Estructura de la tabla periódica

[Lenguaje químico] Sección 1. Conceptos Clave [Estructura de la tabla periódica] [Propiedades periódicas] Otros conceptos [Historia de la tabla periódica] 

La tabla periódica es una herramienta fundamental del lenguaje químico que organiza los elementos químicos en función de sus propiedades atómicas y su comportamiento químico. Más que una simple lista, se trata de una representación estructurada del conocimiento sobre la materia, que permite identificar regularidades y prever cómo interactúan los elementos entre sí. En ella, cada elemento está simbolizado de forma abreviada e incluye información clave como su número atómico, su masa atómica relativa y su configuración electrónica, lo que la convierte en una guía indispensable tanto para el trabajo práctico como para la comprensión teórica de la química.

Tradicionalmente, su enseñanza ha estado dominada por enfoques memorísticos, incentivando la repetición mecánica de símbolos, números y familias, o por estrategias de ludificación, como juegos y rimas para facilitar la retención de datos. Sin embargo, nuestro enfoque parte de una premisa distinta: la tabla periódica no es un contenido a memorizar, sino una herramienta a interpretar. Al igual que un soplete, su valor reside en su uso eficaz, no en recitar sus partes de memoria. Aprender química no es repetir la tabla como un mantra, sino saber leerla, recorrerla y aprovechar su lógica interna para resolver problemas, formular hipótesis y comprender la materia en profundidad. Memorizarla sería, en cierto modo, negar el propósito mismo de su existencia.

Ley periódica

La ley periódica es una de las ideas centrales de la química moderna y se basa en una observación muy sencilla pero poderosa: los elementos químicos tienden a repetir sus propiedades de manera periódica cuando se ordenan según su número atómico. Sin embargo, esta repetición no sigue un ritmo fijo o exacto, como si fuera una canción con compases regulares, sino que se parece más a una rima que se repite con variaciones. Cada vez que las propiedades vuelven a parecerse, el "bucle" de elementos se hace un poco más largo. Es decir, la periodicidad no es estricta, sino creciente, y esa rima creciente es lo que permite predecir comportamientos químicos y agrupar los elementos EN FAMILIAS CON CARACTERÍSTICAS SIMILARES, como los alcalinos, los halógenos o los gases nobles.

Por eso, aunque los PERÍODOS DE LA TABLA PERIÓDICA (LAS FILAS HORIZONTALES) REFLEJAN ESA IDEA DE REPETICIÓN, lo que en realidad vemos es una rima que se va expandiendo. El primer período tiene solo dos elementos (hidrógeno y helio), los períodos 2 y 3 contienen 8 elementos cada uno, los 4 y 5 se amplían a 18 elementos, y los períodos 6 y 7 llegan hasta 32 elementos incluyendo a los lantánidos y actínidos. Estos ritmos de crecimiento pueden observarse directamente en la forma de la tabla. Pero atención: esto no quiere decir que todos los elementos dentro de un mismo período o grupo se comporten de forma idéntica. La tabla es una herramienta para explorar tendencias, no una receta cerrada. Su valor está en ayudarnos a predecir propiedades, comprender relaciones y formular explicaciones sobre el comportamiento de la materia, siempre con un ojo crítico y flexible.

Familias

En la tabla periódica, los elementos se agrupan en familias o grupos, que son las columnas verticales donde los elementos comparten propiedades químicas similares debido a que tienen el mismo número de electrones en su capa más externa. Las familias representativas (también conocidas como grupos principales) incluyen nombres tradicionales como los alcalinos (grupo 1), los alcalinotérreos (grupo 2), los halógenos (grupo 17) y los gases nobles (grupo 18). En el centro de la tabla se encuentran los metales de transición, cuyas familias no tienen nombres tan conocidos, aunque algunas se destacan, como la familia del hierro (grupo del hierro), la familia del cobre, o la del platino, cada una con elementos que comparten características particulares como múltiples estados de oxidación y la formación de compuestos coloridos.

Figura 1. En las cabezas de cada columna o grupo de la tabla periódica, se encuentra un sistema de códigos que los identifica. Estos códigos incluyen el CAS (Chemical Abstracts Service), el IUPAC viejo (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) y el IUPAC nuevo, que coexisten en varias tablas periódicas. Aunque se encuentran sinónimos de estos códigos en algunas tablas, se recomienda utilizar el sistema IUPAC nuevo. Es importante destacar esta recomendación debido a la prevalencia y estandarización creciente del sistema IUPAC nuevo en la comunidad científica. Utilizar este sistema ayuda a mantener una terminología coherente y precisa en la química, facilitando la comunicación y comprensión entre científicos de diferentes partes del mundo.

