lunes, 2 de mayo de 2016

2 HISTORIA DE LA TABLA PERIÓDICA




2.1 La alquimia


Varios elementos se conocen en su estado puro desde épocas antiguas como el oro, la plata, el platino el zinck o el cobre, dado que algunos no son oxidables “oro” mientras que otros pueden ser separados del oxígeno calentándolos lo suficiente en una forja (Eliade, ET, & Ledesma, 1974). Los herreros fueron los maestros del control de los elementos hasta que su trabajo capturó la atención de filósofos y sacerdotes, lo cual daría nacimiento a la alquimia.

Para el siglo VI antes de Cristo los filósofos griegos Empédocles, Platón y Aristóteles propusieron que toda materia estaba compuesta por cuatro principios: agua, aire, tierra y fuego; y que a su vez cada uno de esos elementos se caracterizaba por un par de cualidades como seco, húmedo, cálido y frío. Los primeros cuatro fueron conocidos como los cuatro elementos, y además del quinto elemento llamado éter cuya esencia era divina fueron empleados por los alquimistas para explicar el mundo material (Eliade et al., 1974). 

Las ideas de Aristóteles y Platón mantendrían ocupados a los alquimistas en sus intentos por crear oro o una pócima para la vida eterna por al menos 2000 años. Eso hasta que empezaron a aparecer cosas raras, por ejemplo el elemento tierra parecía no ser una entidad homogénea, por lo que para el siglo XVII se hablaba de las tierras en plural, para hacer referencias a varios tipos de óxidos y sales con propiedades diferentes (Wisniak, 2004).

2.2 El nacimiento de la química de los elementos


2.2.1 Henning Brand


La historia de la tabla periódica también es la historia del descubrimiento de los elementos químicos. La primera persona individualizable en descubrir un elemento químico es Henning Brand, un mercader germano en bancarrota que buscaba obtener la piedra filosofal para crear oro y salir de sus aprietos económicos.

En 1649 Brand destiló orina, produciendo una sustancia que brillaba con un tono blanquecino en una botella de base esférica, la sustancia fue llamada fósforo (Weeks, 1932). Brand mantuvo el descubrimiento en secreto hasta 1680 cuando Robert Boyle redescubrió el fósforo y publicó sus descubrimientos. El descubrimiento del fósforo ayudó a reabrir el tema de que era lo que se entendía por elemento, si un principio inmaterial o una sustancia palpable (Prandtl, 1948)

2.2.2 Robert Boyle


En 1661 Robert Boyle definió un elemento como: una sustancia que no podía ser separada en otra más simple por medio de una reacción química” (Chalmers, 2005). 

Esta es la definición química de elemento, y sigue siendo igual de útil ahora que en tiempos de Boyle, con una diferencia, en el siglo XX surgió una nueva definición de elemento, pero en todo caso se trata de una definición basada en la física y la cantidad de protones en el núcleo de los átomos de cada elemento.

2.2.3 Antoine Lavoisier


En 1789 “mismo año de la revolución francesa” Lavoiser publicó el Tratado Elemental de la Química, lo cual es un nombre gracioso porque también se puede interpretar como un tratado sobre la química de los elementos, en ese sentido estamos hablando de un libro de enseñanza (libro de texto) que proseguía el modelo de trabajo de Boyle: aislar elementos en términos de sustancias simples no separables por métodos químicos, y organizar dichas sustancias de una forma lógica.

Lavoiser enlistó varios elementos conocidos para nosotros como el oxígeno, el nitrógeno, el fosforo o el azufre, así como otros que nosotros no relacionamos con materia másica como la luz y el calor. Adicionalmente fue el primero en separar las dos categorías fundamentales de cualquier tabla periódica: Metales y No Metales. Los químicos de su generación tomaron el texto críticamente, pero las nuevas generaciones se convencieron de la utilidad de la redefinición de elemento químico, lo cual terminaría por dar inicio a la química moderna, con un lenguaje propio, un lenguaje en el cual los nuevos elementos eran el alfabeto (Bensaude-Vincent & Abbri, 1995).

2.3 Las primeras tablas


2.3.1 Johann Wolfgang Döbereiner


En 1829 Dobereiner observó que muchos elementos podían ser agrupados en triadas basados en sus propiedades químicas, por ejemplo: el cloro el bromo y el yodo.  

Otro ejemplo fue el litio, el sodio y el potasio, los cuales eran metales blandos como la gelatina que reaccionan muy violentamente con el agua. 

Döbereiner también observó que, cuando organizados bajo el criterio de la masa, el segundo miembro de la triada tenía una masa más o menos igual al promedio de los otros dos miembros. Esto se convirtió en la ley de las triadas (Kauffman, 1999).

