Medeleiev y la Tabla Periódica - una creación viva... 100 años después después de su fallecimiento

Alberto Uribe Correa Rector Margarita Berrío de Ramos Vicerrectora de Extensión Frank Uribe Álvarez Decano Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Nora Eugenia Restrepo Sánchez Directora Instituto de Química Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Edison Darío Neira Palacio Decano Facultad de Comunicaciones

MENDELÉIEV Y LA TABLA PERIÓDICA UNA CREACIÓN VIVA...

100 AÑOS DESPUÉS DE SU FALLECIMIENTO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES María Victoria Alzate Cano Texto original FACULTAD DE COMUNICACIONES Edilson Bustamante Ospina Coordinación de la publicación Juan Carlos Luján Sáenz Diego Alexander Agudelo Gómez Corrección de estilo Alexander Rojas Moreno Diseño y diagramación Gente Visual Publicitaria Impresión Medellín, agosto de 2007 © Todos los derechos reservados 2007.

El Hidrógeno es el componente principal de las estrellas y planetas con atmósfera gaseosa.

CONTENIDO 1.

INTRODUCCIÓN

3

2.

BREVE BIOGRAFÍA 2.1 Obra científica 2.2 La ciencia y la enseñanza de la química 2.3 Científico y ciudadano ruso

7 7 10 11

3.

UNA PERSPECTIVA DE PROGRESO CONCEPTUAL 13

3.1 Introducción 13

3.2 Ley de periodicidad de la masa atómica y de las

propiedades químicas y físicas 14

3.3 Ley de periodicidad del número atómico y de las

propiedades químicas y físicas 18

3.4 Ley de periodicidad del número atómico y de la

estructura electrónica de los átomos 20

3.5 Ley de periodicidad del núcleo atómico 23 4.

ESTRUCTURA DE LA TABLA PERIÓDICA Y LEY DE PERIODICIDAD 4.1 Introducción 4.2 Representación corta y larga del sistema periódico 4.3 Principios de periodicidad 4.3.1 Periodicidad vertical 4.3.2 Periodicidad horizontal 4.3.3 Periodicidad diagonal 4.3.4 Principio de singularidad

25 25 25 29 29 30 32 33

5.

PERIODICIDAD DE PROPIEDADES

35

6.

A MODO DE CONCLUSIÓN

37

El Helio se emplea para el llenado de globos y dirigibles, como lĂ­quido refrigerante de materiales superconductores criogĂŠnicos y como gas envasado en el buceo a gran profundidad.

1. INTRODUCCIÓN “Por lo visto, el futuro no amenaza a la ley periódica con destruirla, lo único que le presagia es añadiduras y desarrollo…”

D. I. Mendeléiev, 10 de julio de 1905

El

Centenario del Fallecimiento de Dmitri Ivánovich Mendeléiev (1834-1907) es un motivo para la reflexión acerca de la vida y obra de este científico y de su creación principal: la Tabla Periódica, llamada por él “Ensayo de un sistema de los elementos basado en su peso atómico y el parecido químico”1, título que le otorgó en su primer intento, ocurrido el 17 de febrero de 1869 cuando compuso la primera variante del sistema de los elementos. En esa ocasión escribió en distintas tarjetas las denominaciones de todos los elementos conocidos en aquel tiempo (63), sus pesos atómicos, sus propiedades químicas y físicas, y las propiedades de sus compuestos, documentos que dispuso en distinta secuencia de acuerdo con los pesos atómicos y las características antes enunciadas.

Una profunda concepción con un alto grado de intuición y gran astucia, unida a la similaridad y a la diferencia de las propiedades y su relación con la masa atómica, guiaba a Mendeléiev a la construcción de una relación cruzada de la masa atómica y las propiedades químicas, traducidas éstas al concepto de valencia química.

Mendeléiev pudo concebir por medio de la intuición, la astucia y la sistemática de conocimiento químico, de acuerdo con la lógica aristotélica, que en un grupo no podían estar elementos de propiedades disímiles, ni 1

crearse interrupciones, y dejó los espacios en blanco para los que él consideraba que deberían ser. En conclusión, pareciera que una lógica implícita de la dialéctica de la continuidad y la discontinuidad de las propiedades guiaba al científico ruso en la construcción de la Tabla Periódica.

Mendeléiev, en una actividad mental permanente y en un trabajo arduo durante un largo período de tiempo, interactuaba con su familia y se desempeñaba como profesor de Química con grupos de alumnos que le acompañaban en el avance de sus proyectos al lado de campesinos y artesanos. Así mismo, con científicos de Rusia y de otros países de Europa, participaba de congresos y publicaba artículos y textos en los cuales planteaba sus aportes al conocimiento químico.

En ese devenir, el 1 de marzo de 1869, Mendeléiev envió el “Ensayo de un sistema de los elementos basado en su peso atómico y el parecido químico”, impreso en forma de tabla, a un número amplio de científicos rusos y extranjeros, siendo ésta la primera ilustración gráfica de la Ley Periódica. Para el 6 de marzo de1869, el ensayo fue leído en la sesión de la Sociedad Química Rusa.

Petriánov, I. V., Trífonov, D. N., 1981, La Magna Ley, Editorial Mir, Moscú, pág. 11.

El Litio es un componente común en las aleaciones de Aluminio, Cadmio, Cobre y Manganeso empleadas en la construcción aeronáutica, y se ha empleado con éxito en la fabricación de cerámicas, lentes y baterias.

Dos años y medio después, y hasta diciembre de 1871, Mendeléiev se dedicó a la elaboración de su creación científica, y en los años siguientes, hasta su fallecimiento, estuvo siempre en el permanente debate que cuestionaba el sistema de los elementos e interactuaba con los numerosos y nuevos descubrimientos que validaban su creación y, en particular, aquellos que confirmaban sus predicciones y ampliaban el espectro de los elementos a más de 63.

El sistema periódico de los elementos, creado por Mendeléiev, aporta también la metodología científica traducida al arte de clasificar en Química y poco reconocida en el ámbito de los métodos científicos. La Tabla Periódica se constituye en uno de los eventos trascendentales en las clasificaciones científicas, al crear una sistemática cruzada, fundamentada en la sistematización de dos variables: la masa atómica y la valencia [propiedades químicas (de modo principal) y físicas]. Esta metodología ha contribuido a la creación moderna de los sistemas científicos de clasificación química de sustancias y abrió la puerta a las actividades mentales de la inferencia y la predicción en Química para clases de sustancias.

Esta metodología, como afirma Schummer2 (1998, 13), permite un sistema de conceptos que posibilita a los químicos hablar de las sustancias químicas sin ambigüedades y sutilmente diferenciadas, hacer inferencias y predicciones acerca de una sustancia, abrir los ojos a la diversidad de fenómenos químicos y de esta manera impide actuar a ciegas, de modo unilateral y hacer sobresimplificaciones. La metodología científica de Mendeléiev para la construcción y verificación del sistema periódico de los elementos y la ofrecida en varios de los desarrollos posteriores, está lejos de parecerse a algunos otros métodos científicos propios de la

Física y las Matemáticas y aún de la Biología. Sea esta conmemoración una oportunidad para reconocer la diversidad de métodos y creaciones científicas.

En los 100 años siguientes al fallecimiento de Mendeléiev, numerosos progresos científicos y tecnológicos enriquecen el sistema periódico de los elementos, en particular la creación del número atómico (Z) en 1912 por H. Moseley (1887-1915) que sustituye a la masa atómica y, en relación con la valencia química (planteada por Mendeléiev para referirse a propiedades químicas), se constituyen en las dos características que en una relación cruzada estructuran el sistema periódico en la forma hoy conocida.

Los progresos también dan cuenta de la ampliación del número de elementos, del trascender de lo natural a la síntesis y a la nucleosíntesis artificial, del conocimiento de nuevas y variadas propiedades químicas y físicas, de la irrupción de los modelos atómicos electromagnéticos y mecano-cuántico con la estructura electrónica de los átomos, y de las numerosas y diversas ilustraciones gráficas de la Tabla Periódica publicadas a lo largo del tiempo. En los últimos años, las investigaciones en el campo de la topología del sistema periódico3 profundizan en la similaridad y la diferencia de las propiedades de metales, semimetales y no metales, y parecen evidenciar modelos ya establecidos y las relaciones de singularidad y diagonalidad en la Tabla Periódica.

También estas investigaciones apuntan a que el conjunto de las sustancias químicas parece ser más bien un espacio topológico en el cual son muy importantes las relaciones de pertenencia a una clase, de vecindad y de relación jerárquica de clases, espacios que se constituyen en un sistema de gran capacidad predictiva.

P Schummer, Joachim, 1998, The Chemical core of Chemistry I: A Conceptual Approach, HYLEInternational Journal for Philosophy of Chemistry, 4, 2, 1-32.

3 Restrepo, G., Mesa, H., Llanos, E., y Villaveces, J. L., 2004, Topological Study of the Periodic System, J. Chem. Inf. Comput. Sci, 44, 68-75

2

Las formas preciosas del Berilo son el aguamarina y la esmeralda.

En la actualidad, en el campo de la enseñanza y el aprendizaje de la Química, el sistema periódico de los elementos químicos es común a nosotros como un formato en el que se lee, de modo mecánico, información relativa a una diversidad de propiedades, sin la racionalidad de la diferencia y la similaridad y muy lejos de la esencia de la estructura de la Tabla Periódica.

La enseñanza de la Química, parece ser, está lejos de la Ley Periódica y lo que ésta implica como relaciones de periodicidad horizontales, verticales, de singularidad y diagonalidad y de diferenciar y relacionar los conceptos de elemento, átomo, sustancia simple, sustancia compuesta, combinación química y mezcla.

Parece ser que la práctica educativa está distanciada del legado de Mendeléiev y de sus desarrollos posteriores, de ese hacer científico y pedagógico que, 100 años después, amerita la reflexión de la obra de tan insigne científico y una aproximación a la conceptualización de la estructura de la Tabla Periódica y a su inserción y la del conocimiento químico en las más variadas actividades humanas.

