La Tabla Periódica

(Los Elementos y la Estructura Atómica)

 

Jorge Rafael Martínez Peniche

 

LA TABLA DE MENDELEIEV

 

El químico ruso Dimitri Ivanovich Mendeleiev nació en la ciudad de Tobolsk en Siberia el 27 de enero (8 de febrero en el calendario vigente) de 1834. Estudió en el Instituto Principal Pedagógico de San Petersburgo, donde obtuvo su grado con la disertación  magisterial  Volúmenes  Específicos.  Posteriormente  recibió  el  nombramiento de Docente-Privado en la Universidad de Petersburgo. En 1859, viajó a Hiedelberg, donde permaneció dos años, con objeto de prepararse para recibir el nombramiento de Profesor. En esta ciudad alemana trabajó con Robert Wilhelm Bunsen (1811-1899) y Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887), químicos muy reconocidos por sus diversas aportaciones al avance de la ciencia. En 1865, de regreso a Rusia, fue nombrado profesor de la Universidad de Petersburgo y tres años más tarde empezó a escribir el libro Fundamentos de Química.

 

Gustav Robert Kirchhoff y Robert Wilhelm Bunsen

 

Mendeleiev estaba preocupado por lo difícil que resultaba a los estudiantes aprender Química dado que la información acerca de las propiedades de las sustancias era escasa, estaba muy dispersa en la literatura y casi nunca se presentaba en forma que reflejara las relaciones entre las diversas sustancias.

 

Dimitri Ivanovich Mendeleiev

 

Tras una larga y tediosa revisión bibliográfica y con la ayuda de su propia experimentación, en los casos en que no encontraba información, Mendeleiev escribió la serie de artículos que quizá sea la más importante en la historia de la Química, debido a  que permitió sistematizar y ordenar una cantidad muy grande de conocimientos químicos y proveyó a la Química de una gran capacidad predictiva. Mendeleiev compara elementos con propiedades similares y encuentra que las propiedades de los elementos dependen de manera regular del cambio de peso atómico; pero a diferencia de Meyer, presenta sus resultados en forma de tabla agrupando a los elementos con propiedades semejantes (Tabla 3).

 

 

 

 

Ti = 50

Zr = 90

? = 180

 

 

 

 

V = 51

Nb = 94

Ta = 182

 

 

 

 

Cr = 52

Mo = 96

W = 186

 

 

 

 

Mn = 55

Rh = 104.4

Pt = 197.4

 

 

 

 

Fe = 56

Ru = 104.4

Ir = 198

 

 

 

 

Ni = Co = 59

Pd = 106.6

Os = 199

 

H = 1

 

 

Cu = 63.4

Ag = 108

Hg = 200

 

 

Be = 9.4

Mg = 24

Zn = 65.2

Cd = 112

 

 

 

B = 11

Al = 27.4

? = 68

U = 116

Au = 197 ?

 

 

C = 12

Si = 28

? = 70

Sn = 118

 

 

 

N = 14

P = 31

As = 75

Sb = 122

Bi = 210 ?

 

 

0 = 16

S = 32

Se = 79.4

Te = 128 ?

 

 

 

F = 19

Cl = 35.5

Br = 80

I = 127

 

 

Li = 7

Na = 23

K = 39

Rb = 85.4

Cs = 133

Tl = 204

 

 

 

Ca = 40

Sr = 87.6

Ba = 137

Pb = 207

 

 

 

? = 45

Ce = 92

 

 

 

 

 

? Er = 56

La = 94

 

 

 

 

 

? Yb = 60

Dy = 95

 

 

 

 

 

? In = 75.6

Th = 118 ?

 

 

 

Tabla 3. Primera tabla de Mendeleiev (marzo de 1869).

 

En la primera tabla de Mendeleiev aparecen los 63 elementos conocidos en esa época en orden creciente de peso atómico. Algunos de estos pesos figuran en la tabla con interrogaciones pues Mendeleiev consideraba que los experimentos con que se habían obtenido no eran del todo confiables. Además en la tabla aparecen algunos huecos, esto es así porque Mendeleiev considera que no puede haber distancias tan grandes en peso entre dos elementos adyacentes y que por lo tanto deben existir elementos con pesos atómicos intermedios que no han sido descubiertos. Mendeleiev incluso predice algunas propiedades para estos elementos.