2.3.2 Leopold Gmelin


El químico aleman Leopold Gmelin trabajó en este sistema y para 1843 habia identificado diez triadas, pero también detalles que no concordaban, por ejemplo cuatro grupos de cuatro elementos y un grupo de cinco elementos. 

En 1857 Jean-Baptiste Dumas extendió el estudio de las propiedades de varios grupos de metales (Mendeleev, n.d.; E. R. Scerri, 2006). 

El problema con todos estos intentos es que creaban múltiples tablillas desconectadas del todo, grupitos de tres o cinco elementos sin ningún sentido general que lo justificara.

2.3.3 August Kekulé


En 1857, uno de los mejores químicos de su generación August Kekulé observó que el carbono generalmente tenía un poder de enlace de cuatro, y en consecuencia podía enlazarse a otros cuatro elementos. 

El metano por ejemplo, posee un carbono y cuatro hidrógenos. El concepto de poder de enlace eventualmente conllevó al desarrollo del concelto de valencia; y cada elemento posee un determinado poder de enlace (Izquierdo-Aymerich & Adúriz-Bravo, 2009).

2.3.4 Alexander-Emile Beguyer de Chancourtois


En 1862, de Chancourtois, un geólogo francés publicó una temprana forma de la tabla periódica, la cual el llamó como la hélice telúrica. 

Él fue la primera persona en notar la periodicidad de los elementos. Con los elementos organizados en una espiral o cilindro en un orden de masa de elemento creciente, de Chancourtois demostró que los elementos con propiedades semejantes se repetían periódicamente. 

Esta tabla incluía algunos iones y compuestos en adición de elementos. Debido a que en la época la química y la geología aún no habían convergido, los dos campos empleaban un lenguaje diferente, por lo que su idea fue poco valorada por los demás químicos hasta la llegada de Dmitri Mendeleyev (Scerri, 1998).

2.3.5 Julius Lothar Meyer


En 1864, Meyer un químico alemán publicó una tabla de 44 elementos organizados de acuerdo a su poder de enlace “valencia”. 

El resultado era más o menos similar ya que las propiedades químicas y la valencia están relacionadas, la valencia es quien permite que algunas reacciones comunes en cada periodo se repitan.

Unos cuantos meses después de que Mendeleev publicara su tabla periódica prediciendo elementos nuevos, Meyer publicó una tabla parecida. 

2.3.6 William Odling


Casi al mismo tiempo William Odling, un químico inglés publicó otra tabla de 57 elementos organizados en base a su masa molar. 

Con algunas irregularidades y saltos Odling notó una tendencia tenue de periodicidad en las masas elementales al interior de los elementos y que acorde con eso también se generaban los grupos tradicionale como los metales alcalinos o los halógenos. 

Aunque Odling aludió a la idea de la ley periódica no prosiguió con ella y por consiguiente propuso en 1870 una tabla basada en el poder de enlace para clasificar los elementos (Emsley, 1987).

2.3.7 John Newlands


El químico inglés John Newlands produjo una serie de artículos entre 1863 y 1866 que denotaba que cuando los elementos enlistados en un orden de masa molar, las propiedades físicas y químicas parecían repetirse a intervalos de ocho; y empleó una analogía con la repetición de los tonos musicales que también se repiten a intervalos de ocho. 

Esto termino por acuñar la ley del octeto, aunque sus contemporáneos no estaban muy convencidos, e incluso la Sociedad Química se reusó a publicar su trabajo. 

Newlands sin embargo fue capaz de algo por lo cual generalmente acreditamos a Mendeleyev, crear una tabla con huecos que permitía la inferencia de la existencia del germanio (Scerri, 2006, 2011).

2.3.8 Gustavus Hinrichs


En 1867 Gustavus Hinrichs un químico Danés-Americano publicó una tabla periódica en espiral basada en los espectros de los elementos y en sus masas molares, así como en algunas propiedades químicas. 

Su trabajo es marcado como idiosincrático, ostentoso y laberintico; en otras palabras, a nadie le gustó por complicado (Rouvray & King, 2004; Scerri, 2011). 