Hoy, y como en las últimas décadas, la Ley Periódica ha sido el hilo conductor en la síntesis de materiales semiconductores y de otros nuevos y lo continúa siendo en la creación cada vez mayor, mediante procesos sintéticos, de nuevos materiales con aplicación en los más diversos campos de la vida humana. Es necesario entender cómo están relacionados entre sí los distintos elementos y por qué guardan precisamente esa relación.

Sólo en este caso el sistema periódico se convertirá en acervo riquísimo de información, de inferencia y de predicción sobre las propiedades de los elementos y sus compuestos. De este modo las palabras de Mendeléiev4 “Por lo visto, el futuro no amenaza a la ley periódica con destruirla, lo único que le presagia es añadiduras y desarrollo…” son una realidad presente y parece que también apuntan hacia el futuro.

La presente cartilla se inscribe en los eventos conmemorativos del Centenario del Fallecimiento de Dmitri Ivánovich Mendeléiev y tiene el propósito de acercar la comunidad educativa, en particular a los docentes, a la conmemoración, a la construcción con sentido y al conocimiento de la esencia de la Tabla Periódica. Es un reto para profesores y estudiantes el conocimiento de la Ley Periódica o sistema periódico de los elementos químicos, más allá de la ilustración gráfica de un formato de la Tabla Periódica, tan necesario en cursos de Ciencias Naturales y de Química.

Petriánov, I. V., Trífonov, D. N., 1981, La Magna Ley, Editorial Mir, Moscú, pág. 152.

4

El compuesto de Boro de mayor importancia económica es el bórax que se emplea en grandes cantidades en la fabricación de fibra de vidrio aislante o pirex.

El Carbono combinado con el Hidr贸geno forma combustibles f贸siles como el petr贸leo y el gas natural.

2. BREVE BIOGRAFÍA “El más penetrante de todos los espíritus, ante el cual se abrirán todas las posibilidades de inclinar, no los muros sino los planetas, es el espíritu de indagar la libertad humana…”.

D. I. Mendeléiev

Dmitri Ivánovich Mendeléiev 1834-1907 2.1

Obra científica

El

científico Dmitri Ivánovich Mendeléiev fue un profesor y un ciudadano ruso que vivió en una época convulsionada por los movimientos sociales y políticos, y erosionada por los avances científicos que conducían a nuevas formas de pensamiento y del hacer social. Nació en Rusia, en el pequeño pueblo de Tobolsk (Siberia), el 8 de febrero de 1834. Hijo de Ivan Pavlovich y Maria Dmitrievna Mendeléiev, fue el más joven de 17 hijos. Su padre fue director de la escuela secundaria local y su madre, a pesar de no haber ido a la universidad, estudió por su cuenta con los documentos que utilizaron sus hermanos que sí asistieron a ésta.

En 1841, a los siete años, Mendeléiev ingresó a la academia en Tobolsk, allí mostró gran habilidad intelectual y su inclinación por estudiar ciencias, además de una gran fascinación por las Matemáticas, la Física y la Geografía. Desde muy temprano, Mendeléiev se relacionó con los materiales y sus modificaciones, y en 1847, al quedar ciego su padre, se vinculó a la fábrica de vidrio que su madre puso a funcionar.

En 1850, Mendeléiev viajó con su madre a San Petersburgo, ciudad en la cual fue admitido a la Facultad

de Física y Matemáticas del Instituto Pedagógico, institución que lo graduó de profesor en 1855 y lo calificó como el mejor estudiante del año, motivo por el cual fue condecorado. Durante este período, en 1854, publicó su primer artículo científico “Análisis químico de las ortitas de Finlandia”. En medio de problemas familiares y de salud, continuó estudios de maestría y, en 1856, defendió su trabajo de grado de maestría titulado “Investigación y teorías acerca de la expansión de las sustancias con el calor”.

En 1859 fue designado por el Ministro de Instrucción Pública de su país para realizar investigaciones y estudios relacionados con el desarrollo de innovaciones científicas y tecnológicas. Por esa misma época le fue concedida por el gobierno ruso una ayuda económica para ampliar sus estudios de Química en París (Francia) y en Heildelberg (Alemania), entre 1859 y 1861. Durante esta estadía participó en el Primer Congreso Internacional de Química en Karlsruhe (Alemania, 1860), famoso por el debate planteado acerca de la hipótesis molecular y por la ponencia de S. Cannizzaro (1826-1910) sobre su trabajo con los pesos atómicos, el cual condujo poco después a la diferenciación entre átomo y molécula y permitió a Mendeléiev la adquisición del conocimiento sobre la sistemática de los pesos atómicos.

En París estudió con V. Regnault (1810-1878) las densidades de los gases, y en Heidelberg trabajó con R. Bunsen (1811-1899) y G. R. Kirchoff (1824-1887) en el desarrollo de un espectroscopio. También adelantó

La fuente principal de Nitrógeno en la forma N2(g) es la atmósfera terrestre que lo contiene 78% en volumen.

estudios de capilaridad y tensión superficial que dejaron como resultado su teoría del“Punto de ebullición absoluto”, conocida actualmente como temperatura crítica.

En 1863, después de una fructífera carrera en investigación y de la publicación de la primera edición de su texto “Química Orgánica”, Mendeléiev fue nombrado profesor de Química en el Instituto Tecnológico de San Petersburgo y, en 1866, llegó a ser profesor de Química en la universidad de esta ciudad con la cátedra de Química general (inorgánica). El científico alcanzó su doctorado en ciencias con el trabajo titulado “De las combinaciones del agua con el alcohol”.

Mendeléiev, en los años previos a la creación de la Tabla Periódica (1869), desarrolló una vida muy activa que ligaba su ejercicio docente y su producción académica con los campesinos de Boblovo (1865), donde demostró que se podía desarrollar la agricultura sobre bases científicas.

Luego, con la visita a la ciudad de Bakú en 1867, estableció la industria petrolera en dicha región. Estas actividades estuvieron integradas a su participación activa en la fundación de la “Sociedad Rusa de Química” en 1868.

A finales de este año fue publicada la primera parte de su libro “Principios de Química”, basado en la teoría de los tipos de C. Gerhardt (1816-1856), teoría que reconocía no sólo el valor de clasificar en Química, sino también el de la predicción en las reacciones químicas, además de acercarse a la teoría estructural y al concepto de valencia química. Es de destacar el reconocimiento de Mendeléiev5 a Gerhardt en el prefacio de la séptima edición (1903) de “Principios de Química”:

“Tras haber sido un insignificante pero celoso trabajador de la Química durante casi medio siglo, desearía que mi libro retuviera algunas trazas de cómo un fervoroso discípulo de Gerhardt contempla los problemas de la teoría de los elementos químicos al comienzo del siglo veinte”.

A nuestro parecer, a finales de 1868, Mendeléiev reunía lo principal del conocimiento químico para su creación: la sistemática de los pesos atómicos (hoy masa atómica) de S. Cannizaro (1826-1910) y la posibilidad de predecir reacciones químicas y relaciones de combinación química, conocimiento que alternaba con su firme convicción acerca de que él se creaba en el ejercicio de una sistemática racional de los datos empíricos. La segunda parte de los “Principios de Química” fue publicada en 1871 y en ella expuso su sistema de elementos químicos.

A partir de la década de 1870, Mendeléiev vivió activamente el descubrimiento de aquellos elementos predichos por él: del galio por métodos espectroscópicos, a cargo de L. Boisbaudram (1838-1912); del escandio por I. F. Nilson (1840-1889), utilizando el método anterior, y del aislamiento del germanio por k. A. Winkler (1838-1904).

Con el descubrimiento de los gases nobles: neón, kriptón y xenón en 1900 por W. Ramsay (1852-1916), aceptó la existencia del grupo de los gases inertes6, el cual no había considerado, y visitó en 1902 los laboratorios de los esposos M. Curie (1867-1934) y P. Curie (1859-1906),

Polo, Pascual, R., 2000, El profeta del orden químico Mendeléiev, 9/ Científicos para la historia, nivola Libros Ediciones, España, Pág. 101.

Hoy llamados gases nobles, dado que en ciertas condiciones pueden combinarse con otro elemento, en particular kriptón y xenón.

5 6

El Oxígeno constituye el 47% de la corteza terrestre, 89% de los océanos, y 1/5 del aire es O2(g)

El Flúor es esencial para la protección de los dientes. y de H. Becquerel (1852-1908) en París para estudiar la radiactividad e informarse de los descubrimientos de los nuevos elementos (uranio, radio, polonio y radón) por estos científicos.

No en vano, Mendeléiev en 1905 afirmó: “Por lo visto, el futuro no amenaza a la Ley Periódica con destruirla, lo único que le presagia es añadiduras y desarrollo…”

Los avances de la ciencia y la tecnología de su época aportaron el descubrimiento de nuevos elementos, lo cual verificaba sus predicciones y ampliaba el sistema de los elementos con el grupo de los gases nobles. Las ideas detractoras de su creación disminuyeron y la ley periódica salió avante a enfrentar los nuevos retos que le auguraba el futuro próximo con el descubrimiento del Núcleo Atómico, la vía de la Nucleosíntesis Artificial y la creación de la Mecánica Cuántica, retos de los cuales salió airosa y robustecida.

La vivencia personal del progreso de la Tabla Periódica condujo a Mendeléiev a la edición progresiva de su libro “Principios de Química” hasta la octava edición en 1906, publicaciones en las cuales incluía los nuevos descubrimientos y avanzaba en su pensamiento sobre el sistema de los elementos químicos. Estos avances los compartió en 1889 con los miembros de la Chemical Society de Londres en su conferencia “La Ley Periódica de los elementos químicos”, los cuales le merecieron la adjudicación de la “Medalla Faraday” en 1889 por la sociedad citada, nombrado “Miembro extranjero de la Royal Society” en 1890, y en 1894 “Doctor Honoris Causa” por las universidades de Oxford y Cambridge en EE.UU., país que visitó en 1876 con motivo de la asistencia a la “Exposición Industrial de Filadelfia” y el recorrido por los campos petrolíferos de Pensilvania.

