¿Qué es la tabla periódica?

Esto es la tabla periódica. En principio, puede parecer solo una secuencia de letras, símbolos y números sin ningún sentido y que han generado dolores de cabeza a más de un estudiante. Sin embargo, aunque no lo creas, esta tabla puede ayudarte a entender el mundo de la química e incluso ha servido para predecir el futuro. ¿Pero a qué nos referimos con esto y qué es la tabla periódica? Este es el momento de Enterarse.

Para entender mejor qué es la tabla periódica y por qué su creación fue uno de los logros más importantes de la ciencia es conveniente entender su historia. El deseo por explicar nuestra realidad, aquello que llamamos “nuestro mundo”, “nuestro universo” o “nuestro hogar” es bastante antiguo. Los filósofos de la antigua Grecia fueron probablemente algunos de los primeros estudiosos que trataron de encontrar aquellos principios elementales que hacen posible nuestra realidad.

Ideas como la de los cuatro elementos fueron postuladas por los llamados filósofos presocráticos. Según esta idea, todas las cosas de nuestro mundo estaban hechas por alguno de estos cuatro elementos: fuego, aire, tierra y agua. Por ejemplo, según Tales de Mileto, todas las cosas estaban hechas en última instancia por agua. 

Sin embargo, fue Aristóteles el primer estudioso que se dedicó a analizar la materia y cómo esta se transforma. Él reconoció que los objetos físicos, como una roca o un árbol, estaban compuestos de múltiples cosas. 

Cuando encontramos una gota de aceite en un vaso de agua o una piedra preciosa en una roca, comprobamos que un objeto puede estar formado por más de un mismo elemento. Aristóteles suponía que era posible encontrar objetos no compuestos en la naturaleza. Sin embargo, estos debían ser puros. Es decir, estar compuestas por partes iguales en todo nivel. Pero ¿cuáles son estas partes?

Ahora sabemos que estas partes constitutivas son los átomos, una idea que también se originó en la antigua Grecia. Los átomos son aquellos que determinan las propiedades químicas de cualquier cosa. En otras palabras, son los bloques más pequeños en los que podemos dividir cualquier cosa por procesos ordinarios. Como probablemente sabes, existen diferentes tipos de átomos, como el hidrógeno, el carbono y el oxígeno. A estos, los llamamos elementos, así como los filósofos antiguos se referían al fuego o agua. 

Ahora, como pensaba Aristóteles, estos bloques elementales pueden combinarse con otros para producir diferentes compuestos. Por ejemplo, si mezclamos un átomo de hidrógeno con dos de oxígeno, obtenemos una molécula de agua.

Para el siglo XVIII, ya habíamos descubierto algunos de los elementos que conocemos hoy en día. Por ejemplo, Antoine Lavoisier, el padre de la química, elaboró una lista de 33 elementos fundamentales. Esta contenía elementos como el oxígeno y el nitrógeno. Sin embargo, también consideró cosas como el “calórico” como elementos fundamentales.

A medida que la ciencia avanzó, fuimos identificando mejor a los bloques básicos que componen la materia. Y, para mediados del siglo XIX, ya conocíamos 63 de estos. Solo había un problema. Habíamos identificado tantos elementos que estudiar uno por uno se había vuelto inmanejable.

Así, algunos científicos de la época empezaron a tratar de construir una clasificación y ver si había alguna relación entre los elementos que nos facilite su estudio. Uno de estos primeros intentos fue el de Johann Wolfgang Döbereiner, quien logró relacionar tres grupos de tres elementos a partir de su masa atómica. La masa atómica, o peso atómico, representa la cantidad de materia que hay en un átomo.

Döbereiner, se dio cuenta de que el promedio de la suma de la masa de los elementos de los extremos de las columnas era igual a la masa del elemento del medio. Así, si sumamos la masa del litio (7) y el potasio (39) y lo dividimos entre dos, obtenemos la masa del sodio, 23. El problema es que este descubrimiento solo funcionaba para estos tres tríos. 

Otro intento interesante fue el de John Newlands, quien se dio cuenta de que si se ordenaban los elementos conocidos por masa atómica, cada octavo elemento tenía propiedades similares a los otros elementos de su posición. A esta clasificación se la llamó la Ley de los octavos de Newland, en inspiración del sistema musical de la India que se basaba en siete notas musicales. El problema de este sistema es que solo era aplicable hasta el calcio. 

Así, no fue sino hasta 1869, que alguien dio en el clavo: Dmitri Mendeleev. Mendeleev era un profesor de química en la Universidad Estatal de San Petersburgo y se dio cuenta de que la razón por la que muchos estudiantes tenían dificultades en química era la falta de un modelo que explicara las relaciones entre los diferentes ladrillos básicos de la naturaleza. Por esta razón, se propuso crear un sistema clasificatorio en su libro “Principios de química”. 

