Química/La tabla periódica

Para más información, véase el artículo «Tabla periódica de los elementos» en Wikipedia.

Tabla periódica

La tabla periódica es aquella en la que se encuentran agrupados los elementos que tienen propiedades químicas y físicas semejantes. Es una herramienta útil que correlaciona las propiedades de los elementos de una forma sistemática, y ayuda a hacer predicciones con respecto al comportamiento químico de los elementos. Los elementos están acomodados según su número atómico y configuración electrónica, en filas horizontales, llamadas períodos, y en columnas verticales llamadas grupos o familias. La tabla actual incluye 134 elementos.

Durante el siglo XII, a medida que iba aumentantando la lista de los elementos, los científicos buscaron caracteres semejantes en las propiedades de los distintos elementos. Ante todo, es preciso recordar que los átomos se diferencian entre ellos por el número de partículas - electrones, protones, neutrones - que los constituyen.

Fue Ernest Rutherford quien hizo la suposición de que en el núcleo existían, además de protones, partículas neutras, es decir, que carecían de carácter eléctrico. Éstas eran los neutrones, de masa igual a la del protón.

El protón tiene una masa de 1 UMA (unidad de masa atómica).

Cada elemento se puede distinguir del resto por el número de partículas que posee y por su peso atómico.

Es preciso conocer las definiciones de número atómico y peso atómico, dos magnitudes imprescindibles en química, para distinguir los elementos.

Se denomina número atómico de un elemento al número de protones que contiene el núcleo, que coincide con el de electrones orbitales del átomo. A este número atómico se le suele asignarsele la letra Z.

Se define como peso atómico a el número de veces que el átomo de un elemento pesa más que la doceava parte del átomo de carbono.

Para hallar el peso atómico de los elementos, John Dalton relacionaba los pesos atómicos de la sustancia en estudio con otra dada de la que se conocía su peso. La sustancia que Dalton tomó como referencia fue el hidrógeno. A partir de 1961 el elemento tomado como patrón para hallar pesos atómicos fue el carbono 12.

Ya en el año 1829 el químico alemán Johann Wolgang Döbereiner (1780-1849) se fijó en la existencia de grupos de tres elementos, de los cuales el central tenía propiedades químicas intermedias entre las de los otros dos.

A esta clasificación se la conoce con el nombre de las Tríadas de Döbereiner.

En 1862 un geólogo francés comprobó que los elementos se podían disponer en forma de tabla por orden creciente de masa atómica, de modo que los elementos de propiedades químicas similares se hallaran en la misma columna. Dos años más tarde, un químico británico, John Alexander Reina Newlands (1838-1898) llegó a disponerlos del mismo modo, independientemente de su compañero francés, y obtuvo la siguiente lista de los elementos más ligeros dispuestos en orden creciente:

H Li Be B C N O
F Na Mg Al Si P S
Cl K Ca Cr Ti Mn Fe

De masas atómicas respectivas:

I (H); 6,9 (Li); 9 (B); 12 (C); 14 (N); 16 (O); 19 (F); 23 (Na); 24,3 (Mg); 27 (Al); 28 (Si); 31 (P); 32 (S); 35,5 (Cl); 39.1 (K); 40 (Ca); 52 (Cr); 48 (Ti); 55 (Mn) y 55,85 (Fe).

Newlands creyó que esta periocidad podría extenderse a todos los elementos, pero si se intenta continuar más allá del calcio (Ca), la idea que servia anteriormente no es válida para estos elementos.

I: H Li Na K
II: Be Mg Ca
III: B Al
IV: C Si
V: N P
VI: O S
VII: F Cl

Tabla 1

En 1869 el químico ruso Dmitri Ivanovich Mendeleiev (1834-1907) llegó al mismo resultado obtenido por Newlands. Y comprobó que, colocados los elementos en orden creciente de masas atómicas, sus propiedades químicas variaban de manera periódica.
Cuando Mendeleiev confeccionó su tabla no dudó en variar el orden de colocación de los elementos si lo requerian sus caracteristicas, pues creia que era más importante confeccionar dicha tabla de acuerdo con las propiedades que con la relación al peso atómico.
Por fin, cuando Mendeleiev no conseguia que los elementos encajaran bien en el sistema, no vacilaba en dejar espacios vacíos en la tabla y anunciar que faltaban por descubrir los elementos que los rellenarían.

Más adelante Mendeleiev creó un nuevo grupo de elementos, el VIII, que incluía conjuntos de tres elementos muy parecidos entre sí. Estos conjuntos eran:

Fe - Co - Ni
Ru - Rh - Pd
Os - Ir - Pt

A finales de siglo (XIX) se descubrieron los gases inertes o nobles y, por lo tanto, apareció un nuevo grupo al que se denominó grupo 0.