Mendeléiev también fue reconocido con el nombramiento como “Director de la oficina de Pesas y Medidas” de Rusia en 1893, cargo que desempeñó hasta su muerte. Tal vez, el único premio que le faltó a Mendeléiev fue el Nobel de Química, que le fue negado por un voto en 1903.

La capacidad de Mendeléiev para integrar diversas áreas de la Química y de la industria; integrar investigación, docencia, industria y desarrollo, y su concepción de vida y del mundo, es manifestada en un conjunto de publicaciones de la época, entre las cuales se destacan los libros “Origen inorgánico del petróleo” (1876), “Tarifa razonada sobre el desarrollo de la industria Rusa” (1891), “Teoría de la industria ”(1900), ”Para conocer a Rusia” (1906), y la publicación de sus ideas sobre “Mi concepción del mundo” (1905), documento en el que plasmó sus ideas sobre el materialismo filosófico.

Esta breve y esquemática biografía, ampliada un poco en las siguientes páginas, da lugar a percibir el espíritu científico, social y político de Mendeléiev, su inquebrantable voluntad por la investigación humana hasta el final de su vida, al ocuparse no sólo de las publicaciones de sus resultados y avances en el conocimiento químico, sino también de problemas de gran importancia social e industrial, como el caso de la agricultura y el petróleo, y la inserción de éstos en el desarrollo industrial de Rusia. Mendeléiev abarcó el pensamiento filosófico y la educación con una visión aún más amplia y hacia el final de su vida, expresó sus ideas al respecto.

2.2

La ciencia y la enseñanza de la Química

Mendeléiev enfocó su vida a la enseñanza y la investigación. Fue un profesor dedicado a su trabajo científico y a sus estudiantes, además de ser un hombre que amaba a su país y a su gente.

Siempre fue de su gusto enseñar, de hecho, gran parte de su trabajo en el laboratorio, incluyendo el de la Tabla Periódica, lo desarrollaba con grupos de estudiantes luego de sus clases. Mendeléiev decía respecto a la enseñanza y a sus estudiantes:

“…Para mí fue una revelación, una improvisación hermosa, un estimulante al intelecto que dejó rastros profundos en mi desarrollo.”

Entre sus publicaciones más famosas están “Química Orgánica” y “Principios de Química”. La primera fue publicada en 1861 cuando tenía apenas 27 años. Con esta obra ganó la medalla Demidov, instalándose a la vanguardia de la educación química en Rusia, la cual mantuvo a lo largo de su vida con la publicación del libro “Principios de Química”, hasta la octava edición en ruso en 1906. En “Principios de Química”, Mendeléiev7 integraba sus dos grandes pasiones, la investigación científica y la docencia:

“Los Principios de Química es la más querida de mis criaturas. Contienen todo mi ser, mi experiencia de pedagogo y mis ideas científicas más íntimas”.

Mendeléiev, en cada edición, incluía nuevos datos científicos, en particular los relacionados con la verificación de la Ley Periódica; revisaba las dificultades de su sistema

y las ideas que lo contradecían. De modo creciente, incluía sesiones que trataban de la industria, la metodología y la filosofía química. Gracias al esfuerzo de Mendeléiev y a su libro “Principios de Química”, la Química llegó a ser una disciplina científica accesible a los estudiantes, los verdaderos destinatarios de su obra.

Mendeléiev no sólo trabajaba en ciencia en el salón de clase, sino que adonde quiera que fuera, el diálogo de las ideas, el planteamiento de problemas y las búsquedas de soluciones a éstos, estaban en el centro de la relación con las personas. Discutía muchas cuestiones y pensamientos con la gente durante sus largos viajes en tren, donde siempre iba en tercera clase junto a los campesinos. Tomando una taza de té compartía con ellos sus conclusiones acerca de la agricultura.

Mendeléiev8, en el trabajo con sus alumnos, no pretendía abrumarlos con cantidades de hechos, su pretensión fue la de orientarlos en la comprensión de los libros de Química y de otra literatura:

“No deseo abrumaros de hechos, sino que pretendo que seáis capaces de comprender los tratados de Química y otra literatura, para que podáis analizarlos, y de este modo, entender la química…”

La admiración que Mendeléiev tenía por las personas de su país era retribuida por ellas. En el tren, los campesinos lo buscaban para hablarle y en la universidad los estudiantes lo apreciaban, grupos enteros se aglomeraban en las salas de lectura para escucharlo hablar de Química, de las historias de sus viajes y de las relaciones que establecía con la Geología, la Biología, la Astronomía, la Metalurgia y la Agricultura, rama por la cual presentaba especial simpatía. Su conocimiento no se reducía a la Química, en la visión actual, podría afirmarse que Mendeléiev es Ibid, 97.

Ibid, 55.

7 8

Ne(g) a bajas presiones y excitado mediante corriente eléctrica emite luz anaranjada.

Su conocimiento no se reducía a la Química, en la visión actual, podría afirmarse que Mendeléiev es un verdadero ejemplo de interdisciplinariedad. Desarrolló metodologías y conocimientos para abordar problemas y sus posibles soluciones; esto lo hacía con sus alumnos y los implicaba en la confrontación con los mismos.

Desde su primera publicación científica en 1854, hasta sus últimos trabajos titulados “Un proyecto de escuela para maestros” y “Para conocer a Rusia”, Mendeléiev fue un maestro no sólo para sus alumnos en el Instituto Pedagógico y en la Universidad de San Petersburgo, sino también para grupos sociales de campesinos y obreros petroleros y metalúrgicos, con quienes se relacionó a lo largo de sus viajes y trabajos científicos.

2.3

Científico y ciudadano ruso

Para Mendeléiev la ciencia fue siempre la consideración más importante, pero a la vez pensaba que la ciencia podía ser expandida a las ramas de la política y la desigualdad social, y no temía expresar su punto de vista respecto a estos temas9:

“Es función de la ciencia descubrir la existencia de un reino general del orden en la naturaleza y encontrar las causas que lo gobiernan. Esto se asocia de igual modo a las relaciones del hombre – sociales y políticas- y al universo entero como un todo”.

policía que temía que condujera a los estudiantes a una sublevación. En esta conferencia manifestó10:

“He conseguido una libertad interior. No hay nada en el mundo que tema decir. Nada ni nadie puede hacerme callar. Es un buen sentimiento. Es el sentimiento de un hombre.

Quiero que vosotros tengáis también este mismo sentimiento- es mi responsabilidad ayudaros para que logréis esta libertad interior-. Soy una persona evolucionista y pacífica. Proceded de una manera lógica y sistemática”.

Toda su vida Mendeléiev fue testigo de un país en conflicto social y lleno de confusiones, así que cuando envejeció y se hizo aún más famoso, usó sus influencias en defensa de la libertad y contra la opresión11:

“El más penetrante de todos los espíritus, ante el cual se abrirán todas las posibilidades de inclinar no los muros, sino los planetas, es el espíritu de indagar la libertad humana. Creed únicamente en esto”.

Estos profundos pensamientos de orden y de igualdad, en un país con diferencias sociales profundas, además de su constante pensamiento de que la Química no tenía un principio central que la guiara, dejaron como resultado la creación de la Ley Periódica en 1869, pero también condujeron a su renuncia a la Universidad de San Petersburgo en 1890, en el momento en que también se desempeñaba como Consejero de Estado. Cuando decidió respaldar las reivindicaciones estudiantiles relacionadas con la democratización de la Universidad y sobre las disciplinas que estudiaban, presentándolas al Ministro de Instrucción Pública, éste negó las solicitudes de los estudiantes y le solicitó a Mendeléiev no involucrarse en los asuntos estudiantiles y en la política; Mendeléiev presentó su dimisión de la cátedra universitaria. Su última conferencia en la Universidad fue interrumpida por la

El Sodio se utiliza en la construcción de lámparas de vapor de sodio.

Ibid, 57.

Ibid, 58.

11 Ibid, 57.

9

10

Estas ideas impregnaron el espíritu de Mendeléiev e influyeron para que además de su decidida contribución al desarrollo de la Química y al trabajo con sus estudiantes, se dedicara también a trabajar en los avances tecnológicos de Rusia, en la búsqueda de mejorar la calidad de vida de las personas marginadas de su país. Muchas de sus investigaciones estaban relacionadas con la agricultura, el refinamiento del petróleo, el aislamiento de minerales y su metalurgia, entre otros.

Mendeléiev, desde muy temprano en su carrera, percibía que debía haber algún orden y una relación entre las masas atómicas y las valencias de los elementos.

Pasó más de treinta años de su vida en la recolección y sistematización de información, y estructurando las relaciones conceptuales que daban fundamento y validación a la Tabla Periódica, y en ello involucró a sus estudiantes, inicialmente con la idea de proporcionar una herramienta educativa y facilitar el aprendizaje de la Química. También profundizó en la inserción de su producción intelectual en la vida socio-económica de Rusia en un compromiso con los sectores más desfavorecidos de la población.

El polvo de Carbonato de Magnesio (MgCO3) es utilizado por los atletas como gimnastas y levantadores de peso para mejorar el agarre de los objetos.

3. UNA PERSPECTIVA DE PROGRESO CONCEPTUAL “Ninguna ley de la naturaleza, por general que sea, se ha establecido de una sola vez… El establecimiento de una ley…no tiene lugar cuando se forma la primera idea, o incluso cuando es reconocida, sino sólo cuando ha sido confirmada por los resultados de la experimentación”.

