quien en 1817 puso de manifiesto el notable parecido que exist√≠a entre las propiedades de ciertos grupos de tres elementos, con una variaci√≥n gradual del primero al √ļltimo. Posteriormente (1827) se√Īal√≥ la existencia de otros grupos de tres elementos en los que se daba la misma relaci√≥n (cloro, bromo y yodo; azufre, selenio y telurio; litio, sodio y potasio).

Tríadas de Döbereiner
Litio LiCl
LiOH
Calcio CaCl2
CaSO4
Azufre H2S
SO2
Sodio NaCl
NaOH
Estroncio SrCl2
SrSO4
Selenio H2Se
SeO2
Potasio KCl
KOH
Bario BaCl2
BaSO4
Telurio H2Te
TeO2

A estos grupos de tres elementos se les denominó tríadas y hacia 1850 ya se habían encontrado unas 20, lo que indicaba una cierta regularidad entre los elementos químicos.

D√∂bereiner intent√≥ relacionar las propiedades qu√≠micas de estos elementos (y de sus compuestos) con los pesos at√≥micos, observando una gran analog√≠a entre ellos, y una variaci√≥n gradual del primero al √ļltimo.

En su clasificación de las tríadas (agrupación de tres elementos) Döbereiner explicaba que el peso atómico promedio de los pesos de los elementos extremos, es parecido al peso atómico del elemento de en medio. Por ejemplo, para la tríada Cloro, Bromo, Yodo los pesos atómicos 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 periódica el elemento con el peso atómico aproximado a 80 es el bromo lo cual hace que concuerde un aparente ordenamiento de tríadas.

Chancourtois

En 1864, Chancourtois construyó una hélice de papel, en la que estaban ordenados por pesos atómicos (masa atómica) los elementos conocidos, arrollada sobre un cilindro vertical. Se encontraba que los puntos correspondientes estaban separados unas 16 unidades. Los elementos similares estaban prácticamente sobre la misma generatriz, lo que indicaba una cierta periodicidad, pero su diagrama pareció muy complicado y recibió poca atención.

Ley de las octavas de Newlands

Artículo principal: John Alexander Reina Newlands

En 1864, el qu√≠mico ingl√©s John Alexander Reina Newlands comunic√≥ al Royal College of Chemistry (Real Colegio de Qu√≠mica) su observaci√≥n de que al ordenar los elementos en orden creciente de sus pesos at√≥micos (prescindiendo del hidr√≥geno), el octavo elemento a partir de cualquier otro ten√≠a unas propiedades muy similares al primero. En esta √©poca, los llamados gases nobles no hab√≠an sido a√ļn descubiertos.

Ley de las octavas de Newlands
1 2 3 4 5 6 7
Li
6,9

Na
23,0

K
39,0
Be
9,0

Mg
24,3

Ca
40,0
B
10,8

Al
27,0



C
12,0

Si
28,1



N
14,0

P
31,0



O
16,0

S
32,1



F
19,0

Cl
35,5



Esta ley mostraba una cierta ordenación de los elementos en familias (grupos), con propiedades muy parecidas entre sí y en Periodos, formados por ocho elementos cuyas propiedades iban variando progresivamente.

El nombre de octavas se basa en la intención 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 ordenaci√≥n no fue apreciada por la comunidad cient√≠fica que lo menospreci√≥ y ridiculiz√≥, hasta que 23 a√Īos m√°s tarde fue reconocido por la Royal Society, que concedi√≥ a Newlands su m√°s alta condecoraci√≥n, la medalla Davy.

Tabla periódica de Mendeléyev

En 1869, el ruso Dmitri Iv√°novich Mendel√©yev public√≥ su primera Tabla Peri√≥dica en Alemania. Un a√Īo despu√©s lo hizo Julius Lothar Meyer, que bas√≥ su clasificaci√≥n peri√≥dica en la periodicidad de los vol√ļmenes at√≥micos en funci√≥n de la masa at√≥mica de los elementos.

