La Tabla Peridica de los Elementos Qumicos

La tabla peridica de los elementos clasifica, organiza y distribuye los distintos elementos qumicos conforme a sus propiedades y caractersticas; su funcin principal es establecer un orden especfico agrupando elementos.

Suele atribuirse la tabla a Dmitri Mendelyev, quien orden los elementos basndose en sus propiedades qumicas,1 si bien Julius Lothar Meyer, trabajando por separado, llev a cabo un ordenamiento a partir de las propiedades fsicas de los tomos.2 La estructura actual fue diseada por Alfred Werner a partir de la versin de Mendelyev. En 1952, el cientfico costarricense Gil Chaverri (1921-2005) present una nueva versin basada en la estructura electrnica de los elementos, la cual permite ubicar las series lantnidos y los actnidos en una secuencia lgica de acuerdo con su nmero atmico.3

Tabla peridica de los elementos4 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 Fl

115 Uup

116 Lv

117 Uus

118 Uuo

Lantnidos 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

Actnidos 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 Alcalinotrreos Lantnidos Actnidos Metales de transicin

Metales del bloque p Metaloides

No metales Halgenos

Gases nobles y Transactnidos

Historia

La historia de la tabla peridica est ntimamente relacionada con varios aspectos del desarrollo de la qumica y la fsica:

El descubrimiento de los elementos de la tabla peridica.

El estudio de las propiedades comunes y la clasificacin de los elementos.

La nocin de masa atmica (inicialmente denominada "peso atmico") y, posteriormente, ya en el siglo XX, de nmero atmico.

Las relaciones entre la masa atmica (y, ms adelante, el nmero atmico) y las propiedades peridicas de los elementos y el surgimiento de nuevos elementos

Descubrimiento de los elementos

Aunque algunos elementos como el oro (Au), plata (Ag), cobre (Cu), plomo (Pb) y mercurio (Hg) ya eran conocidos desde la antigedad, el primer descubrimiento cientfico de un elemento ocurri en el siglo XVII, cuando el alquimista Henning Brand descubri el fsforo (P).5 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 nuevos elementos, como los metales alcalinos y alcalinotrreos, 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.

Nocin de elemento y propiedades peridicas

Lgicamente, 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 comportamiento qumico y sus propiedades. Durante los siguientes dos siglos se fue adquiriendo un mayor conocimiento sobre estas propiedades, as como descubriendo muchos elementos nuevos.

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 El qumico escptico, 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". En realidad, esa frase aparece en el contexto de la crtica de Robert Boyle a los cuatro elementos aristotlicos.

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 obraTratado 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 aislarlas.

El descubrimiento de gran cantidad de elementos nuevos, 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.

Los pesos atmicos

A principios del siglo XIX, John Dalton (17661844) desarroll una concepcin nueva del atomismo, a la que lleg gracias a sus estudios meteorolgicos y de los gases de la atmsfera. Su principal aportacin consisti en la formulacin de un "atomismo qumico"

que permita integrar la nueva definicin de elemento realizada por Antoine Lavoisier(17431794) y las leyes ponderales de la qumica (proporciones definidas, proporciones mltiples, proporciones recprocas).

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 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. Por ejemplo, en el caso del oxgeno, Dalton parti de la suposicin de que el agua era uncompuesto binario, formado por un tomo de hidrgeno y otro de oxgeno. No tena ningn modo de comprobar este punto, por lo que tuvo que aceptar esta posibilidad como una hiptesis a priori.

Dalton saba que una parte de hidrgeno se combinaba con siete partes (ocho, afirmaramos en la actualidad) de oxgeno para producir agua. Por lo tanto, si la combinacin se produca tomo a tomo, es decir, un tomo de hidrgeno se combinaba con un tomo de oxgeno, la relacin entre las masas de estos tomos deba ser 1:7 (o 1:8 se calculara en la actualidad). El resultado fue la primera tabla de masas atmicas relativas (o pesos atmicos, como los llamaba Dalton), que fue posteriormente modificada y desarrollada en los aos posteriores. Las inexactitudes antes mencionadas dieron lugar a toda una serie de polmicas y disparidades respecto a las frmulas y los pesos atmicos, que solo comenzaran a superarse, aunque no totalmente, en el congreso de Karlsruhe en 1860.

Metales, no metales, metaloides y metales de transicin

La primera clasificacin de elementos conocida fue propuesta por Antoine Lavoisier, quien propuso que los elementos se clasificaran en metales, no metales y metaloides ometales de transicin. Aunque muy prctica 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.

Tradas de Dbereiner

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 (17801849) 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 ytelurio; litio, sodio y potasio).

A estos grupos de tres elementos se los 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.

Chancourtois

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.

Ley de las octavas de Newlands

En 1864, el qumico ingls John Alexander Reina Newlands comunic al Royal College of Chemistry (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.

Tradas de Dbereiner

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

Ley de las octavas de Newlands

1 2 3 4 5 6 7

Li 6,9

Be 9,0

B 10,8

C 12,0

N 14,0

O 16,0

F 19,0

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.

Tabla peridica de Mendelyev

En 1869, el ruso Dmitri Ivnovich Mendelyev public su primera Tabla Peridica en Alemania. Un ao despus lo hizoJulius Lothar Meyer, que bas su clasificacin peridica en la periodicidad de los volmenes atmicos en funcin de la masa atmica de los elementos.6 Por sta fecha ya eran conocidos 63 elementos de los 90 que existen en la naturaleza. La clasificacin la llevaron a cabo los dos qumicos de acuerdo con los criterios siguientes:

Colocaron los elementos por orden creciente de sus masas atmicas.