D. I. Mendeléiev

3.1

Introducción

La Química alcanzó con la Ley Periódica una idea central

en torno a la cual construirse como una nueva ciencia, lo que ha permitido a grupos de científicos avanzar a nuevos horizontes conceptuales y tecnológicos. Pocos años después del sistema de los elementos de Mendeléiev, éste se constituyó en lo que su creador estaba convencido, la conducción a grandes avances de la ciencia. Mendeléiev, inmerso en la época de la ciencia empirista y de los absolutos, visualizó las relaciones entres sustancias y entre clases de sustancias. Las primeras décadas del siglo XX irrumpieron con la ruptura de los absolutos, y no obstante el enorme alcance de los nuevos progresos, la relación periódica inicialmente creada por Mendeléiev continúa vigente como base de la Química moderna.

La Tabla Periódica se ha empleado para predecir las posibles propiedades de toda clase de combinaciones químicas, ha resultado extremadamente útil para la síntesis de nuevas y complejas drogas, y para la síntesis de materiales electrónicos y de los llamados nuevos materiales. Así mismo, ha contribuido de modo muy importante a develar la estructura de las proteínas y de la compleja molécula de la vida, el ADN. La Tabla Periódica, como la visualizó Mendeléiev, también constituía un universal. Ha contribuido a las teorías sobre el origen del universo. Los cosmólogos plantean que en los segundos posteriores al Big Bang, se progresó de la

aparición de partículas nucleares a la formación de los primeros átomos. Mendeléiev mostró cómo los átomos se traducen en la Tabla Periódica y el sistema periódico ha sido capaz de admitir casi el doble de elementos inicialmente organizados en una estructura axial o bidimensional que relacionaba masa atómica y valencia, y que hoy relaciona número atómico (Z) y valencia, relación que también se traduce a número atómico y electrones de valencia.

Es pertinente recordar que núcleo atómico se relaciona como protones (Z) y neutrones (N) y éstos como número másico A (A = Z + N), y que la lectura de A se traduce como la aproximación al entero más próximo a la masa atómica, así podemos apreciar por qué la estructura cruzada de la Tabla Periódica es incontrovertible, aún experimentados varios ajustes y reordenamientos durante aproximadamente un siglo, podemos valorar aun más la creación de Mendeléiev.

Este progreso en la perspectiva de la Tabla Periódica se inició a finales del siglo XVIII como una relación lineal simple y adoptó la estructura cruzada con capacidad predictiva con Mendeléiev. Esta sistemática es altamente relevante en Química y es el núcleo de la metodología científica centrada en la predicción por clasificación.

A continuación se presenta de modo abreviado lo que se considera como cuatro períodos de construcción y progreso conceptual de la Tabla Periódica, tiempos

El Aluminio se emplea en embalaje como papel de aluminio, latas, tetrabriks, etc.

El Silicio, en estado muy puro y con pequeñas trazas de elementos como el Boro, Fósforo y Arsénico constituye el material básico en la construcción de los chips de los ordenadores. relativos y cruzados que permiten visualizar, al modo lakatosiano, que el núcleo duro permanece firme y el cinturón protector se amplía y crece en complejidad.

Para una profundización al respecto se detallan las referencias12 anotadas en el pie de página.

3.2 Ley de Periodicidad de la masa atómica y de las propiedades químicas y físicas

Este período hace referencia a algunos de los primeros intentos de construir una sistemática acerca de una amplia cantidad de datos sobre aquello que se consideraba como el conjunto de sustancias fundamentales que organizaban la red de conocimiento químico, llamadas elementos químicos. Son los intentos de plantear un mínimo de variables, una o dos, que constituyeran los cimientos de la Química en la perspectiva de hallar el nexo entre los elementos y sus propiedades químicas y físicas. Este período comprende dos etapas, una entre 1787 y 1868, y una segunda entre 1869 y 1913.

La primera etapa se caracteriza por la construcción inicial de estructuras lineales y luego cruzadas (relacionar dos características) que no alcanzaron a constituirse en Ley de Periodicidad.

Comprende los trabajos de A. Lavoiser (1743-1789), A. Fourcroy (1755-1809), C. L. Berthollet (1784-1882) y L. Guyton (1737-1816), quienes en 1787 ordenaron en forma lineal las 33 sustancias simples13 conocidas a la época y definidas con base en ser productos últimos de reacciones de descomposición. Aceptadas las sustancias elementales, el problema consistía en la estructuración de su ordenamiento y la selección de las variables para su construcción. Los datos empíricos y su sistemática aportaban la masa atómica y la similaridad química como las variables a ser adoptadas y que persistieron en los posteriores intentos de construcción.

En 1817, J. W. Döbereiner (1780-1849) inició un orden sistemático de los elementos en triadas independientes. Agrupaba tres elementos por orden creciente de las masas atómicas y con similaridad química (Li, Na, K; Ca, Sr, Ba; Cl, Br, I; P, As, Sb; S, Se, Te).

P. Kramers elevó esta idea de las triadas a un orden cruzado, al considerar que ciertos elementos podían pertenecer a dos triadas perpendiculares entre sí, comparó los elementos en dos direcciones en el intento de construcción del sistema bidimensional como una relación cruzada de masa atómica y similaridad química.

Esta idea es el núcleo del trabajo de J. A. Newlands (1837-1898) en 1866, “Ley de las Octavas”, la cual expresaba un orden cruzado de las masas atómicas y la similaridad química cada ocho elementos: a partir del orden de los elementos de manera creciente, por las masas atómicas y fijada una posición, el octavo elemento tendría similaridad con el primero. Esto originó una serie de contradicciones entre elementos disímiles, como los casos [P, Mn] y [S, Fe], los cuales resultaban como análogos, y no fue viable superar las incongruencias. Otros trabajos importantes fueron los de A. E. Béguyer de Chancourtois (1819-1886) en 1862 y J. L. Meyer (1830-1895) en 1868. Estos últimos, aunque establecieron relaciones cruzadas periódicas, no lograron la construcción de la Ley de Periodicidad.

La segunda etapa corresponde a la creación del sistema periódico por D. Mendeléiev en 1869, constituyéndose en el evento más trascendental de la época. Mendeléiev publicó el “Ensayo de un sistema de los elementos basado en su peso atómico y el parecido químico”, fundamentado en que el principio del orden creciente de la masa atómica y el de la similaridad química debían relacionarse, crea una relación cruzada y periódica, cuyas contradicciones resuelve con base en la sistemática empírica de la época

Lakatos, I., 1978, La Metodología de los Programas de Investigación Científica, Madrid, Alianza Editorial.

Alzate, M. V., 2004, Sistema Periódico de los Elementos Químicos, Progreso Conceptual y Didáctica, Tecné, Episteme y Didaxis, Nº 15, 45-59.

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acerca del comportamiento químico de las sustancias, en particular la química de las combinaciones con oxígeno y con hidrógeno.

En 1869 publicó la primera de las tablas del sistema periódico de los elementos, en la cual reconoce 63 elementos y 5 en señal de interrogación para ser descubiertos a futuro. Posteriormente en 1871, en su manual “Fundamentos de Química”, fue publicada una Tabla Periódica (ver tabla 1) con características de un sistema clasificatorio de alta capacidad predictiva, en el cual incluye además de los elementos conocidos, 37 casillas en blanco, correspondientes a futuro a los elementos Sc, Ga, Ge, Tc, Re, Po, At, Ra, Fr y a un grupo de elementos hipotéticos de las tierras raras. Los elementos organizados desde el hidrógeno H hasta el uranio U y 5 casillas vacías después de éste, estaban estructurados en 8 grupos numerados de I a VIII y 12 series (luego 7 períodos), número del grupo asociado a la magnitud de la valencia y la serie al orden creciente de la masa atómica. En la lógica de construir la periodicidad química, arriesgó tanto como le fue posible para prever que todos los elementos no eran conocidos y dejar los espacios vacíos para ubicarlos en el futuro, recalcular masas atómicas y calcular otras, y alterar el orden de algunas de ellas para establecer la lógica química que percibía de la sistemática de las propiedades químicas.

de masa atómica para berilio Be, indio In, cerio Ce, itrio Y, torio Th y uranio U; calcular las de escandio Sc, galio Ga y germanio Ge y predecir la existencia de estos elementos y otros a ser verificados en el futuro. Para preservar la lógica de la periodicidad química alteró el orden creciente de las masas atómicas de las siguientes parejas de elementos: cobalto Co (58,93 uma) y níquel Ni (58,71uma), telurio Te (127,6 uma) y yodo I (126,9 uma), con posterioridad potasio K (39,10 uma) y argón Ar (39,95 uma).

Orden creciente de la masa atómica14 y similaridad química o valencia química, son los conceptos que Mendeléiev había incorporado a su estructura de conocimiento en el Congreso Karlsruhe (1860), primer congreso científico internacional, los cuales traduce en una sistemática periódica de propiedades químicas y físicas, presentada de forma gráfica como una relación cruzada de la masa atómica y la valencia. Construir esta relación implicó el trabajo de corregir las magnitudes Relación de combinación química cualitativa y cuantitativa.

Cualitativa para significar la clase de elementos que se combinan y cuantitativa la cantidad de cada elemento en la combinación.

Este lo expresa Mendeléiev en las fórmulas químicas anotadas en la parte superior de su tabla periódica (tabla 1) para las combinaciones binarias de los elementos con el hidrógeno y con el oxígeno.

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El Fósforo rojo se emplea en la fabricación de cerillas, también llamadas fósforos.

Las propiedades químicas y físicas de los elementos y de sus combinaciones son función periódica de la masa atómica.

Tabla 1: Sistema periódico de Mendeléiev 1871

El Azufre se encuentra en forma nativa en las cercanías de aguas termales y zonas volcánicas.

Los compuestos del Cloro se utilizan para blanquear, desinfectar y como germicidas.