Un caso especial es el de las tierras raras, que incluyen los lantánidos y los actínidos, usualmente presentados en dos filas aparte bajo el cuerpo principal de la tabla. A pesar de su ubicación separada, estos elementos pertenecen a la misma familia química del escandio, junto con el itrio, debido a similitudes en su química, especialmente en el estado de oxidación +3. En cuanto a las formas de nombrar las familias en la tabla periódica, existen diferentes nomenclaturas: la nomenclatura IUPAC actual enumera los grupos del 1 al 18; la nomenclatura CAS (Chemical Abstracts Service), más usada en textos anglosajones antiguos, usa letras A y B (por ejemplo, grupo IIA para los alcalinotérreos); y la nomenclatura IUPAC antigua (similar a la CAS en algunas regiones) también combinaba números romanos con letras A o B. En nuestros materiales se privilegia la nomenclatura IUPAC moderna, por ser clara, lógica y universalmente aceptada.

Periodos

En la tabla periódica, los períodos son las filas horizontales que agrupan a los elementos según el número de capas electrónicas que ocupan. A medida que se avanza de izquierda a derecha en un período, el número atómico aumenta progresivamente y los electrones se van incorporando a la misma capa, lo que genera una serie de cambios graduales en las propiedades físicas y químicas de los elementos.

Figura 2. Los grupos de la tabla periódica también se conocen como familias. Esta designación es especialmente clara para los elementos más ligeros de los grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 y 18 (grupos principales o representativos), ya que comparten apariencias y propiedades químicas similares. Sin embargo, esta tendencia se vuelve menos evidente en los metales de transición, las tierras raras y los elementos muy pesados. Mientras que los grupos principales exhiben similitudes notables en sus propiedades químicas debido a su configuración electrónica externa, los elementos de los grupos de transición, las tierras raras y los elementos pesados tienen configuraciones electrónicas más complejas. Esto puede conducir a una variabilidad mayor en sus comportamientos químicos y propiedades físicas. A pesar de estas diferencias, todavía se pueden identificar patrones y tendencias dentro de estos grupos más allá de los elementos ligeros, lo que sigue siendo fundamental para comprender la estructura y el comportamiento de los elementos en la tabla periódica.

Aunque los elementos dentro de un mismo período no pertenecen a una misma familia, sí comparten ciertas tendencias periódicas, como el aumento de la electronegatividad o la disminución del radio atómico, que se repiten con cierta regularidad en cada nueva fila. Los periodos no son todos del mismo tamaño, y esa variación está directamente relacionada con la cantidad de electrones que caben en cada nivel energético.

Figura 3. Los periodos en la tabla periódica se refieren a las filas horizontales, mientras que los elementos de transición, como las tierras raras, forman parte de los períodos 6 y 7. Sin embargo, debido a razones estéticas, a menudo se omite su inclusión en las tablas periódicas de mano. Aunque estos elementos están ubicados debajo de la tabla principal, aún son críticos en la comprensión de la estructura y las propiedades de los elementos.

Metales y no metales

La frontera entre metales y no metales en la tabla periódica no es una línea rígida, sino una zona de transición que marca un cambio gradual en las propiedades de los elementos. Los metales, ubicados principalmente en la parte izquierda y central de la tabla, se caracterizan por ser buenos conductores de calor y electricidad, tener brillo metálico, ser maleables y tender a perder electrones en las reacciones químicas. 

Figura 4. Los periodos en la tabla periódica se refieren a las filas horizontales, mientras que los elementos de transición, como las tierras raras, forman parte de los períodos 6 y 7. Sin embargo, debido a razones estéticas, a menudo se omite su inclusión en las tablas periódicas de mano. Aunque estos elementos están ubicados debajo de la tabla principal, aún son críticos en la comprensión de la estructura y las propiedades de los elementos.

En contraste, los no metales, situados en la parte superior derecha, suelen ser malos conductores, quebradizos en estado sólido y con alta electronegatividad, lo que los lleva a ganar electrones al reaccionar. Entre ambos grupos existe una estrecha franja de elementos que no encajan del todo en ninguna de las dos categorías: los metaloides.