I: H Li Na K Cu Rb Ag Cs Au Fr
II: Be Mg Ca Zn Sr Cd Ba Hg Ra
III: B Al Sc Ga Y In La Tl Ac
IV: C Si i Ge Zr Sn Hf Pb
V: N P V As Nb Sb Ta Bi
VI: O S Cr Se Mo Te W Po
VII: F Cl Mn Br Tc I Re At
0: He Ne Ar Kr Xe Rn
VIII: Fe-Co-Ni Ru-Rh-Pd Os-Ir-Pt

Tabla 2

La clasificación tal como se encuentra en la tabla 2 no es todavía perfecta.
Mendeleiev realiza una división de cada uno de los grupos y los designa como subgrupos a y b, con lo cual se obtiene un total de diciséis grupos que el VIII y el 0 no se desdoblan.
La tabla periódica quedará con este paso de la siguiente forma:

I: H Li Na K Cu Rb Ag Cs Au Fr
II: Be Mg Ca Zn Sr Cd Ba Hg Ra
III: B Al Sc Ga In La Tl Ac
IV: C Si Ti Ge Zr Sn Hf Pb
V: N P V As Nb Sb Ta Hi
VI: O S Se Mo Te W Po
VII: F Cl Mn Br Tc I Re At
VIII: FeCoNi RuRhPd Os Ir Pt
0: He Ne Ar Kr Xc Rn

Tabla 3

Se observará que tanto el lantano (La), como el actinio (Ac), llevan un asterisco que los diferencia de los demás elementos.

Esta diferencia estriba en el hecho de que existe una serie de catorce elementos que tiene propiedades muy similares al lantano. Debido a esta similitud química Mendeleiev consideró dichos elementos desde el punto de vista de la clasificación como un solo elemento y en el lugar del lantano también incluyó los catorce elementos, a los que denominó lantánidos.

Lantánidos: Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm Yb, Lu.
Actínidos: Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lw.

Se observará que en el primer período existen sólo dos elementos, el hidrógeno (H) y el helio (He).

Cada uno de los distintos grupos o familias también tiene una denominación característica:

IA (excepto el hidrógeno): alcalinos.
IIA: alcalinotérreos.
IIIA: familia del Boro.
IVA: familia del Carbono.
VA: familia del Nitrógeno.
VIA: familia del Oxígeno.
VIIA: halógenos.
0: gases inertes o nobles.

Tabla 5

Metales alcalinos. Las propiedades características de estos elementos estriban en su brillo metálico, en que son blandos, fusibles, ligeros y de gran activididad química, y reaccionan con el agua para dar hidróxinos solubles.

Li, Na, K, Rb, Cs, Fr

Tabla 6

Metales alcalinotérreos. Estos metales están incluidos en el grupo IIA de la tabla periódica. a pesar de que son metales, lo mismo que los elementos del grupo IA, poseen una serie de propiedades bien diferenciadas, como se puede observar en la tabla 6, y entre ellas las más notables radican en el punto de fusión y en las densidades de estos elementos.

Los metales alcalinotérreos están formados por los siguientes elementos:

Be, Mg, ca, Sr, Ba, Ra

Tabla 7

Los hálogenos. Son elementos pertenecientes al grupo VIIA y se caracterizan por una gran activividad química, por lo que deben tratarse con sumo cuidado, pues son sustancias tóxicas.

F, Cl, Br, I, At

Los elementos que forman el grupo de los halógenos tienen colores muy diferenciados como también lo son algunas de sus propiedades,

El flúor (F) es un gas amarillo que se licua a temperaturas bastante bajas, el cloro (Cl) es un gas verde, el bromo(Br) es un líquido rojizo y el yodo (I) es un sólido gris.

Tabla 8

Los gases inertes. A finales del siglo XIX unos científicos descubrieron que el aire, además de contener oxígeno, nitrógeno e hidrógeno constaba de cinco elementos más, que correspondieron a los cinco primeros elementos del grupo de los gases inertes. Estos se caracterizan por su poca actividad química.

He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn

Radio atómico. Se debe tener en cuenta que los átomos no son esferas rígidas, aunque se les asigne un volumen esférico que demilite la zona en la que se encuentra la probabilididad de la nube de carga eléctrica que existe alrededor de cada núcleo.

Energía de ionización. Cuando los átomos se combinan entre sí para formar compuestos, se pierden uno o más electrones, y el átomo deja de estar neutro para pasar a quedar cargado positivamente. Se forma lo que se llama un ion positivo o catión.

Se define energía de ionización o potencial de ionización como la energía que hay que comunicar a un átomo en estado gaseoso para que se desprenda de un electrón.

Electroafinidad

Así como la energía de ionización indica la facilididad con que los átomos pierden electrones, existe las posibilidad de que durante una reacción química otros átomos puedan ganar electrones y formar entonces iones o aniones.salvo raras excepciones, siempre que un átomo gana un electrón se libera energía.

Electronegatividad

Es la capacidad que tiene un átomo para atraer los electrones de la unión química con otro átomo. Esta característica está *elacionada con las mencionadas anteriormente. De tal manera que Robert Sanderson Mulliken (n. 1896) sugirió que la electronegatividad es proporcional al promedio de la energía de ionización y la afinidad electrónica, y Linus Carl Pauling (n. 1901) propuso que la electronegatividad se basaba en la diferencia de las energías de enlace de las moléculas diatómicas.

El carácter metálico y no metálico de los elementos está relacionado con la energía de ionización, la electroafinidad y la electronegatividad, puesto que los metales tienden a formar iones positivos, y por lo tanto a perder electrones, y los no metales tienden a ganar electrones y formar iones negativos.

Una vez hecha esta esta exposición de estructuras espectroscópicas justificadas aunaremos los conceptos teóricos de que serán iones más grandes aquellos que:

posean el número cuántico principal mayor,
estén más a la izquierda en una misma fila,
hayan perdido menor carga o ganado mayor carga, según sean cationes o aniones.