Acontecimientos posteriores afirmaron el éxito de este sistema cuando a finales del siglo XIX y comienzos del XX se presentaron: a) los descubrimientos de los elementos predichos por Mendeléiev, galio Ga, germanio Ge y escandio Sc; b) el descubrimiento de los gases nobles (no predichos de modo claro por Mendeléiev) primero helio He, neón Ne y luego, argón Ar, kriptón Kr, xenón Xe y radón Rn, y la flexibilidad para incorporar la creación del grupo cero (hoy VIIIA,18); c) el descubrimiento de la radiactividad natural por H. Becquerel (1852-1908), P. Curie (1859-1906) y M. Curie (1867-1934) y de los elementos radiactivos polonio Po, radio Ra y actinio Ac, los cuales ocuparon tres de las casillas dejadas en blanco.

Para finales del siglo XIX se iniciaba una época que requería una alta dosis de intuición genial, grandes capacidades para el trabajo experimental con cantidades muy pequeñas de sustancia, el desarrollo de técnicas de análisis químico espectroscópico, investigaciones meticulosas y multilaterales, y una alta racionalidad para el desarrollo de la fenomenología.

La radioactividad indicaba que un elemento se genera desde otro elemento y el descubrimiento del electrón contradecía la idea de átomo indestructible.

Se marca el inicio del enlace entre la Ley Periódica y la radiactividad, y de modo más general, entre la Ley Periódica y los fenómenos y modelos relacionados con la radiación electromagnética, lo cual llevó a la creación de hipótesis y descubrimientos maravillosos de gran incidencia sobre el conocimiento acerca de la estructura atómica y molecular y a la creación artificial de nuevos elementos químicos.

Este período avanzó del conocimiento de 33 elementos en 1787 a 63 en 1867 y de 83 en 1913. Un grupo de 14 elementos estaba a la deriva, los llamados lantánidos o tierras raras, y no había para ellos una decisión acerca de su posición en la Tabla Periódica y ésta se erguía con un espíritu triunfador y dispuesta a enfrentar los

retos que cada nueva época ponía a su consideración, en medio de una carencia de interpretaciones al por qué de la periodicidad química y de respuestas a varios enigmas acerca de la similitud de las propiedades químicas y de la longitud de cada serie.

En la octava edición de “Principios de Química” publicada en 1906 se insertó el sistema periódico mostrado en la tabla 2. En él ocuparon sus lugares el galio, el escandio, el germanio, el radio y el grupo cero; la posición de las tierras raras está indefinida y un número de casillas permanece en blanco.

Mendeléiev cambió la antigua forma de clasificar los elementos. De ser agrupados de manera lineal y ambigua, Mendeléiev los organizó por familias de elementos según su clase química, en una relación cruzada con el orden creciente de la masa atómica.

De este modo instauró la predicción por clasificación como una metodología científica.

Clases de sustancias metálicas, semimetales y no metales se relacionan como clases de sustancias y se identifican en la Tabla Periódica en los grupos y se trasciende de unas a otras a lo largo de los períodos, situación válida cuando se trata de clases de sustancias compuestas, por ejemplo los óxidos y los haluros.

En conclusión, en una casilla de la tabla Periódica se lee información respecto a un elemento, a la sustancia simple y a sustancias compuestas del elemento, y se pueden relacionar de modo horizontal, vertical y diagonal con propiedades de sustancias.

Tabla 2: Sistema periódico de Mendeléiev 1906

3.3 Ley de Periodicidad del número atómico para el progreso inesperado de la Tabla Periódica de Mendeléiev. Estos progresos fueron: los rayos-X y de las propiedades químicas y físicas

El período de 1904 a 1923 comprende tres desarrollos centrales fundamentados en los progresos de finales del siglo XIX y de las dos primeras décadas del siglo XX, respecto a un grupo de creaciones científicas relacionadas con la radiación y que se constituyeron en un conjunto de hipótesis y de interrelaciones que proveerían el acervo conceptual y experimental

en 1895, el electrón en 1897, el núcleo atómico en 1908, la creación del número atómico (Z), el inicio de la era de los isótopos en 1912 y la creación de los modelos atómicos electromagnéticos15, el principio de construcción y la relación con la periodicidad química.

Una conjetura transforma la situación: la hipótesis del

Se designa modelo electromagnético a aquellos creados con base en relaciones de interacción entre cargas eléctricas positivas y negativas. En esta categoría se inscriben los modelos de J.Thomson, E. Rutherford, N. Bohr, A. Sommerfeld.

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El Argón es utilizado para crear atmósferas inertes necesarias para la preparación de materiales como el hierro, aluminio, cobre, titanio y plástico.

físico A. V. den Broek planteaba que el número atómico (Z), número de protones en el núcleo atómico, debía ser la característica ordenadora y no la masa atómica, hipótesis que fue verificada por el físico inglés H. Moseley (1887-1915) en 1913-1914, con su investigación acerca de los espectros atómicos de rayos-X llevados a cabo con metales de transición y con la cual crea la ley que lleva su nombre. El número atómico (Z) es inferido desde una relación con la frecuencia de la línea de rayos-X en el espectro atómico: v = a(Z-b)2, v frecuencia, a y b constantes. La creación del número atómico se constituyó en un evento fenomenológico de alta racionalidad que reestructuró en un breve tiempo la organización de la Tabla Periódica.

El número atómico cuantifica protones y ordena elementos, actúa como cardinal y como ordinal.

Moseley transformó la relación cruzada de Mendeléiev (orden creciente de la masa atómica y la valencia) a la relación cruzada: orden creciente del número atómico y la valencia.

Las propiedades químicas y físicas de los elementos y de sus combinaciones son función periódica del número atómico Esta nueva formulación de la Ley Periódica permitió comprender la alteración de las masas atómicas para las parejas argón-potasio Ar-K, cobalto-níquel Co-Ni y telurio-yodo Te-I. También dio lugar a la interpretación de la posición del grupo de los gases nobles y a la organización y ubicación de la serie de las tierras raras o lantánidos. Al reconocer que hasta el uranio U (Z=92) había 92 elementos, los lantánidos fueron posicionados en el período 6, grupo IIIB (3d), como una serie de 14 elementos desde lantano La hasta laurencio Lw (hoy de lantano La a iterbio Yb y primera serie del grupo 3f ), acorde con el orden creciente del número atómico.

La Ley de Moseley también permitió establecer de

modo unívoco el número de períodos y de elementos en cada período, el cual se repite cada dos períodos (ver tabla 3) y vislumbra una profundización en la comprensión de la Ley de Periodicidad: Tabla 3: Número de períodos y de elementos

Con el programa de investigación de E. Rutherford (1871-1937), F. Soddy (1887-1956) y K. Fajans (18871975) a partir de 1902 sobre la Ley de Decaimiento Radiactivo, el establecimiento de tres familias de decaimiento: la del actinio Ac, la del torio Th, y la del uranio U, y la creación del núcleo atómico en 1908, se inició la era de dar respuesta al enigma de la íntima relación química entre los elementos radiactivos y a aumentar el número de éstos para identificar la serie de los lantánidos completa.

Lo más importante fue dar respuesta a aquellos elementos con masa atómica diferente y propiedades muy similares y a aquellos otros con masa atómica muy similar y propiedades disímiles. La respuesta se hallaba en los isótopos, nombre que dio Soddy a las variedades de un mismo elemento químico que ocupaba una misma casilla en la Tabla Periódica, esto es, elementos de igual número atómico y diferente masa atómica. Posteriormente con la creación del neutrón (N) en 1932, esta partícula resultaba ser la responsable de la diferencia de masa. Así mismo, la refinación de metodologías para determinar masa atómica absoluta y relativa no se dejó esperar, e irrumpió con gran fuerza la espectrometría de masas. Protones (Z) y neutrones (N) definen los isótopos; el número másico A equivale a la sumatoria de protones y neutrones A = Z + N, la representación con el símbolo .

Obtener el metal puro a partir de sus minerales es muy difícil. Aún así, en antiguos lechos marinos y lagos existen grandes depósitos de minerales de Potasio.

Soddy no sólo aclaró que en una casilla se ubican las variedades de un elemento, los isótopos, lo cual permitió pensar que un elemento es múltiple, sino que además dio respuesta a la conjetura planteada por W. Crookes (1832-1919), quien consideraba que cada elemento tenía variedades que se distinguían por sus masas atómicas, conjetura que no podía ser verificada ni refutada en la época de su enunciación. El conocimiento en este corto período avanzó hasta 88 elementos. La tabla 4 detalla las variedades isotópicas de los elementos del grupo IVA (14).

La Tabla Periódica se reestructuró, fue ampliada y varios enigmas interpretados. En conclusión, salió airosa de tan novedosas creaciones científicas. La

Ley de Periodicidad se consolidó y podemos dar cuenta de un por qué al comprender la relación entre masa atómica, número atómico y número másico, la longitud de los períodos y la finura del progreso de la conceptualización y de la experimentación.

Se reafirma la conclusión del numeral anterior y se amplía: en una casilla de la Tabla Periódica se lee información respecto a un elemento, número de protones y los respectivos isótopos, a la sustancia simple y a sustancias compuestas del elemento, y se pueden relacionar de modo horizontal, vertical y diagonal propiedades de sustancias.

Tabla 4: Isótopos naturales grupo IVA

3.4 Ley de Periodicidad del número atómico y de la estructura electrónica de los átomos

Después de 1913 varios químicos intentaron la interpretación de la periodicidad química de los elementos con base en organizar los electrones del átomo en “capas” (niveles y subniveles) de acuerdo con un determinado modelo atómico electromagnético y la información suministrada por los espectros atómicos respecto a un conjunto de estados energéticos para los electrones y en particular para los de valencia, conocimiento enlazado a que el número de electrones de un átomo neutro es igual al número atómico y que la longitud de los períodos 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32 se repite dos a dos, excepto el primero.