Por ésta fecha ya eran conocidos 63 elementos de los 90 que existen en la naturaleza. La clasificación la llevaron a cabo los dos químicos de acuerdo con los criterios siguientes:

  • Colocaron los elementos por orden creciente de sus masas at√≥micas.
  • Situaron en el mismo grupo elementos que ten√≠an propiedades comunes como la valencia.
Tabla de Mendeléyev publicada en 1872. En ella deja casillas libres para elementos por descubrir.

La primera clasificaci√≥n peri√≥dica de Mendel√©yev no tuvo buena acogida al principio. Despu√©s de varias modificaciones public√≥ en el a√Īo 1872 una nueva Tabla Peri√≥dica constituida por ocho columnas desdobladas en dos grupos cada una, que al cabo de los a√Īos se llamaron familia A y B.

En su nueva tabla consigna las fórmulas generales de los hidruros y óxidos de cada grupo y por tanto, implícitamente, las valencias de esos elementos.

Esta tabla fue completada a finales del siglo XIX con un grupo m√°s, el grupo cero, constituido por los gas noble descubiertos durante esos a√Īos en el aire. El qu√≠mico ruso no acept√≥ en principio tal descubrimiento, ya que esos elementos no ten√≠an cabida en su tabla. Pero cuando, debido a su inactividad qu√≠mica (valencia cero), se les asign√≥ el grupo cero, la Tabla Peri√≥dica qued√≥ m√°s completa.

El gran m√©rito de Mendel√©yev consisti√≥ en pronosticar la existencia de elementos. Dej√≥ casillas vac√≠as para situar en ellas los elementos cuyo descubrimiento se realizar√≠a a√Īos despu√©s. Incluso pronostic√≥ las propiedades de algunos de ellos: el galio (Ga), al que llam√≥ eka‚Äďaluminio por estar situado debajo del aluminio; el germanio (Ge), al que llam√≥ eka‚Äďsilicio; el escandio (Sc); y el tecnecio (Tc), que, aislado qu√≠micamente a partir de restos de un sincrotr√≥n en 1937, se convirti√≥ en el primer elemento producido de forma predominantemente artificial.

La noci√≥n de n√ļmero at√≥mico y la mec√°nica cu√°ntica

La tabla peri√≥dica de Mendel√©yev presentaba ciertas irregularidades y problemas. En las d√©cadas posteriores tuvo que integrar los descubrimientos de los gases nobles, las "tierras raras" y los elementos radioactivos. Otro problema adicional eran las irregularidades que exist√≠an para compaginar el criterio de ordenaci√≥n por peso at√≥mico creciente y la agrupaci√≥n por familias con propiedades qu√≠micas comunes. Ejemplos de esta dificultad se encuentran en las parejas telurio‚Äďyodo, arg√≥n‚Äďpotasio y cobalto‚Äďn√≠quel, en las que se hace necesario alterar el criterio de pesos at√≥micos crecientes en favor de la agrupaci√≥n en familias con propiedades qu√≠micas semejantes.

Durante alg√ļn tiempo, esta cuesti√≥n no pudo resolverse satisfactoriamente hasta que Henry Moseley (1867‚Äď1919) realiz√≥ un estudio sobre los espectros de rayos X en 1913. Moseley comprob√≥ que al representar la ra√≠z cuadrada de la frecuencia de la radiaci√≥n en funci√≥n del n√ļmero de orden en el sistema peri√≥dico se obten√≠a una recta, lo cual permit√≠a pensar que este orden no era casual sino reflejo de alguna propiedad de la estructura at√≥mica. Hoy sabemos que esa propiedad es el n√ļmero at√≥mico (Z) o n√ļmero de cargas positivas del n√ļcleo.

