Tabla periódica
Si has comenzado a estudiar química, es probable que ya hayas escuchado hablar acerca de los elementos químicos, sus propiedades y características. Además es posible que hasta te hayan recomendado tener tu propia tabla periódica para que siempre tengas a la mano la información de cada uno de los elementos.
Es por ello que en esta ocasión trataremos de explicarte en que consiste la tabla periódica, cuales son los datos que se reflejan en ella y para qué sirve.
¿Qué es la tabla periódica?
La tabla periódica es conocida como un esquema o sistema periódico, que muestra la estructura y disposición de todos los elementos químicos, de acuerdo a una ley de periodicidad. Te vamos a explicar de qué se trata y qué significados ha tenido a lo largo de la historia.
Esto quiere decir que se organizan de acuerdo a las propiedades de los elementos, sobre todo en función periódica de sus números atómicos.
En esta herramienta gráfica se representan todos los elementos organizados en orden creciente de sus números atómicos.
Se llama periódica porque después de un periodo (cierto número de casillas) los elementos se agrupan en una nueva fila y se van formando columnas, denominadas grupos o familias, donde se sitúan los elementos que poseen propiedades químicas parecidas.
Es por ello que a la izquierda se encuentran los metales ligeros, en el centro los metales pesados y a la derecha los elementos no metálicos.
La primera tabla periódica fue publicada en el año 1869, fue realizada por el químico ruso Dmitri Mendeléyev donde logró organizar los 63 elementos conocidos para ese momento.
Desde ese momento se comenzó a trabajar de manera más organizada con los elementos, y hasta la actualidad se han seguido organizando de esta manera periódica.
Historia de la tabla periódica de los elementos
Para conocer un poco los antecedentes de la tabla periódica analicemos un poco su historia.
Los primeros intentos en sistematizar la distribución de los elementos químicos comenzaron en 1789 por el químico Antoine Lavoisier, cuando publicó una lista con 33 elementos químicos, agrupándolos en gases, metales, no metales y tierras.
A pesar de que fue una clasificación muy práctica y que todavía es funcional en la tabla periódica moderna, fue rechazada puesto que habían muchas diferencias tanto en las propiedades físicas como en las químicas.
En el siguiente siglo, los químicos continuaron buscando un esquema de clasificación que fuera más preciso.
Otros intentos para agrupar los elementos de acuerdo a las propiedades similares y relacionarlos con sus pesos atómicos, los realizó el químico alemán Johann Wolfgang Döbereiner, pues en el año 1817 expresó abiertamente la similitud que existía entre las propiedades de ciertos grupos de tres elementos, con una leve variación del primero al último.
Diez años después manifestó la existencia de otros grupos en los que se daba la misma relación (cloro, bromo y yodo; azufre, selenio y telurio; litio, sodio y potasio).
A estos grupos de tres elementos se les llamó tríadas, una característica principal de las triadas es que al clasificarlas, Döbereiner logró exponer que el peso atómico promedio de los pesos de los elementos extremos, es similar al del elemento en el medio.
Finalmente esto se estableció como la ley de Tríadas, entonces, para la tríada por ejemplo de cloro-bromo-yodo, cuyos pesos atómicos son 36, 80 y 127 respectivamente, el promedio es 81, que es aproximadamente 80 el peso del bromo.
Luego el químico alemán Leopold Gmelin siguió trabajando con este sistema y en el año 1843 había logrado identificar diez tríadas, tres grupos de cuatro, y un grupo de cinco.
Jean-Baptiste Dumas publicó su trabajo en 1857 describiendo la relación existente entre los diversos grupos de metales. A pesar de que todos estos químicos fueron capaces de identificar las relaciones entre los pequeños grupos de elementos, aún no habían logrado construir un esquema que los abarcara a todos.
Mas adelante en el año 1857 el químico alemán August Kekulé observó que el carbono se encuentra normalmente unido a otros cuatro átomos, pues en su ultima capa tiene 4 electrones desapareados disponibles para formar un enlace covalente.
Este concepto mas tarde se conocería como electrones de valencia o valencia. Por ejemplo, el metano tiene un átomo de carbono y cuatro átomos de hidrógeno.
Aunque muchos no hablen al respecto, en el año 1862 De Chancourtois, geólogo francés, publicó una primera forma de tabla periódica que se llamó la «hélice telúrica» o «tornillo». Convirtiéndose en la primera persona que notó la periodicidad de los elementos.
Los dispuso en espiral sobre un cilindro por orden creciente de peso atómico, mostrando que los elementos con propiedades similares parecían encontrarse a intervalos regulares. Su tabla además incluyó algunos iones y compuestos.