Son de destacar los programas de investigación de N. Bohr (1885-1962) y de W. Pauli (1900-1958) respecto a la creación de los principios de construcción progresiva o de aufbau y de exclusión respectivamente, referido el

El Calcio forma compuestos de gran interés industrial como el mármol.

primer principio a la construcción de la configuración electrónica fundamentado en los números cuánticos n, l, m según el modelo atómico de órbitas elípticas de A. Sommerfeld, y el de exclusión, soportado en los cuatro números cuánticos n, l m, ms. La Mecánica Cuántica hace caso omiso de las ideas intuitivas y empíricas, crea un sistema formal y deduce los números cuánticos y la secuencia de la estructuración de los niveles de energía electrónicos (configuración electrónica) con el desarrollo de la solución de la ecuación de Schrödinger, inscrita en una concepción dual (onda-partícula) del electrón.

Bohr propuso el principio de construcción progresiva o principio de aufbau, luego corregido por E. C. Stoner en 1924 y enunciado como el número de electrones en cada subcapa 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p. La distribución del número de electrones en cada capa y subcapa se detalla en la tabla 5.

Tabla 5: Máximo número de electrón es en cada capa y subcapa

El Escandio es un metal utilizado en la industria aeroespacial.

El progreso de esta situación se da con la creación del Pauli indicó que eran necesarios no tres, sino cuatro principio de exclusión de W. Pauli (1900-1958), quien lo números cuánticos n, l, m, ms para caracterizar cada uno propuso en 1924 para interpretar la longitud de cada fila, de los electrones de un átomo. El principio de exclusión ya definida por la Ley de Moseley y elaborado de modo hace referencia a que todos los electrones de un átomo restringido por Bohr, con base en las restricciones de tres deben tener distintos valores de los cuatro números números cuánticos (n, l, m, en la concepción precuántica cuánticos n, l, m, ms. Nunca puede haber dos o más del modelo atómico de Sommerfeld) y a evidencias electrones equivalentes en un átomo para los cuales los experimentales espectroscópicas que indicaban las valores de los cuatro números cuánticos sean los mismos. magnitudes de energía de estados electrónicos de En un átomo no hay electrones de la misma clase, todos átomos y orientaban la organización de éstos por orden son distintos, y la diferencia radica en que al menos uno creciente de energía. Pauli avanzó al introducir un nuevo de los números cuánticos es diferente entre electrones. número cuántico, el de espín ms. Al estudiar con mayor profundidad los nuevos espectros atómicos, conjeturó el número cuántico de espín y estructuró la organización 16n, número cuántico principal, con valores de 1,2, 3, … electrónica con el cuarteto n, l, m, ms. Simultáneamente l, número cuántico azimutal con valores 0, 1, 2, …, n-1 S. Goudsmit (1902-1978) y G. E. Uhlenbeck (1900- ) dieronm, númerocuánticomagnéticoconvaloreso,±1,±2,±3,…,±l cuenta del cuarto número cuántico y precisaron y aclararon ms , número cuántico de espín con valores ±½ significados para los cuatro números cuánticos16.

Cada electrón de un átomo se caracteriza con sus cuatro números cuánticos. Si dos electrones tienen n, l, m iguales, es forzoso que el de espín sea diferente. Así mismo, dos electrones con igual espín y en las misma subcapa (n, l, iguales) deberán tener orientaciones espaciales diferentes del momento magnético m. La tabla 6 identifica cuartetos de números cuánticos.

Tabla 6: Números cuánticos y número de electrones en capas y subcapas17

La Ley de Periodicidad de los átomos se configuró como: La estructura electrónica de los átomos y de sus propiedades son función periódica del número atómico Corresponde a los desarrollos de la creación de la Mecánica Cuántica (1924-1925) configurar un modelo atómico nuevo, rompiendo con las tradiciones que obedecían a aproximaciones incompletas, a hipótesis no válidas para átomos con dos o más electrones y a las soluciones como conjeturas.

El modelo cuántico del átomo instauró un método matemático que diera respuestas lógicas a la gran cantidad de datos espectroscópicos. La Mecánica Cuántica se estableció como un modelo formal que desde una concepción nueva para el mundo de los electrones -dualidad ondacorpúsculo y el electrón concebido como una función matemática que interactúa con el núcleo atómico y con los demás electrones del átomo- desarrolló la lógica para deducir los números cuánticos n, l, m y la configuración electrónica. Los números cuánticos pasaron de intuiciones y conjeturas a ser deducidos de modo formal y a la construcción de la configuración electrónica como estados cuantizados de la energía de los electrones. Desarrollos posteriores de la Mecánica Cuántica Relativista validaron el número cuántico de espín.

Se puede continuar la completación de esta tabla asignando los respectivos números cuánticos para n: 3, 4, 5, 6, 7.

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Las láminas delgadas de Titanio se utilizan para recubrir edificios como el Museo Guggenheim de Bilbao - España.

El Vanadio es esencial en organismos marinos como las ascidias y es almacenado en células llamadas vanadocitos.

La valencia química progresó en su significado: es electrónica y está relacionada con los electrones del nivel externo de energía del átomo. La magnitud de la valencia corresponde al número de electrones del nivel externo de energía del átomo, llamados electrones de valencia y que participan en la combinación química. El modelo mecánico-cuántico del átomo se constituyó en un referente para la construcción de algunas de las teorías del enlace químico (covalente y metálico) y avanzar en la interpretación de la valencia y las propiedades químicas de las sustancias.

Dos significados del concepto de valencia: uno para explicitar relaciones de combinación química expresadas en la relación de proporción definida y como número de enlaces de un elemento al combinarse con otro. Un segundo correspondiente al número de electrones de valencia que participan en la combinación química, lo cual da lugar a interpretar la diversidad de las valencias para un elemento. El estudio de las sustancias en fase sólida y en particular de la estructura cristalina, ha ampliado los significados para valencia química y ha creado el concepto de valencia de coordinación.

Se reafirma la conclusión del numeral anterior y se amplía aún más: en una casilla de la Tabla Periódica se lee información respecto a un elemento, número de protones y los respectivos isótopos, al átomo y su estructura electrónica, a la sustancia simple y a sustancias compuestas del elemento, y se pueden relacionar de modo horizontal, vertical y diagonal propiedades de sustancias.

3.5

Ley de Periodicidad del núcleo atómico

Este período, que se inició en 1934, irrumpe con la Química Nuclear que venía en gestación desde años anteriores, la síntesis artificial de nuevos elementos, la predicción de otros, de sus propiedades y su verificación.

Los elementos eran más de los 92 de Moseley, y la búsqueda de los transuránidos no tardó. Los desarrollos de la nucleosíntesis artificial han permitido la producción sintética de elementos en instrumentos llamados reactores nucleares y el desarrollo de modelos nucleares que dan cuenta de la estructura del núcleo en estados de energía y de la periodicidad de ésta.

En el intermedio hacia la conquista de los transuránidos, cuatro sitios en el sistema periódico, vacíos durante mucho tiempo, después de arduas y prolongadas búsquedas, fueron descubiertos mediante desintegración nuclear: tecnecio Tc (41), prometio Pm (61), astato At (85) y francio Fr (87), Tc, At y Fr, predichos por Mendeléiev.

Los 92 elementos de H a U completaban su carrera y la estructura de Mendeléiev se erguía nuevamente como una construcción científica que salía avante en el duro camino de las confrontaciones teóricas y fenomenológicas del orden de unos pocos miligramos y la creación de nuevas y difíciles metodologías de análisis y síntesis química.

A continuación se muestran las ecuaciones químicas nucleares para la síntesis de Tc y At (1937,1944-45).

Este período se inició con los programas de investigación de E. Fermi y Segré en Italia y continuó en años posteriores con los de O. Hahn, L. Meitner y Strassman en Alemania, G. Seaborg (1912-1999), Macmillan y Abelson en EEUU, G. Flerov y su grupo de investigación en la antigua URSS. Las investigaciones de estos científicos dieron como resultado para 1958, el conocimiento de 18 elementos nuevos vía nucleosíntesis, para un total de 106 elementos químicos.

Seaborg, en 1944, amplió la descripción de la Tabla Periódica, al proponer la adición de la serie de los actínidos (de actinio Ac a laurencio Lw; hoy de Ac a nobelio No), paralela a los lantánidos, lo cual facilitó la investigación en el campo de la Química y la Física Nuclear, permitió pensar que existían nuevos elementos, inferir su posición en la Tabla Periódica, su número atómico y sus propiedades.

La obtención de nuevos elementos no concluyó con estos avances, continúa hoy y alcanza la cifra de 116 elementos, verificado el 113, 114, 115 y 116, los cuales están a la espera de que la investigación en este campo aporte a su síntesis. La mira científica está en alcanzar los elementos llamados por Seaborg, superactínidos, una serie comprendida entre el 122 y el 153, más allá del 118.

Bombardear núcleos, desintegrar y formar nuevos núcleos y hallar los isótopos radiactivos de numerosos elementos está en la cotidianidad de la ciencia y la tecnología modernas. Se trata de los hallazgos de los transuránidos, de la búsqueda de los superactínidos y de

El Cromo es empleado en vehículos para darle un acabado brillante y resistente a la corrosión.

nuevos isótopos radiactivos de los elementos. La Física y la Química Nuclear indagan la estructura nuclear y su periodicidad.

El cuadro de Mendeléiev ha sido completado con clara satisfacción y ampliado a nuevos elementos: todos los números atómicos tienen su representante químico, además ha superado dificultades inauditas encontradas en el progresivo dominio del completamiento del cuadro y éste se ha instaurado como un orden profundamente racional con alta capacidad predictiva. ¿Resistirá la Ley Periódica los futuros progresos y las nuevas creaciones científicas?