La explicación que aceptamos actualmente de la "ley periódica" descubierta por los químicos de mediados del siglo pasado surgió tras los desarrollos teóricos producidos en el primer tercio del siglo XX. En el primer tercio del siglo XX se construyó la mecánica cuántica. Gracias a estas investigaciones y a los desarrollos posteriores, hoy se acepta que la ordenación de los elementos en el sistema periódico está relacionada con la estructura electrónica de los átomos de los diversos elementos, a partir de la cual se pueden predecir sus diferentes propiedades químicas.

Tabla periódica de los elementos[1]
Grupo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
I A II A III B IV B V B VI B VII B VIII B VIII B VIII B I B II B III A IV A V A VI A VII A VIII A
Periodo
1 1
H
2
He
2 3
Li
4
Be
5
B
6
C
7
N
8
O
9
F
10
Ne
3 11
Na
12
Mg
13
Al
14
Si
15
P
16
S
17
Cl
18
Ar
4 19
K
20
Ca
21
Sc
22
Ti
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
31
Ga
32
Ge
33
As
34
Se
35
Br
36
Kr
5 37
Rb
38
Sr
39
Y
40
Zr
41
Nb
42
Mo
43
Tc
44
Ru
45
Rh
46
Pd
47
Ag
48
Cd
49
In
50
Sn
51
Sb
52
Te
53
I
54
Xe
6 55
Cs
56
Ba
* 72
Hf
73
Ta
74
W
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
Hg
81
Tl
82
Pb
83
Bi
84
Po
85
At
86
Rn
7 87
Fr
88
Ra
** 104
Rf
105
Db
106
Sg
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
Ds
111
Rg
112
Cn
113
Uut
114
Uuq
115
Uup
116
Uuh
117
Uus
118
Uuo
Lant√°nidos * 57
La
58
Ce
59
Pr
60
Nd
61
Pm
62
Sm
63
Eu
64
Gd
65
Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
69
Tm
70
Yb
71
Lu
Actínidos ** 89
Ac
90
Th
91
Pa
92
U
93
Np
94
Pu
95
Am
96
Cm
97
Bk
98
Cf
99
Es
100
Fm
101
Md
102
No
103
Lr
Alcalinos Alcalinotérreos Lantánidos Actínidos Metales de transición
Metales del bloque p Metaloides No metales Halógenos Gases nobles y Transactínidos

Para una tabla más detallada, puedes consultar: Anexo:Tabla periódica

Clasificación

Grupos

Artículo principal: Grupo de la tabla periódica

A las columnas verticales de la tabla peri√≥dica se les conoce como grupos. Todos los elementos que pertenecen a un grupo tienen la misma valencia at√≥mica, y por ello, tienen caracter√≠sticas o propiedades similares entre s√≠. Por ejemplo, los elementos en el grupo IA tienen valencia de 1 (un electr√≥n en su √ļltimo nivel de energ√≠a) y todos tienden a perder ese electr√≥n al enlazarse como iones positivos de +1. Los elementos en el √ļltimo grupo de la derecha son los gases nobles, los cuales tienen lleno su √ļltimo nivel de energ√≠a (regla del octeto) y, por ello, son todos extremadamente no reactivos.

Numerados de izquierda a derecha utilizando n√ļmeros ar√°bigos, seg√ļn la √ļltima recomendaci√≥n de la IUPAC (seg√ļn la antigua propuesta de la IUPAC) de 1988,[2] los grupos de la tabla peri√≥dica son:

Grupo 1 (I A): los metales alcalinos
Grupo 2 (II A): los metales alcalinotérreos
Grupo 3 (III B): Familia del Escandio
Grupo 4 (IV B): Familia del Titanio
Grupo 5 (V B): Familia del Vanadio
Grupo 6 (VI B): Familia del Cromo
Grupo 7 (VII B): Familia del Manganeso
Grupo 8 (VIII B): Familia del Hierro
Grupo 9 (IX B): Familia del Cobalto
Grupo 10 (X B): Familia del Níquel
Grupo 11 (I B): Familia del Cobre
Grupo 12 (II B): Familia del Zinc
Grupo 13 (III A): los térreos
Grupo 14 (IV A): los carbonoideos
Grupo 15 (V A): los nitrogenoideos
Grupo 16 (VI A): los calcógenos o anfígenos
Grupo 17 (VII A): los halógenos
Grupo 18 (VIII A): los gases nobles