2.4 La tabla de Mendeleev


El profesor ruso Dmitri Mendeleev y el químico alemán Julius Lothar Meyer publicaron de forma independiente publicaron una versión nueva de la tabla periódica en 1869 “ruso” y 1870 “alemán”. La tabla de Mendeleev fue publicada primero en su versión inicial, la cual no se parece en nada a la tabla que poseemos en la actualidad (Camacho, Gallego, & Pérez, 2007; Mendeleev, n.d.; Rouvray & King, 2004; Scerri, 2006, 2011).
Tabla de Mendeleev de 1969

Mientras que la de Meyer era una versión refinada de su modelo de 1864. Ambos construyeron sus tablas listando los elementos en filas y columnas en orden de la masa molar. Las filas eran construidas de forma tal que presentaran propiedades química semejantes, lo cual si lo comparamos con la tabla moderna es como si la viéramos de lado con los elementos más ligeros a la izquierda (Camacho et al., 2007; Mendeleev, n.d.; Rouvray & King, 2004; E. R. Scerri, 2006, 2011).

Ahora, ¿Por qué nos olvidamos de Meyer? A demás de la ley de prioridades de publicación, la tabla de Mendeleev tenía dos detalles cruciales que le hizo ganar a largo plazo esta carrera por las tablas de los elementos. La primera fue seguir la idea de Newlands, dejar huecos para elementos aun no aislados. La segunda idea fue la de abandonar el criterio de la masa molar para organizar los elementos de forma que el yodo y el telurio, quedaran en columnas más naturales a sus propiedades químicas(Camacho et al., 2007; Mendeleev, n.d.; Rouvray & King, 2004; E. R. Scerri, 2006, 2011).

En 1871 Mendeleev publicó una segunda versión de su tabla periódica, sin duda más cercana a la que empleamos actualmente, pero aun así muy distante. En esta nueva versión los elementos con propiedades semejantes se organizaban en columnas y no en filas. A demás apareció un sistema de numeración de los grupos de elementos clásicos que aun hoy es muy empleado. Sobre cada columna se colocó un numero en romano del I al VIII que indicaba el estado de oxidación mayor de un elemento “lo cual también se relaciona con su poder de enlace más alto” (Camacho et al., 2007; Mendeleev, n.d.; Rouvray & King, 2004; E. R. Scerri, 2006, 2011).
Tabla de Mendeleev de 1971

En esta versión Mendeleev avanzó más en la idea de Newlands, no solo conformándose en predecir la existencia de un elemento, Mendeleev también predijo las propiedades químicas y físicas del elemento aun por aislar (Camacho et al., 2007; Mendeleev, n.d.; Rouvray & King, 2004; E. R. Scerri, 2006, 2011).

Mendeleev propuso la existencia de un elemento hasta el momento desconocido, el cual el llamo eka-alumino junto con varias de sus propiedades. Cuando el galio fue descubierto, cuatro años más tarde, sus propiedades coincidieron de manera casi perfecta a las que Mendeleev había predicho para el eka-aluminio (Camacho et al., 2007; Mendeleev, n.d.; Rouvray & King, 2004; E. R. Scerri, 2006, 2011).

A pesar de que esta tabla periódica fue un éxito celebrado, las primeras versiones aun poseían algunas inconsistencias bastante enfáticas. Por ejemplo, el telurio que tiene una masa molar de 127,60 g es más pesado que el yodo 126,90 g. Si los elementos se agruparan únicamente por sus masas, la posición del telurio debería intercambiarse con la de yodo. Ningún químico haría eso (Camacho et al., 2007; Mendeleev, n.d.; Rouvray & King, 2004; E. R. Scerri, 2006, 2011).

Estas y otras discrepancias sugerían que existía alguna propiedad fundamental que daba origen a la periodicidad y que no era la masa molar. Esta propiedad terminó por estar relacionada con el número atómico, un concepto desconocido para Mendeleev y sus contemporáneos, después de todo ni siquiera creían en la existencia del átomo (Camacho et al., 2007; Mendeleev, n.d.; Rouvray & King, 2004; E. R. Scerri, 2006, 2011).

¿Bueno y si en este punto abandonamos a Mendeleyev, como rayos tenemos una tabla distinta?

2.5 El siglo XX


Mendeleev jamás creyó en la existencia del átomo, pero sería ese proyecto de investigación quien arrojaría una propiedad que justificaría la organización periódica sin las paradojas arrojadas por la masa molar/masa atómica. El concepto original empleado no fueron los protones sino la carga atómica.

2.5.1 Henry Moseley


En 1914 el físico ingles Henry Moseley encontró una relación entre la longitud de onda de rayos X de un elemento y la carga atómica. Moseley reorganizó la tabla peridica en términos de la carga atómica “que tan positivo es el núcleo de un átomo de un elemento puro” (E. R. Scerri, 2006, 2011).

Mediante este proceso Moseley pudo corregir diversas anomalías en la tabla periódica como la posición del telurio y el yodo; o la posición del potasio y el argón. A pesar de ser un método de organización físico, el nuevo sistema concordaba de forma parsimoniosa con las propiedades químicas sin tener que cambiar posiciones a las malas (E. R. Scerri, 2006, 2011).