4. ESTRUCTURA DE LA TABLA PERIÓDICA Y LEY DE PERIODICIDAD “…el cuadro de Mendeléiev pone en marcha un orden cruzado, un orden con dos variables…Pero los papeles diferentes de esas dos variables se multiplicaron con los progresos de la ciencia… “ G. Bachelard (1976)

4.1

Introducción

El sistema periódico de los elementos químicos tiene su

fundamento en la Ley Periódica, la cual en su enunciado actual, de acuerdo con las contribuciones de Moseley, Bohr y Seaborg, entre otros, establece que las propiedades químicas y físicas de sustancias simples y compuestas, así como la valencia y las propiedades nucleares y atómicas son función periódica del número atómico. Esta es la idea fundamental y todos los formatos de la Tabla Periódica son intentos intelectuales y a veces arbitrarios para expresar esta ley del modo más útil posible. Esto implica una diversidad de lecturas de la Tabla Periódica: información relacionada con la periodicidad de número atómico, de átomos, de valencia, de sustancias simples y compuestas.

La Ley Periódica tiene unas bases conceptuales, las cuales es necesario conocer y comprender para lograr construir relaciones periódicas adecuadas. Estas bases tienen sus cimientos en los niveles conceptuales molar, molecular y eléctrico de la Química. El nivel de conocimiento que cada individuo posea de los conceptos, teorías y modelos de las categorías (ver cuadros 1 y 2) molar, molecular y eléctrica, condiciona y limita el grado de profundización para la construcción de relaciones periódicas, su comprensión

e interpretación y la posibilidad de realizar inferencias y predicciones. La construcción de relaciones periódicas y sus interrelaciones, permite, a su vez, comprender la estructura del sistema periódico.

Para la construcción de relaciones de periodicidad, la información que será utilizada está radicada en los formatos de uso común, conocidos con el nombre de ‘formato largo’. Antes de proceder a interactuar con relaciones periódicas, se expone de modo descriptivo la representación del formato largo y se plantea una comparación con la representación gráfica de Mendeléiev.

4.2 Representación corta y larga del sistema periódico

Se dispone en el material de estudio de varios formatos como representación gráfica de la Ley Periódica, los cuales son útiles y tienen variantes que diferencian a unos de otros. Estos formatos corresponden a dos formas fundamentales llamadas corta y larga. La forma corta corresponde a una construcción de ocho grupos y doce series en la representación original de Mendeléiev y de nueve grupos, incluido el grupo cero.

La especie humana requiere consumir diario 2-5 mg de Manganeso. Se encuentra en las nueces, el germen de trigo, las hortalizas de hoja, la piña y el té.

Cuadro 1: Categorías de la Química

Cuadro 2: Categorías de la Química

La forma larga, la más utilizada en la actualidad, existe en dos versiones. Una: la versión a es una representación gráfica construida con un total de 16 grupos y siete períodos. Los grupos se nombran con números romanos y letras mayúsculas de imprenta A y B; en este formato el grupo IIIB se construye con los elementos Sc, Y, La, Ac. Las series de los lantánidos y actínidos en los respectivos períodos 6 y 7 constituyen el bloque f de cerio Ce a lutecio Lu y de torio Th a laurencio Lw. El grupo VIIIB está construido con tres subgrupos encabezados por los elementos hierro Fe, cobalto Co y níquel Ni. El grupo cero se nombra como VIIIA. El formato largo versión b es la representación gráfica correspondiente a 18 grupos y siete períodos, la

El acero, aleación de Hierro y Carbono, es un material industrial utilizado en automóviles, barcos, edificios y puentes.

numeración de los grupos es con números arábigos de 1 a 18; se identifica en este formato el grupo 3 construido por dos clases, el 3f y el 3d; el 3f corresponde a las series lantánidos y actínidos, las cuales se inician con lantano La y actinio Ac y terminan con iterbio Yb y nobelio No, mientras el grupo 3d se construye con escandio Sc, itrio Y, lutecio Lu y laurencio Lr; el grupo cero se nombra 18 y las columnas encabezadas por hierro Fe, cobalto Co y níquel Ni, no son subgrupos, sino grupos principales.

Las precisiones del formato versión b, corresponden al refinamiento en el conocimiento de las propiedades químicas y de las mediciones cuantitativas de los comportamientos físicos de los elementos del grupo IIIB o 3, según información presentada por Jensen18 (1986).

Diversas evidencias en la similaridad de las propiedades químicas y de las temperaturas de fusión, de la estructura cristalina del metal a temperatura ambiente, del potencial redox, de la superconductividad, de la electronegatividad, del radio atómico y de estudios espectroscópicos de configuración electrónica, favorecen el formato largo versión b (Ver tabla 7), en comparación con la versión a.

Con frecuencia el Cobalto se detecta en meteoritos.

Tabla 7: Formato largo versión b

Al comparar el diseño de Mendeléiev y los planteados con anterioridad, se percibe cómo la esencia de la periodicidad no ha cambiado: a) Las series 1, 2, 3 se corresponden con los actuales períodos 1, 2, 3; las series 4 y 5 se corresponden con el período 4; las series 6 y 7 se corresponden con el período 5; las series 8, 9, 10 11, se corresponden con el período 6; la serie 12 se corresponde con el período 7. Para esta serie Mendeléiev planteó dos elementos, U y Th, y asignó los espacios para ubicar la posición de elementos desconocidos.

Como ya se ha informado, los aportes de las investigaciones en nucleosíntesis artificial contribuyeron a la precisión de la posición de las series de los lantánidos y de los actínidos, las cuales fueron completadas con los descubrimientos vía natural y/o artificial. La tabla 8 representa una síntesis de la comparación de los formatos enunciados.

18 Jensen,W., 1986, Classification, symmetry and the Periodic Table, Com. & Maths. With Aplls., Vol 12B, Nos. ½, 487-510

Tabla 8: Comparación de elementos en los períodos según formatos corto y largo versiones a y b

b) Los grupos I a VII con dos columnas corresponden en el formato largo versión a, a los grupos denominados I a VII e identificados respectivamente con las letras A y B; en la versión b, los grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16 17; el grupo 0 se corresponde con el grupo VIIIA ó 18 en las respectivas versiones a y b del formato largo.

El grupo VIII, con cuatro elementos en las series 4, 6, 10, corresponde en el formato largo versión a, al grupo VIIIB con tres subgrupos encabezados por hierro Fe, cobalto Co, níquel Ni y al grupo IB listado a partir del cobre Cu, y en la versión b, a los grupos 8d, 9d, 10d, 11d; la posición de cobre Cu, plata Ag, y oro Au en el grupo VIII y en el grupo I en el formato corto, indica la claridad de Mendeléiev respecto a la química de estos elementos, similar a las propiedades de elementos de ambos grupos. En la tabla 9 se detallan las diferencias anotadas.

Tabla 9: Comparación grupos formatos corto y largo versiones a y b

En los formatos corto y largo versión a, el número del grupo corresponde a la valencia y en el formato largo versión b, se asocia al número de electrones del nivel externo de energía de acuerdo con la configuración electrónica. Esta última afirmación no es absoluta y se hace evidente al analizar la configuración electrónica de los grupos 13 a 18 y de los grupos d y f, al ir de un período a otro.

El Níquel aparece en forma de metal en los meteoritos junto con el Hierro y se cree que se encuentra en el núcleo de la Tierra junto con el mismo metal.

Ambos formatos largos presentan la respectiva información para la clasificación en metales, semimetales, no metales y las subclases de metales. El lector de un formato debe estar atento a la lógica de la lectura de él.

Cada formato puede plantear diferencias con respecto a otros al incluir o no información actualizada. Se trata de la lectura de información con uno u otro lenguaje para designar grupos y períodos, además de diferentes lecturas a diversos niveles: información del núcleo atómico, de los átomos, de las sustancias simples y de cómo relacionar unos y otros datos.

Finalmente, a modo de aclaración, es común encontrar en diferentes textos los siguientes nombres comunes para algunos grupos: - Grupo 1 (I) (IA) Metales alcalinos - Grupo 2 (II) (IIA) Metales alcalinotérreos - Grupo 15 (V) (VA) Pnicógenos (no oficial) - Grupo 16 (VI) (VIA) Calcógenos - Grupo 17 (VII) (VIIA) Halógenos - Grupos 3d a 12d (Grupos IB a VIIIB) Metales de transición - Grupo 3f Metales de transición interna

4.3

Principios de periodicidad

La periodicidad no es de naturaleza absoluta, es relativa y diversa. No todas las características en un grupo son similares, ya sea para núcleos atómicos, átomos o moléculas mononucleares, sustancias simples o compuestas. Las propiedades para cada una de estas situaciones difieren entre sí, al ir a lo largo del grupo de un período a otro.

Son de particular interés las diferencias entre el período dos y tres, traducidas al principio de singularidad, y las

El Cobre se utiliza en fuegos artificiales.

relaciones diagonales entre algunos elementos de grupos vecinos. La periodicidad se manifiesta de modo vertical, horizontal y diagonal.

En el formato corto de Mendeléiev la periodicidad se presenta cada ocho elementos, dado que la dimensionalidad de cada serie es de ocho elementos.

4.3.1 Periodicidad vertical

Por periodicidad vertical se expresa que al fijar un elemento en un período y grupo y a partir de esta posición contar en dirección a la derecha del período, el elemento (o átomo, o sustancia simple) con propiedades químicas y físicas similares. El elemento con propiedades similares se localiza después de contar el número de elementos indicados en la tabla 1 según el respectivo período, es decir, en la secuencia periódica 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32… el elemento a localizar se posiciona en el grupo del elemento fijado inicialmente según esta secuencia periódica, y el elemento localizado y el elemento punto de partida tienen propiedades similares (entiéndase no idénticas); entre ellos existen diferencias y al estudiarlos es de tener en cuenta similaridades y diferencias.

Un caso es situar como punto de partida el elemento de número atómico 11, situado en el grupo 2, período 3. Para este caso la periodicidad se localiza al considerar un elemento de [11+8] protones, esto es, el elemento identificado con 19 protones, el potasio. De acuerdo con la información para isótopos, se caracterizan para el potasio los siguientes isótopos naturales: 39K, 40k, 4141.