Los metaloides, también conocidos como semimetales, poseen propiedades intermedias entre metales y no metales. Estos elementos —como el boro, silicio, arsénico, antimonio, telurio y a veces el polonio y el astato— forman lo que se suele llamar la "escalera" o "escalón metálico" en la tabla periódica, una línea en zigzag que divide visualmente estas dos grandes regiones. Su comportamiento varía según las condiciones: pueden conducir electricidad como los metales en ciertos estados, pero también formar compuestos covalentes como los no metales. Esta ambigüedad los hace especialmente útiles en la industria, por ejemplo en la electrónica, donde el silicio es la base de los semiconductores. Entender esta frontera no solo ayuda a clasificar los elementos, sino también a anticipar cómo reaccionan, cómo se enlazan y qué aplicaciones pueden tener en la tecnología y en la vida cotidiana.

Bloques

En la tabla periódica, los elementos también se agrupan en lo que se conocen como bloques, que son regiones asociadas al tipo de orbital atómico donde se encuentra el electrón de mayor energía de cada elemento. Aunque la razón profunda de estas letras —s, p, d y f— se abordará en detalle en el capítulo dedicado a la organización electrónica de los elementos, en este texto introductorio los bloques se presentan como una manera práctica de entender la estructura general de la tabla y cómo se distribuyen los elementos en ella.

Figura 5. Los bloques de la tabla periódica se relacionan con la forma en que los electrones se acomodan alrededor del núcleo de cada átomo. Aunque aún no hayas estudiado qué es un electrón con detalle, puedes imaginar que los átomos tienen "niveles" donde se van ubicando pequeñas partículas. El tipo de "espacio" que se llena al final da nombre al bloque: s, p, d o f. Por ejemplo, si el último espacio en llenarse es del tipo "s", el elemento está en el bloque s. Esta organización ayuda a entender por qué algunos elementos se parecen entre sí y se comportan de manera similar.

El bloque s abarca los dos primeros grupos (alcalinos y alcalinotérreos) más el hidrógeno y el helio, y se encuentra a la izquierda de la tabla. El bloque p, situado a la derecha, incluye los grupos del 13 al 18, que contienen tanto no metales como metaloides y algunos metales. En el centro está el bloque d, correspondiente a los metales de transición, caracterizados por su variada química y propiedades metálicas intensas. Finalmente, en la parte inferior —presentados normalmente en una sección aparte para ahorrar espacio— está el bloque f, que comprende los lantánidos y actínidos, también conocidos como tierras raras. Estos bloques no solo facilitan la ubicación de los elementos, sino que también reflejan patrones profundos en su comportamiento químico, haciendo que la tabla periódica funcione no solo como un catálogo, sino como una herramienta de lectura estructural de la materia.

Elementos representativos

Los elementos representativos, también conocidos como elementos principales o de transición interna, son aquellos que se encuentran en los grupos 1, 2 y de 13 a 18 de la tabla periódica. Estos elementos tienden a exhibir patrones de comportamiento químico más predecibles en comparación con los elementos de transición y las tierras raras.

Una característica distintiva de los elementos representativos es su disposición ideal de electrones en la capa externa. Se espera que estos elementos busquen alcanzar una configuración electrónica estable con ocho electrones en la capa externa, siguiendo la regla del octeto. Esta disposición confiere estabilidad y, en muchos casos, determina las propiedades químicas y la reactividad de estos elementos.

Sin embargo, es crucial señalar que esta regla del octeto no se aplica de manera estricta a los metales de transición y las tierras raras. Los elementos de transición tienen configuraciones electrónicas más complejas, lo que les permite alcanzar estabilidad con menos de ocho electrones en la capa externa. Las tierras raras, también muestran variaciones en la ocupación de electrones en sus capas externas, lo que hace que la regla del octeto sea menos aplicable a ellos

Referencias

Brown, T. L., LeMay, H. E. J., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P., & Stoltzfus, M. W. (2015). Chemistry the Central Science.

Brown, T. L., LeMay, H. E. J., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P., Stoltzfus, M. W., & Lufaso, M. W. (2022). Chemistry, the central science (15th ed.). Pearson.

Chang, R. (2010). Chemistry (10th ed.). McGraw-Hill New York.

Chang, R., & Overby, J. (2021). Chemistry (14th ed.). McGraw-Hill.

Seager, S. L., Slabaugh, M. M., & Hansen, M. M. (2022). Chemistry for Today (10th ed.). Cengage Learning.

Zumdahl, S. S., Zumdahl, S. A., DeCoste, D. J., & Adams, G. (2018). Chemistry (10th ed.). Cengage Learning.