 

Mendeleiev hace notar que la secuencia de los elementos en la tabla está en concordancia con la valencia (del latín valens: valer, tomar algún valor). La valencia es una característica de los elementos que se relaciona con su capacidad de combinación. Por ejemplo, el elemento Sodio (Na) tiene una valencia de uno pues solo puede combinarse con un átomo a la vez, es decir, no puede combinarse con dos átomos de Oxígeno para formar por ejemplo el compuesto NaO2. Sin embargo, el Oxígeno tiene valencia dos y por lo tanto si puede combinarse con dos átomos de valencia uno como sucede en el agua (H2O). El Oxígeno se combina en una proporción 1:1 con otros elementos de valencia dos como el Calcio (Ca) para dar el compuesto CaO. El Nitrógeno (N) presenta valencia tres ya que se combina con tres átomos de valencia uno como en el amoníaco (NH3).

 

En la tabla 4 se presentan las valencias de algunos elementos y su relación con la tabla de Mendeleiev.

 

Elemento

Símbolo

Valencia

Lugar en la Tabla de Mendeleiev

Hidrógeno

H

1

Primero

Litio

Li

1

Segundo

Berilio

Be

2

Tercero

Boro

B

3

Cuarto

Carbono

C

4

Quinto

Nitrógeno

N

3

Sexto

Oxígeno

O

2

Séptimo

Flúor

F

1

Octavo

Sodio

Na

1

Noveno

Magnesio

Mg

2

Décimo

Aluminio

Al

3

Décimo primero

Silicio

Si

4

Décimo segundo

Fósforo

P

3

Décimo tercero

Azufre

S

2

Décimo cuarto

Cloro

Cl

1

Décimo quinto

Potasio

K

1

Décimo sexto

Calcio

Ca

2

Décimo séptimo

Tabla 4. Valencia de algunos átomos.

 

 

Como puede observarse en la tabla 4, existe una secuencia regular para la valencia (1,1,2,3,4,3,2,1,1,2...etc.) que está relacionada con la posición relativa que guardan los elementos en la tabla de Mendeleiev.

 

Mendeleiev establece también lo que se conoce como Ley Periódica: Las propiedades de los elementos son una función periódica de sus pesos atómicos.

 

La existencia de la ley periódica es la razón por la cual llamamos Tabla Periódica a la tabla de Mendeleiev. Es necesario aclarar que esta ley periódica tiene excepciones, es decir, existen elementos para los que si se sigue el orden estricto de peso atómico, no caen en un grupo de elementos con propiedades similares. En estos casos, Mendeleiev optó por conservarlos en el grupo idóneo aún sin respetar el orden creciente de peso atómico.

 

La tabla de Mendeleiev atrajo definitivamente la atención de todos los químicos cuando fueron descubiertos los elementos que predijo y se demostró experimentalmente que las propiedades establecidas por Mendeleiev para ellos, sin conocerlos, concordaban muy bien con la realidad. En la tabla 5 se presentan algunas de las propiedades predichas por Mendeleiev en 1871 para el elemento que denominó Eka Silicio (de la raíz hindú eka que significa uno) por estar en su tabla junto al Silicio y el elemento correspondiente en peso atómico, el Germanio descubierto por el químico alemán Clemens Alexander Winkler (1838-1904) en 1886. Debe notarse que Mendeleiev también predijo propiedades para los compuestos derivados del Eka Silicio.

 

Propiedades del Elemento

Eka Silicio (1871)

Germanio (1886)

Peso atómico

72

72.36

Peso específico

5.5

5.47

Calor específico

0.073

0.076

Volumen atómico

13 cm3

13.22 cm3

Color

Gris oscuro

Blanco grisáceo

Propiedades de sus Compuestos

Eka Silicio (1871)

Germanio (1886)

Peso específico del dióxido

4.7

4.703

Punto de ebullición del tetracloruro

100 °C

86 °C

Peso específico del tetracloruro

1.9

1.887

Punto de ebullición del derivado tetraetilado

160 °C

160 °C

Peso específico del derivado tetraetilado

0.96

0.99

Tabla 5. Comparación entre las propiedades del Eka Silicio predichas por Mendeleiev y las experimentales para el Germanio.

 

 

            En la tabla 6 se presenta una tabla periódica de Mendeleiev mejorada por él mismo en 1879.

 

 

 

 

K=39

Rb= 85

Cs=133

''

''

 

 

 

 

Ca=40

Sr= 87

Ba=137

''

''

 

 

 

 

''

?Yb= 88?

?Dy=138?

Er=178?

''

 

 

 

 

Ti=48?

Zr= 90

Ce=140?

La=180?

Th=231

 

 

 

 

V=51

Nb= 94

"

Fa=182

"

 

 

 

 

Cr=52

Mo= 96

"

W=184

U=240

 

 

 

 

Mn=55

"

"

"

"

 

 

 

 

Fe=56

Ru=104

"

Os=195?

"

 

 

 

 

Co=59

Rh=104

"

Ir=197

"

 

 

 

 

Ni=59

Pd=106

"

Pt=198?