Él empezó ordenando a los elementos por medio de su masa, pero esto no fue suficiente para establecer un sistema que explique las diferentes relaciones y propiedades similares en algunos elementos. Una historia cuenta que Mendeleev se inspiró en un juego de solitario de Norte América, para afrontar el problema. Según esta historia, él elaboró un mazo de cartas donde apuntó todos los elementos conocidos con sus respectivas propiedades y peso atómico. 

Luego, por varios días trató de usar las cartas para generar ordenamientos verticales y horizontales que brinden alguna luz sobre el problema, hasta que un día, en un sueño, entendió lo que sucedía: tal vez las clasificaciones fallan no porque estén mal, sino porque aún no hemos descubierto algunos elementos. 

Mendeleev se dio cuenta de que si ordenaba los átomos conocidos por su peso atómico las propiedades de estos se repetían periódicamente a medida que el peso de estos aumentaba. El problema para encontrar un ordenamiento adecuado era que aún no se habían descubierto todos los elementos básicos de la naturaleza, por lo que hasta el momento, los ordenamientos que había intentado habían fallado. Era como tratar de ordenar las piezas de un rompecabezas de 100 fichas con solo 80 de ellas: nunca lo lograríamos si asumimos que tenemos todas las fichas. 

Así, el científico ruso produjo una tabla con los 63 elementos conocidos hasta la fecha dejando algunos espacios vacíos para nuevos elementos. No solo eso, sino que además predijo algunas propiedades y la masa atómica de estos, como el galio, el tecnecio y el escandio. 

Este fue el gran descubrimiento de Mendeleev. Con el paso del tiempo, sus hipótesis sobre los elementos faltantes fueron confirmadas y fueron descubiertos otros elementos que seguían la lógica del ordenamiento del científico ruso. Hoy, nuestra tabla periódica tiene 118 elementos y entendemos mejor por qué existen ciertas similitudes entre ciertos átomos. Veamos por qué. 

Esta es la tabla periódica que tenemos hoy en día. En la época de Mendeleev aún no se habían descubierto los átomos. Sin embargo, hoy, armados con el conocimiento de la ciencia de nuestros días, podemos entender el porqué de las similitudes entre elementos.

La tabla periódica está organizada de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo, de la misma manera en la que un texto está organizado. El primer elemento es el hidrógeno; el segundo, el helio; el tercero, el litio; y así sucesivamente. Como verás, cada uno de ellos tiene un número arriba a la derecha. Este es el número atómico. El número atómico, nos dice cuántos protones tiene un átomo. Asimismo, determina qué tipo de átomo es. Un átomo con un protón es un átomo de helio; un átomo con 8, es uno de oxígeno.

Ahora, el número atómico no solo determina esto, sino que también nos dice cuántos electrones tiene el átomo. ¿Por qué? Porque usualmente los átomos tienen el mismo número de protones y electrones. Es posible que sean diferentes, pero esto es un tema para otro video. Aquí, lo importante es entender que lo convencional es que el número de protones y electrones sea el mismo. 

Una manera conveniente para imaginarse a los átomos (aunque algo simplificada) es mediante el modelo de Niels Bohr: este que puedes ver aquí. 

Cada una de estas órbitas puede albergar a 2n^2 electrones, donde n es el número de la capa o nivel de energía. Por lo general los electrones van desde la capa más baja a la más alta. Así, un átomo de hidrógeno, tiene un solo electrón en la primera capa. Uno de helio, dos. Y, uno de litio, tiene dos electrones en la primera capa y uno en la segunda. 

Esto es importante porque el número de electrones en la última capa nos muestra cómo reaccionan los átomos de un elemento en presencia de otro. Si vemos la tabla periódica, veremos que, por lo general, las columnas representan la misma cantidad de electrones en la capa más externa. En otras palabras nos dice cómo reaccionan estos elementos con otros. 

A estas columnas se les llama grupos. Por ejemplo el grupo de los gases nobles son un conjunto de elementos sumamente estables. Esto significa que no se mezclan fácilmente con otros elementos. Por el contrario, los metales alcalinos son altamente reactivos.

Por otro lado, las filas de la tabla, llamadas periodos, nos dicen cuáles son las propiedades físicas de cada elemento, como qué tan bien conducen la electricidad o si son maleables o no. De esta manera, la tabla periódica no es solo una forma visual de mostrar a todos los elementos que hemos descubierto, sino que nos explica, por su posición, cuáles son las propiedades de estos y cómo podemos esperar que se comporten con respecto a otros elementos. 

Así, la tabla periódica no es solo una colección arbitraria de símbolos y números, sino una herramienta fundamental que nos permite entender y predecir el comportamiento de los elementos químicos. Gracias a esta tabla, los científicos pueden anticipar cómo interactúan diferentes elementos, lo cual es crucial para desarrollar nuevos materiales y tecnologías. Esta es la verdadera importancia y utilidad de esta tabla. 

Por ello, la próxima vez que tengas que aprender algunos datos sobre ella, no pienses que estos son símbolos y números ordinarios, sino que más bien te está dando pistas sobre cómo funciona nuestro universo, nuestro hogar.