También empleó términos geológicos en lugar de químicos y no incluía un diagrama, por lo que recibió poca atención hasta que apareció el trabajo de Dmitri Mendeléyev.
Para el año 1864 Julius Lothar Meyer, químico alemán, publicó una tabla que contenía 44 elementos organizados por valencia. Lo cual permitió demostrar que los elementos con propiedades similares normalmente compartían la misma valencia.
Para la misma época, William Odling (un químico inglés) publicó una especie de lista con 57 elementos ordenados en función de sus pesos atómicos. Pero presentaba algunas irregularidades o vacíos, sin embargo, notó cierta periodicidad en los pesos atómicos de los elementos y que esto coincidía con las agrupaciones que generalmente se les daba.
Como lo mencionamos anteriormente en el año 1869, el químico ruso Dimitri Mendeléyev presento una primera versión de la tabla periódica, pero el mismo año y de manera independiente, lo hizo también el alemán J. L. Meyer.
Sin embargo, la tabla periódica de Mendeléyev fue considerada como la primera presentación coherente de las similitudes en las propiedades de los elementos.
Pues este químico se dio cuenta de que si clasificaba las sustancias de acuerdo a sus masas atómicas se apreciaba una periodicidad de acuerdo a ciertas propiedades de los elementos.
La primera tabla contenía los 63 elementos que se conocían para la fecha y se clasificaron verticalmente.
Posteriormente, el químico representó los elementos de la misma familia en agrupaciones horizontales, además consiguió predecir las propiedades químicas de tres de los elementos que faltaban a partir de las propiedades de los cuatro elementos vecinos.
La idea de crear la tabla periódica fue para organizar las series químicas ya conocidas dentro de un esquema coherente.
Desde el punto de vista estructural, la distribución de los elementos se basa en la idea de que los elementos de un mismo grupo presentan la misma configuración electrónica en su capa más externa.
Debido a que el comportamiento químico del elemento, depende en gran parte de las interacciones de los electrones de la última capa, se logró establecer que los elementos de un mismo grupo tienen similares propiedades físicas y químicas.
A pesar de que la clasificación de Mendeléyev marcó un gran progreso, contenía algunos errores normales para la época en cuanto a la determinación de la masa atómica.
Sin embargo, la tabla periódica de los elementos químicos actual es una versión modificada de la de Mendeléyev y se encuentra apoyada en los aportes que realizó posteriormente el químico suizo Alfred Werner.
Lo que si es cierto es que la historia de la tabla periódica se encuentra muy relacionada con diferentes aspectos del desarrollo de la química y la física como:
• El descubrimiento de los elementos químicos.
• El estudio de las propiedades comunes, los cuantitativos y clasificación de los elementos.
• El concepto de masa atómica (inicialmente llamada peso atómico) y, posteriormente la definición de número atómico.
• Las relaciones entre la masa atómica, el número atómico y las propiedades periódicas de los elementos.
• El descubrimiento de nuevos elementos.
Descubrimiento de los elementos
A pesar de que algunos elementos metálicos como el oro (Au), la plata (Ag),el cobre (Cu), el plomo (Pb) y el mercurio (Hg) ya eran conocidos desde la antigüedad, en realidad el primer descubrimiento científico de un elemento se manifestó como tal en el siglo XVII, cuando el alquimista Henning Brand descubrió formalmente el fósforo (P).
Durante el siglo XVIII se conocieron muchos nuevos elementos, ubicándose dentro de los más importantes los gases, a través del desarrollo de la química neumática: oxígeno (O), hidrógeno (H) y nitrógeno (N).
A principios del siglo XIX, el uso de la pila eléctrica para estudiar los fenómenos químicos permitió el descubrimiento de nuevos elementos, como los metales alcalinos y los alcalinotérreos.
Ya para el año 1830 se conocían 55 elementos. Por otra parte, a mediados del siglo XIX, la invención del espectroscopio permitió el descubrimiento de nuevos elementos.
La mayoría de ellos nombrados de acuerdo al color de sus líneas espectrales características: el cesio (Cs, del latín caesĭus, azul), el talio (Tl, de tallo, por su color verde), el rubidio (Rb, rojo), entre otros.
Posteriormente en el siglo XX, la investigación en los procesos radioactivos ocasiono el descubrimiento de una serie de elementos pesados, sobre todo sustancias artificiales que fueron sintetizados en un laboratorio, con periodos de vida estable muy cortos.
Esto sucedió así hasta alcanzar la cifra de 118 elementos de la tabla periódica establecidos, con denominación oficial y que fueron aceptados por la IUPAC en noviembre de 2016.
Los elementos y las propiedades periódicas
La palabra «elemento» tiene su origen en la ciencia griega, sin embargo, su noción moderna se manifestó a lo largo del siglo XVII.
