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La periodicidad química

Los químicos estuvieron muy ocupados en el siglo XIX principalmente en el esfuerzo para aislar y determinar las propiedades de todos los elementos químicos. Químicos de todo el mundo se dieron a la tarea, y tras trabajar con varios miles de compuestos diferentes descomponiéndolos y caracterizando los "bloques" con los que se habían construido ya para 1860 cerca de 70 elementos de los 113 conocidos hasta hoy habían sido aislados y estudiados. En los varios miles de compuestos y mezclas con propiedades físicas y químicas únicas solo pudieron encontrar 70 elementos. Pero esto representó una gran simplificación a la química al comprender (por lo menos en principio) que cualquier objeto en el universo estaba formado por un grupo relativamente pequeño de elementos.

A medida que los elementos eran descubiertos y sus propiedades estudiadas resultaba necesario organizar los datos de una manera útil a fin de darle sentido como un todo. Uno de los mas grandes avances en conseguir esta meta fue hecho por el químico ruso Dmitri Mendeleev, él escribió los elementos y sus propiedades individualmente en un juego de tarjetas, las que organizó en diferentes arreglos buscando pautas de comportamiento. El salto se obtuvo cuando las organizó en orden creciente de sus masas atómicas (partiendo de los valores de las masas atómicas conocidas para la época) como se muestra esquemáticamente en la figura 1.

Periodicidad química
Figura 1. Los primeros 20 elementos arreglados de menos a más masivos


Al arreglo se han agregado los elementos helio (He), neón (Ne) y argón (Ar) que eran completamente desconocidos por Mendeleev y él había colocado otros elementos en esos lugares.

Con los elementos arreglados de esa forma Mendeleev se da cuenta de que las propiedades químicas se repiten siguiendo un patrón fijo, por ejemplo, si tomamos el sodio (Na) vemos que este es demasiado reactivo como para encontrarse libre en la naturaleza sin embrago los químicos se las ingeniaron para aislarlo puro de sus compuestos y determinaron que era blando, de color plateado, con baja densidad y bajo punto de fusión (para ser un metal). También demostraron que conducía la electricidad y que era altamente reactivo. Dejando caer un trozo de sodio al agua se produce una reacción violenta que produce hidrógeno inflamado y en adición el producto formado con el agua coloreaba de azul el tornasol. Luego, analizando la sustancia formada se concluyó que era NaOH, sustancia que se conocía coloreaba de azul el tornasol.

Como la mayoría de los químicos de la época, Mendeleev conocía todo esto del sodio y por tanto nada era sorpresa. Pero cuando examina el arreglo de sus tarjetas buscando elementos con cualidades como las del sodio nota algo interesante; el octavo elemento a la derecha del sodio y también el octavo a la izquierda tenían propiedades físicas y químicas parecidas a las del sodio. A 8 espacios a la derecha estaba el potasio (K) y a 8 a la izquierda el litio (Li).

Ambos elementos reaccionan con el oxígeno para formar óxidos (Li2O y K2O) y estos tienen fórmulas muy similares a los óxidos del sodio (Na2O). Ambos reaccionan con el agua para formar hidróxidos (LiOH y KOH) como lo hace el sodio (NaOH). Todos son metales de color plateado y son muy reactivos para estar libres en la naturaleza. Los tres conducen la electricidad y reaccionan violentamente con el agua liberando hidrógeno inflamado y las soluciones resultantes de las reacciones colorean de azul el tornasol.

Podía parecer a primera vista una coincidencia, ¡pero no lo era! Mendeleev observó este mismo patrón en otros elementos de su arreglo por lo que el caso no era único (vea la figura 2). El magnesio (Mg) reacciona con el oxígeno para formar el óxido en proporción atómica 1:1 (MgO) y 8 elementos a la derecha y a la izquierda hay dos que tienen el mismo comportamiento con el oxígeno, el calcio (Ca) y el Berilio (Be) cuyos óxidos son CaO y BeO respectivamente.

figura 2
Figura 2. El patrón de comportamiento se repite para el magnesio (Mg)

Ahora que conocemos los gases nobles podemos notar que el neón (Ne) que se niega a reaccionar con el oxigeno tiene a ambos lados separados por 8 espacios otros dos gases que tampoco reaccionan con el oxígeno. Aparentemente algo mágico rodea el número 8 y por tal motivo es común que este patrón se conozca como la regla de los octavos.

figura 3
Figura 3.

Cuando Mendeleev reorganizó sus tarjetas formando columnas con los elemento de propiedades similares obtuvo 8 columnas (figura 3). No quedaba lugar a dudas, hay algo especial alrededor del número 8. Aunque los elementos mostrados en la columna 8 de la figura 3 no se conocían para la época de Mendeleev su tabla la hizo con 8 columnas.

El comportamiento repetitivo de las propiedades químicas de los elementos se conocen como periodicidad química o comportamiento periódico (de ahí en nombre de tabla periódica) y en reconocimiento a sus méritos también se conoce como ley de Mendeleev o tabla de Mendeleev.

La ley de Mendeleev se puede enunciar como:

Las propiedades de los elementos son recurrentes (periódicas) en ciclos regulares cuando estos se arreglan en orden creciente de sus masa atómicas.

Mendeleev fue un hombre genial y su tabla periódica funcionó tal y como él la elaboró, pero en las tablas periódicas modernas los elementos están arreglados en orden creciente de los números atómicos y no de sus masas atómicas y este cambio casi no produjo modificaciones a la tabla original de Mendeleev, solo unos pocos elementos cambiaron de lugar, como por ejemplo el cobalto (Co) y el níquel (Ni) los que en la tabla moderna están intercambiados de posición con respecto a la de Mendeleev.

Mas adelante se descubrió que el 8 no es el único número mágico con respecto al comportamiento de los elementos químicos. En partes de la tabla periódica las propiedades se repiten cada 18 o 32 elementos.

Cuando Mendeleev comenzó su tabla solo se conocían unos 70 elementos y cuando los acomodó en forma de columnas, con aquellos de propiedades químicas similares, se dio cuenta que faltaban elementos sin descubrir, y, genialmente, dejó los espacios vacíos en la tabla, incluso nombró y predijo sus posibles propiedades químicas y físicas. Esto fue un paso de avance importante que permitió a los químicos de la época buscar y descubrir los elementos hasta entonces desconocidos partiendo de bases mucho mas sólidas que "trabajar a prueba y error".

Uno de estos "huecos" que dejó en su tabla correspondía al posteriormente descubierto germanio (Ge), que asumió muy brillantemente debía estar en la columna del carbono entre los elementos silicio (Si) y estaño (Sn). Lo llamó ekasilio y determinó sus propiedades físicas como muy cercanas al promedio calculado utilizando los elementos por encima y por debajo del "futuro huésped" de la casilla vacía.



Para continuar en el tema lea los artículos:

La tabla periódica moderna.

Otras propiedades de los átomos que varían sistemáticamente.

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