Períodos

Artículo principal: Períodos de la tabla periódica

Las filas horizontales de la tabla peri√≥dica son llamadas per√≠odos. Contrario a como ocurre en el caso de los grupos de la tabla peri√≥dica, los elementos que componen una misma fila tienen propiedades diferentes pero masas similares: todos los elementos de un per√≠odo tienen el mismo n√ļmero de orbitales. Siguiendo esa norma, cada elemento se coloca seg√ļn su configuraci√≥n electr√≥nica. El primer per√≠odo solo tiene dos miembros: hidr√≥geno y helio; ambos tienen s√≥lo el orbital 1s.

La tabla periódica consta de 7 períodos:

La tabla tambi√©n est√° dividida en cuatro grupos, s, p, d, f, que est√°n ubicados en el orden sdp, de izquierda a derecha, y f lant√°nidos y act√≠nidos. Esto depende de la letra en terminaci√≥n de los elementos de este grupo, seg√ļn el principio de Aufbau.

Bloques o regiones

Artículo principal: Bloque de la tabla periódica
Tabla periódica dividida en bloques.

La tabla peri√≥dica se puede tambi√©n dividir en bloques de elementos seg√ļn el orbital que est√©n ocupando los electrones m√°s externos.

Los bloques o regiones se denominan seg√ļn la letra que hace referencia al orbital m√°s externo: s, p, d y f. Podr√≠a haber m√°s elementos que llenar√≠an otros orbitales, pero no se han sintetizado o descubierto; en este caso se contin√ļa con el orden alfab√©tico para nombrarlos.

Otras formas de representar la tabla periódica

  • Varias formas (en espiral, en 3D) [1];
  • 1951. Forma en espiral, [2] ;
  • 1960. Forma en espiral, profesor Theodor Benfey[3];
  • 1995. Forma en espiral-fractal, Melinda E Green *[4];
  • 2004, noviembre. Forma en espiral sobre dibujo de galaxia, Philip J. Stewart [5];

Véase también

Referencias

Bibliografía

  • AGAFOSHIN, N.P., Ley peri√≥dica y sistema peri√≥dico de los elementos de Mendeleiev Madrid Editorial Revert√©, 1977, 200 p.
  • BENSAUDE-VICENT, B. D. Mendeleiev: El sistema peri√≥dico de los elementos, Mundo cient√≠fico, (1984), 42, 184-189.
  • MU√ĎOZ, R. y BERTOMEU SANCHEZ, J.R.La historia de la ciencia en los libros de texto: la(s) hip√≥tesis de Avogadro, Ense√Īanza de las ciencias (2003), 21 (1), 147-161. Texto completo
  • ROCKE, A.J. 1984 Chemical Atomism in the Nineteenth Century. From Dalton to Cannizzaro. Ohio. Ohio State University Press, 1984.
  • ROM√ĀN POLO, P: El profeta del orden qu√≠mico: Mendel√©iev. Madrid: Nivola, 2002, 190 p
  • SCERRI, E.R., "Evoluci√≥n del sistema peri√≥dico" Investigaci√≥n y Ciencia (1998), 266, p. 54-59.
  • SCERRI, E.R., The Periodic Table: Its Story and Its Significance, Oxford, University Pres, 2006, 400 p.
  • STRATHERN, PAUL (2000) , El sue√Īo de Mendel√©iev, de la alquimia a la qu√≠mica, Madrid : Siglo XXI de Espa√Īa Editores, 288 p.

Enlaces externos


Wikimedia foundation. 2010.

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