Algunos autores mencionan que el primero en hacer referencias acerca de los elementos fue Robert Boyle en su famosa obra «El químico escéptico», donde llama elementos a “ciertos cuerpos primitivos y simples que no están formados por otros cuerpos, ni unos de otros, y que son los ingredientes de que se componen inmediatamente y en que se resuelven en último término todos los cuerpos perfectamente mixtos”.
Realmente, esa frase se muestra en el contexto de la crítica de Robert Boyle a los cuatro elementos aristotélicos.
A lo largo del siglo XVIII, las tablas de afinidad lograron recoger una nueva manera de comprender la composición química de los elementos, tal y como aparece claramente expuesto por Lavoisier en su obra Tratado elemental de química.
Esto permitió aclarar cuales sustancias de las conocidas hasta ese momento eran realmente elementos químicos, cuáles eran sus propiedades y cómo se podían aislar.
Ley periódica
Esta ley es la base de la tabla periódica completa y es la que establece que las propiedades físicas y químicas de los elementos tienden a repetirse de forma sistemática a medida que incrementa el número atómico.
Es por ello que todos los elementos de un mismo grupo presentan una gran semejanza y generalmente, difieren de los elementos que se encuentran en los demás grupos.
Clasificación de los elementos en la tabla periódica actual
El procedimiento empleado para clasificar los elementos en la tabla periódica, de acuerdo a su número atómico y el comportamiento químico de los mismos, llevó a que se dividiera en 7 renglones horizontales que se conocen como “períodos”, y que corresponden a cada una de las 7 capas o niveles de energía atómica: K, L, M, N, O, P, Q.
Por otra parte, el número de columnas verticales que se observan, se denominan “grupos”: I, II, III, IV, IV, VI, VII y VIII.
Cabe destacar que para que los elementos con propiedades semejantes puedan encontrarse unos debajo de otros, cada uno de los grupos se ha dividido en 2 subgrupos, a los que se les designa con la letra A y B.
Finalmente se encuentra “grupo O” que es un grupo aparte donde se encuentran los gases nobles, que tienen como característica común que su última capa orbital se encuentra llena, es decir, sin electrones desapareados, por lo que no reacciona con facilidad.
Realmente la importancia de la tabla periódica radica en determinar:
• Número atómico.
• Masa atómica.
• Símbolo.
• Actividad Química.
• Características del elemento por su grupo y período.
• Tipo o forma del elemento (gas, líquido, sólido, metal o no metal).
Para que comprendas mejor la información a continuación te mostramos a detalle los grupos y periodos de la tabla periódica:
Períodos
- Primer período: su capa característica es la K y posee únicamente 2 elementos (H y He).
- Segundo período: considera la estructura de los átomos hasta la capa L y se le conoce como un período corto por tener solo 8 elementos.
- Tercer período: su última capa es la M y también es un período corto de 8 elementos.
- Cuarto período: su capa característica es la N y contiene 18 elementos.
- Quinto período: su capa característica es la O y también contiene 18 elementos.
- Sexto período: su capa característica es la P y contiene 32 elementos.
- Séptimo período: su capa característica es la Q y contiene 19 elementos. Es la última capa orbital posible de un elemento.
Grupos y familias
Respecto a los grupos y familias encontramos los siguientes:
- Grupo IA: comprende los metales alcalinos: litio, sodio, potasio, rubidio y cesio. Su número de valencia es +1.
- Grupo IIA: comprende los metales alcalinos-térreos: berilio, magnesio, calcio, estroncio, bario y radio. Su número de valencia característico es +2.
- Grupo IIIA: comprende los metales térreos: boro y aluminio. Su número de valencia típico es +3.
- Grupo IVA: los elementos de este grupo se conocen como la familia del carbono, los primeros son dos no metales (carbono y silicio) y los tres últimos son metales (germanio, estaño, y plomo). Sus valencias más comunes son +2 y +4.
- Grupo VA: los elementos de este grupo se conocen como la familia del nitrógeno: se encuentran el nitrógeno y fósforo (no metales), arsénico, antimonio y bismuto (metales). Sus números de valencia más comunes son: +1,+3,+5,-1 y -3.
- Grupo VIA: los elementos de este grupo se conocen como la familia del oxígeno: oxígeno, azufre, selenio y teluro (no metales). Sus valencias más comunes son: -2, +2, +4 y +6.
- Grupo VIIA: los elementos de este grupo se conocen como la familia de los halógenos: flúor, cloro, bromo y yodo. Son no metales y sus valencias son: -1, +1, +3, +5 y +7.