Los agruparon en filas o periodos de distinta longitud.

Situaron en el mismo grupo elementos que tenan propiedades qumicas similares, como la valencia.

Na

23,0

K 39,0

Mg 24,3

Ca

40,0

Al

27,0

Si

28,1

P

31,0

S

32,1

Cl

35,5

Tabla de Mendelyev publicada en 1872. En ella deja casillas libres para elementos por descubrir.

La primera clasificacin peridica de Mendelyev no tuvo buena acogida al principio. Despus de varias modificaciones public en el ao 1872 una nueva Tabla Peridica constituida por ocho columnas desdobladas en dos grupos cada una, que al cabo de los aos se llamaron familia A y B.

En su nueva tabla consigna las frmulas generales de los hidruros y xidos de cada grupo y por tanto, implcitamente, las valencias de esos elementos.

Esta tabla fue completada a finales del siglo XIX con un grupo ms, el grupo cero, constituido por los gases noblesdescubiertos durante esos aos en el aire. El qumico ruso no acept en principio tal descubrimiento, ya que esos elementos no tenan cabida en su tabla. Pero cuando, debido a su inactividad qumica (valencia cero), se les asign el grupo cero, la Tabla Peridica qued ms completa.

El gran mrito de Mendelyev consisti en pronosticar la existencia de elementos. Dej casillas vacas para situar en ellas los elementos cuyo descubrimiento se realizara aos despus. Incluso pronostic las propiedades de algunos de ellos: el galio (Ga), al que llam ekaaluminio por estar situado debajo del aluminio; el germanio (Ge), al que llam ekasilicio; el escandio (Sc); y el tecnecio (Tc), que, aislado qumicamente a partir de restos de un sincrotrn en 1937, se convirti en el primer elemento producido de forma predominantemente artificial.

Nocin de nmero atmico y mecnica cuntica

La tabla peridica de Mendelyev 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 telurioyodo, argnpotasio y cobaltonquel, 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 (18671919) 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 decargas 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 el primer tercio del siglo XX se construy la mecnica

cuntica. Gracias a estas investigaciones 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.

Estructura y organizacin de la tabla peridica[editar]

La tabla peridica actual es un sistema donde se clasifican los elementos conocidos hasta la fecha. Se colocan de izquierda a derecha y de arriba a abajo en orden creciente de sus nmeros atmicos. Los elementos estn ordenados en siete hileras horizontales llamadas periodos, y en 18 columnas verticales llamadas grupos o familias.7

Hacia abajo y a la izquierda aumenta el radio atmico y el radio inico.

Hacia arriba y a la derecha aumenta la energa de ionizacin, la afinidad electrnica y la electronegatividad.

Grupos

A las columnas verticales de la tabla peridica se les conoce como grupos o familias. Hay 18 grupos en la tabla peridica estndar, de los cuales diez son grupos cortos y los ocho restantes largos, que muchos de estos grupos correspondan a conocidas familias de elementos qumicos: la tabla peridica se ide para ordenar estas familias de una forma coherente y fcil de ver.

Todos los elementos que pertenecen a un grupo tienen la misma valencia, entendido como el nmero de electrones en la ltima capa, y por ello, tienen propiedades similares entre s.

La explicacin moderna del ordenamiento en la tabla peridica es que los elementos de un grupo poseen configuraciones electrnicas similares y la misma valencia, o nmero de electrones en la ltima capa. Dado que las propiedades qumicas dependen profundamente de las interacciones de los electrones que estn ubicados en los niveles ms externos, los elementos de un mismo grupo tienen propiedades qumicas similares.

Por ejemplo, los elementos en el grupo 1 tienen una configuracin electrnica ns1 y una valencia de 1 (un electrn externo) 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 excepcionalmente no reactivos y son tambin llamados gases inertes.

Numerados de izquierda a derecha utilizando nmeros arbigos, segn la ltima recomendacin de la IUPAC (segn la antigua propuesta de la IUPAC) de 1988 y entre parntesis segn el sistema estadounidense,8 los grupos de la tabla peridica son:

Grupo 1 (I A): los metales alcalinos

Grupo 2 (II A): los metales alcalinotrreos.

Grupo 3 (III B): familia del Escandio (tierras raras yactinidos).

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 (VIII B): familia del Cobalto.

Grupo 10 (VIII B): familia del Nquel.

Grupo 11 (I B): familia del Cobre.

Grupo 12 (II B): familia del Zinc.

Grupo 13 (III A): los trreos.

Grupo 14 (IV A): los carbonoideos.

Grupo 15 (V A): los nitrogenoideos .

Grupo 16 (VI A): los calcgenos o anfgenos.

Grupo 17 (VII A): los halgenos.

Grupo 18 (VIII A): los gases nobles.

Descubrimiento de los elementosNocin de elemento y propiedades peridicasLos pesos atmicosMetales, no metales, metaloides y metales de transicinTradas de DbereinerChancourtoisLey de las octavas de NewlandsTabla peridica de MendelyevNocin de nmero atmico y mecnica cunticaEstructura y organizacin de la tabla peridica[editar]Grupos