Moseley también demostró que existían huecos en la tabla periódica para los elementos de carga 43 y 61 conocidos actualmente como el tecnecio y el prometio (E. R. Scerri, 2006, 2011).

2.5.2 Horace Groves Deming


La estructura clásica de la tabla periódica con la que todos hemos crecido, también conocida como como la tabla común o tabla estandarizada se atribuye a alguien menos conocido, un químico Americano llamado Horace Groves Deming. En 1923 Deming Reorganizó la tabla de Moseley de forma tal que tuviera 18 columnas.

Las características de esta tabla ya la acercan a nuestra versión, los lantánidos son sacados de la tabla debido a razones de espacio, de lo contrario se vería así

Las características principales de la tabla de Deming es la separación en bloques, antes todos los elementos se encontraban en un mismo bloque así tuvieran que compartir casillas, ahora hay un bloque para los metales de transición que Deming llamó metales pesados, otro para las tierras raras radioactivas y dos bloques que intentaban separar los metales ligeros de los no metales. Adicionalmente los gases nobles se colocaban a la izquierda ya que esta tabla se organiza por valencia, y como los gases nobles no tienen poder de enlace en condiciones normales se los considera como de valencia 0.

Una diferencia notable es que no se encuentra aún la serie de los actínidos separada y algunos de sus miembros aún son considerados metales pesados o de transición.

Industrias Merck preparo una tabla de mano con la versión de Deming en 1928, la cual se popularizó escolarmente en los colegios de enseñanza media y básica secundaria de los Estados Unidos. Para 1930 ya aparecía repetida en los manuales y enciclopedias de química.

2.5.3 Glenn Seaborg


En 1945, Glenn Seaborg un Químico Americano realizó la sugerencia de que los elementos actínidos no pertenecían al grupo de los metales de transición, para la época se pensaba que solo los lantánidos llegaban hasta el subnivel f de la tabla periódica.

Los lantánidos y actínidos quedan separados por razones de espacio y presentación, la forma real de esa tabla es la siguiente

Seaborg a pesar de los consejos en contra afirmó que los actínidos también debían llenar el subnivel f y publicó sus ideas, estas junto con su trabajo en la síntesis de elementos actínidos le permitieron ganar el premio nobel de química en 1951.

La estructura final dada por Seaborg es la tabla que recibimos nosotros, aunque es probable que no sea la misma que verán nuestros hijos, la tabla aún sigue siendo un modelo teórico y predictivo. Desde la 

2.6 El futuro inmediato de la tabla periodica


Yo mismo he enseñado un mito falso, que los elementos naturales van hasta el uranio (92 y más allá todos son sintéticos), la verdad es que los elementos naturales van hasta el plutonio (94), pero la idea de transuránicos es mucho más fuerte y tiene, como en todos estos mitos o paradojas de la ciencia, una razón histórica (Eisenbud et al., 1984; Peppard et al., 1951).

Aunque cantidades minúsculas de plutonio y neptunio existen naturalmente, estos elementos fueron identificados primero mediante la síntesis nuclear (Eisenbud et al., 1984; Hakim, 2007; Peppard et al., 1951). 

En cualquier caso fue el neptunio el primer elemento en ser sintetizado en un laboratorio en el año de 1939. Muchos de estos elementos sintéticos son inestables y decaen “es decir se rompen o fisionan produciendo elementos hijos ligeros y más estables” muy rápido, por lo que es muy retador poder detectarlos y caracterizarlos después de ser producidos (Ball, 2004).

Han existido controversias con respecto a la aceptación de la síntesis de algunos de estos elementos por laboratorios en competencia, lo cual ha hecho que la asignación de prioridades sea un dolor de cabeza. Lo anterior provocó que el sistema de bautizo de los elementos nuevos fuera complejo (Barber, Karol, Nakahara, Vardaci, & Vogt, 2011).

Los nombres elementales aceptados más recientes son los de Flerovio “elemento 114” (Yakushev et al., 2014) y el Livermorio “elemento 116” (Witze, 2012), los cuales eran anteriormente ununquadium y ununhexium; ambos bautizados en mayo de 2012. En 2010 un equipo conjunto ruso-americano afirmó haber sintetizado seis átomos del ununseptium “elemento 117” (Witze, 2012).

En diciembre de 2015, los elementos 113, 115, 117 y 118 fueron formalmente aceptados por la IUPAC completando finalmente el séptimo periodo de la tabla periódica. De esta forma nombres oficiales para la fila de los ununs----- serán propuestos y acuñados durante el año 2016 (Banks, 2016a, 2016b; Winter, 2015).


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