- Grupo IB al VIIB: los elementos de estos grupos son los elementos de transición: todos son metales, entre los que destacan: níquel, cobre, zinc, oro, plata, platino y mercurio. Su número de valencia varía de acuerdo al elemento.
- Grupo VIII: en cada período abarca 3 elementos: fierro, cobalto y níquel; rutenio, rodio y paladio; osmio, iridio y platino. Sus números de valencia varían de acuerdo al elemento.
- Grupo VIIIA u O: son los gases nobles: helio, neón, argón, kriptón, xenón y radón y su número de valencia es 0.
Para comprender mejor la información puedes analizar mejor la estructura o esqueleto de la tabla periódica, practicando y jugando con el orden de los elementos.
¿Cuántos elementos tiene la tabla periódica?
Actualmente la tabla periódica tiene 118 elementos clasificados de acuerdo a su número atómico y el resto de sus propiedades. Veamos con un poco más de detalle cuales son las característica más comunes de esos elementos.
Metales
De los 118 elementos de la tabla periódica actualizada, 94 son metales y generalmente se encuentran en la naturaleza combinados con otros elementos. El oro, la plata, el cobre y el platino se encuentran libres en la naturaleza.
Son elementos metálicos los de los siguientes grupos:
• Grupo IA: excepto el hidrógeno.
• Grupo IIA: todos.
• Grupo IIIA: excepto el boro.
• Grupo IVA: excepto el carbono y el silicio.
• Grupo VA: sólo el antimonio y bismuto.
• Grupo VIA: sólo el polonio.
El oro nativo, también es un ejemplo de los elementos metálicos.
Por otra parte, a todos los elementos que se encuentran en los grupos B, se les conoce como metales de transición. Algunas de las propiedades físicas de estos elementos son:
No metales
Son aquellas sustancias que no tienen propiedades metálicas, por ejemplo la molécula de agua está formada por 2 elementos no metálicos.
22 elementos dentro del sistema periódico son no metales y se encuentran en los grupos:
• Grupo IA: hidrógeno.
• Grupo IIA: ninguno.
• Grupo IIIA: boro.
• Grupo IVA: el carbono y el silicio.
• Grupo VA: nitrógeno, fósforo y arsénico.
• Grupo VIA: todos, excepto el polonio.
• Grupo VIIA: todos.
• Grupo VIIIA: todos.
Gracias a sus propiedades químicas se dividen en 2 grupos: los gases nobles y los no metales.
Características de los gases nobles:
• Son muy estables.
• Difícilmente reaccionan para formar compuestos con otros elementos.
• Son malos conductores de calor y electricidad.
• Son moléculas monoatómicas.
• Su última capa de electrones se encuentra completamente llena.
Características de los no metales:
• Sus átomos tienen en la última capa 4, 5, 6 o 7 electrones disponibles para formar enlaces.
• Aceptan electrones en su última capa, formando iones negativos.
• Son moléculas diatómicas.
• Pueden formar sales en combinación con los metales.
• Pueden formar con el oxígeno, los anhídridos y con el hidrógeno los hidruros.
• Algunos elementos son alotrópicos.
Propiedades Periódicas
Dentro de las propiedades atómicas más conocidas se encuentran el radio atómico, energía de ionización, afinidad electrónica y la electronegatividad.
Radio atómico: se define como la distancia que hay desde el centro del núcleo del átomo hasta el electrón más externo del mismo. El incremento del radio atómico se relaciona con el aumento de protones y los niveles de energía.
Es normal que al observar la tabla periódica encuentres que el radio atómico de los elementos incrementa de arriba hacia abajo con respecto al grupo que pertenece, mientras que disminuye de izquierda a derecha.
Energía de ionización: se define como la cantidad de energía necesaria para desprender un electrón a un átomo gaseoso en su estado basal. En los elementos de cada período, la primera energía de ionización aumenta con el número atómico, mientras que dentro de un mismo grupo disminuye conforme el núcleo atómico aumenta.
Es decir, la energía de ionización disminuye dentro de una familia o grupo siempre que el tamaño del átomo aumente.
Afinidad electrónica: es la energía que desprende un átomo cuando éste capta un electrón. En la tabla periódica aumenta en los grupos de abajo hacia arriba y de izquierda a derecha.
Electronegatividad: es la medida en que un átomo atrae electrones cuando forma parte de un enlace químico. La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha y de abajo hacia arriba.
Generalmente se suelen confundir los términos afinidad electrónica y la electronegatividad, pero estos no son iguales, puesto que el primero se refiere a la atracción de un átomo sobre un electrón aislado y el segundo es la medida de la atracción que ejerce ese átomo sobre uno de los electrones que forman parte de un enlace que comparte con otro átomo.
Imágenes de la tabla periódica
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