"

 

H=1

Li= 7

Na=23

Cu=63

Ag=108

"

Au=199?

"

 

 

Be= 9.4

Mg=24

Zn=65

Cd=112

"

Hg=200

"

 

 

B=11

Al=27.3

"

In=113

"

Tl=204

"

 

 

C=12

Si=28

"

Sn=118

"

Pb=207

"

 

 

N=14

P=31

As=75

Sb=122

"

Bi=208

"

 

 

O=16

S=32

Se=78

Te=125?

"

"

"

 

 

F=19

Cl=35.5

Br=80

I=127

"

"

"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Grupo 1

Grupo 2

Grupo 3

Grupo 4

Grupo 5

Grupo 6

Grupo 7

Grupo 8

 

 

H

 

"

 

"

 

"

 

"

 

"

 

"

 

"

 

Li

 

Be

 

B

 

C

 

N

 

O

 

F

 

 

 

 

 

Na

 

Mg

 

Al

 

Si

 

P

 

S

 

Cl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fe

Co

 

K

 

Ca

 

"

 

Ti

 

V

 

Cr

 

Mn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ni

Cu

 

 

(Cu)

 

Zn

 

"

 

"

 

As

 

Se

 

Br

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ru

Rh

 

Rb

 

Sr

 

?Yb

 

Zr

 

Nb

 

Mo

 

"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pd

Ag

 

 

(Ag)

 

Cd

 

In

 

Sn

 

Sb

 

Te

 

I

 

 

 

Cs

 

Ba

 

?Dy

 

?Ce

 

"

 

"

 

"

 

 

 

 

 

"

 

"

 

"

 

"

 

"

 

"

 

"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Os

Ir

 

"

 

 

 

?Er

 

?La

 

Ta

 

W

 

"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pt

Au

 

 

(Au)

 

Hg

 

Tl

 

Pb

 

Bi

 

"

 

"

 

 

 

"

 

"

 

"

 

Th

 

"

 

U

 

"

 

"

"

 

Tabla 6. Tabla de Mendeleiev de 1879.

 

En la época en que Mendeleiev presentó sus tablas no se conocían los llamados Gases Nobles  (elementos  que  fueron  descubiertos gracias al invento del espectroscopio realizado por los maestros de Mendeleiev en Heidelberg, Bunsen y Kirchhoff); su descubrimiento, que en un principio pareció perturbar al sistema periódico, no vino sino a reafirmar las correlaciones existentes y la teoría de la valencia.

 

A fines del siglo pasado se descubrieron algunos elementos de peso molecular bajo que de acuerdo con sus propiedades no podían ser incorporados en ninguno de los grupos de la tabla de Mendeleiev. A estos elementos se les llamó gases nobles[1], porque al parecer no podían combinarse con otros átomos para formar compuestos es decir, eran inertes desde el punto de vista químico. Entonces, ¿cuál era su valencia?; su valencia sería cero, ya que su capacidad para combinarse con otros átomos es nula. Si se incorporan estos elementos (de acuerdo con su peso atómico) al sistema periódico, se obtiene un nuevo grupo (ver figura 5) y la secuencia de las valencias sería ahora 1,0,1,2,3,4,3,2,1,0,1,2...etc., lo que respeta la periodicidad y aún más, mejora la secuencia de las valencias.

 

El descubrimiento de los gases nobles incorpora una de las excepciones a la ley periódica en función de los pesos atómicos. El argón (Ar), un gas noble, tiene un peso atómico de 39.948, en tanto que el Potasio (K) tiene un peso atómico de 39.102. Si respetáramos estrictamente el orden creciente de pesos atómicos, el Potasio quedaría en la secuencia antes que el Argón y esto lo haría aparecer en el grupo de los gases nobles; pero el Potasio no es un gas, es un metal muy reactivo con propiedades químicas parecidas al Sodio. Si violamos el principio de orden creciente de pesos atómicos y colocamos primero al Argón y después al Potasio, la periodicidad en las propiedades se mantiene.

 

Si añadimos a la tabla de Mendeleiev los gases nobles, obtenemos lo que durante muchos años fue la forma más común de presentar el sistema periódico, hoy prácticamente en desuso y que conocemos como Tabla Periódica Corta (Figura 5).

 

Figura 5. Tabla periódica corta de los años treinta.

 

Dimitri Ivanovich Mendeleiev murió el 20 de enero (2 de febrero en el calendario vigente) de 1907 en San Petersburgo a causa de una afección pulmonar.

 



[1] Para  conocer  la historia del descubrimiento de los gases nobles veáse Asimov, I.; Los Gases Nobles, ed. Plaza & Janés, Barcelona, 1982.