El potasio como sustancia simple, potasio metálico Kn o K(s), es caracterizado por propiedades similares a las del

El Zinc se encuentra en diversos alimentos como carnes rojas, aves de corral, pescados, mariscos, habas y nueces. sodio (elemento anterior en el grupo 1, período 2) y a las del rubidio (elemento posterior en el grupo 1, período 4). Las tablas 10 y 11 detallan algunas propiedades para estos tres elementos, nótese las diferencias al ir de un período a otro en la secuencia Na, K, Rb. Un análisis de estos datos da lugar a inferir la diferencia de reactividad química, indicando cómo crece ésta a lo largo del grupo y cómo lo detalla el orden decreciente de las entalpías de atomización.

Tabla 10: Propiedades Na, K, Rb

Tabla 11: Propiedades Na, K, Rb

4.3.2 Periodicidad horizontal

Por periodicidad horizontal se significa el orden creciente, de uno en uno, del número de protones o número atómico a lo largo de un período. Esto significa, desde un pensamiento atómico, que el nivel de energía externo de la configuración electrónica aumenta un electrón al avanzar hacia la derecha a lo largo del período.

También la periodicidad horizontal indica la variación gradual de las diferentes propiedades al transitar de los metales a los semimetales y a los no metales. La tabla 12 detalla información para los elementos del período 3.

El Arseniuro de Galio es un material semiconductor utilizado en circuitos integrados, diodos láser y LED.

Tabla 12: Propiedades elementos período 3

c.c.e: cúbico centrado en el espacio. c.c.c: cúbico centrado en las caras. h.c.: hexagonal compacto. r: radio atómico. * prc: producto de la reacción con. dnd: dato no disponible. Z/r: densidad de carga electrónica.

4.3.3 Periodicidad diagonal

Este principio plantea que existe una relación diagonal de similaridad entre la química del primer elemento de un grupo y la del segundo del grupo siguiente. Es importante de modo principal para los grupos IA (1), IIA (2) y IIIA (13) y en particular para las parejas litio Li y magnesio Mg, berilio Be y aluminio Al, boro B y silicio Si. Cada par de estos elementos situado diagonalmente tiene propiedades similares. La tabla 13 anota varias cualidades para significar la periodicidad diagonal. La aproximación de las magnitudes de las cualidades es un indicativo de la similaridad química, de modo principal entre Li+ y Mg2+. Similaridad del tamaño iónico, de la densidad de carga (Z/r) y la electronegatividad parecen ser relevantes para interpretar la periodicidad química diagonal.

Tabla 13: Cuatro propiedades de periodicidad diagonal

*Radio de Shannon19 para valencia de coordinación VI Shannon, R. D., 1976, Revised Effective Ionic Radii and systematic Studies on Interatomic Distances in Halides y Chalcogenides, Acta Cryst., A32, 751.

19

El Germanio es empleado en óptica de infrarrojos: espectroscopios, sistemas de visión nocturna, fibra óptica y otros equipos.

4.3.4 Principio de singularidad

El principio de singularidad hace referencia a la no similaridad de la química de los elementos del segundo período con respecto a los demás elementos del correspondiente grupo, la cual es significativamente diferente. La química de los ocho elementos: litio Li, berilio Be, boro B, carbono C, nitrógeno N, oxígeno O, flúor F, neón Ne, es bastante diferente de los congéneres de su respectivo grupo, de tal modo que estos elementos no se corresponden con ser el más representativo del grupo, siendo para estos casos, el segundo elemento del grupo, el que lo representa: sodio Na, magnesio Mg, aluminio Al, silicio Si, fósforo P, azufre S, cloro Cl, argón Ar. La tabla 14 detalla un grupo de propiedades para los elementos del período dos. Al respecto es importante percibir las diferencias entre propiedades atómicas, de núcleos, de la sustancia simple y de una sustancia compuesta.

La interpretación del principio de singularidad se fundamenta en tres razones principales,

correspondientes a conceptos de las categorías molecular y eléctrica: a) El tamaño atómico (radio atómico) bastante pequeño comparado con los radios atómicos que le siguen en el respectivo grupo, lo que permite interpretar el por qué sus compuestos son de mayor carácter covalente que el esperado. b) La habilidad para formar enlaces pi. c) La no disponibilidad de orbitales atómicos d en sus átomos.

Por ejemplo, siempre sorprende el que el cloruro de litio LiCl sea altamente soluble en etanol C2H5OH, un solvente de menor polaridad que el agua H2O. Este comportamiento, que no se esperaría, dado que se considera al LiCl como un compuesto iónico, se interpreta como primera aproximación por el pequeño tamaño del catión Li+ y el mayor tamaño del anión Cl-, situación que da lugar a que sus densidades electrónicas se acerquen y se imprima un carácter covalente al enlace.

El Arsénico es utilizado como fertilizante en forma de mineral primario.

Tabla 14: Propiedades de elementos del período 2

c.c.e: cúbico centrado en el espacio. c.c.c: cúbico centrado en las caras. h.c.: hexagonal compacto. r: radio atómico. * prc: producto de la reacción con. dnd: dato no disponible. Z/r: densidad de carga electrónica.

El Selenio se usa en varias aplicaciones eléctricas y electrónicas como células solares y rectificadores.

5. PERIODICIDAD DE PROPIEDADES “…el cuadro de Mendeléiev, sin duda varias veces modificado, es una de las páginas más filosóficas de la ciencia.”

G. Bachelard (1976)

Este

aparte presenta tres gráficos que expresan la Ley de Periodicidad para las propiedades: entalpía de atomización ( Hatom kJ/mol)20, primera energía de ionización (I1 kJ/mol) 21 y entalpía de vaporización ( Hvap kJ/mol)22. Esta clase de gráfico puede obtenerse al establecer la relación cruzada entre la magnitud de una propiedad y el orden creciente del número atómico.

Al considerar, ya sea una propiedad de las sustancias simples, de una clase de sustancias compuestas, o de átomos, se obtiene un gráfico que expresa: a) máximos y mínimos localizados ya sea en el grupo VIIIA (18) o en el IA (1). b) zonas disímiles respecto a la similaridad de la propiedad que podemos sintetizar en tres regiones: una región de muy alta similaridad que corresponde al grupo 3f (series de lantánidos y actínidos), una región de alta similaridad asociada a los grupos IB a VIIIB (3d a 12d, metales de transición) y otra donde la similaridad presenta menor continuidad al ir de un elemento a otro, grupo IA (1) y grupo IIA (2).

La interpretación de estos gráficos y de otros nos permiten comprender la Ley de Periodicidad y visualizar la capacidad de predicción del sistema periódico. Es

en la interacción con las relaciones periódicas que el conocimiento de la Tabla Periódica se asimila con capacidad para relacionarse de modo significativo con la inferencia y la predicción para comportamientos de las sustancias tanto en el nivel molar, como molecular y eléctrico.

Nuestro compromiso con la asimilación de la información, conceptos y relaciones conceptuales, nos permiten comprender la periodicidad química, las clases de sustancias, las relaciones entre clases de sustancias y la sistemática de las propiedades por clase para sustancias y moléculas y sus interrelaciones.

De este modo es posible superar la manipulación mecánica de la información suministrada por un formato de Tabla Periódica y su uso aburrido que no tiene en cuenta que no es sólo una tabla, sino que ésta es la representación gráfica del sistema periódico de los elementos y que a éste subyace la Ley de Periodicidad, inscrita en una diversidad de conceptualizaciones acerca de las sustancias y sus comportamientos químicos y físicos, de los átomos, de las moléculas y de los núcleos atómicos.

Cantidad de energía implicada en la transformación de la sustancia simple a condiciones estándar a un mol de la forma atomizada. Por ejemplo: 1/2 O2(g) a O(g) 21 Cantidad de energía implicada en la transformación de un mol de la sustancia atomizada a un mol de la forma ionizada O(g) a O+(g). Si se trata de la primera ionización se refiere a eliminar el electrón más externo del átomo, es decir, a superar la interacción núcleo-electrón externo.

22 Cantidad de energía implicada en la transformación de un mol de la sustancia en fase líquida a fase vapor.

20

La fuente principal del Bromo es el agua de mar, aunque ésta sólo contiene 65 partes por millón.

El Kriptón es usado en la fabricación de flash para fotografía.

De nuevo, se insiste en la necesidad de enfatizar la diferencia y la similaridad, la relación entre la periodicidad de las propiedades de elementos, átomos y estructura electrónica, y sustancias simples y compuestas. En la versión moderna, valencia y estructura electrónica23 se complementan y estructuran junto con el número atómico diversas lecturas de la Tabla Periódica. También estas lecturas se realizan desde la versión original de Mendeléiev, en particular la periodicidad de las propiedades químicas y físicas de las sustancias simples y compuestas.

Cada casilla es una multiplicidad de lecturas y de relaciones químicas y físico-químicas. Se invita al lector, a realizar el esfuerzo intelectual por la comprensión de la Ley de Periodicidad y a evidenciarla en la solución de problemas químicos.

Gráfico 1: entalpía de atomización Vs Z

Gráfico 2: 1ª energía de ionización Vs Z

Villaveces, J. L., 2000, La Tabla Periódica: un microscopio para ver el interior del átomo, http://www.deslinde.org.co/Dsl29/la_tabla_periódica.htm 23

Gráfico 3: entalpía de vaporización Vs Z

6. A MODO DE CONCLUSIÓN “…el cuadro de Mendeléiev, sin duda varias veces modificado, es una de las páginas más filosóficas de la ciencia.”

G. Bachelard (1976)

La Conmemoración del Centenario del Fallecimiento de

Mendeléiev es un motivo no sólo para destacar la vida y obra de este científico, su alto humanismo, su gran calidad como pedagogo y su alto espíritu científico, sino también para destacar su creación principal: la Tabla Periódica, y contribuir a la construcción de una dinámica de pensamiento afÍn a aquella que establece relaciones sistemáticas entre el todo y las partes, y viceversa.

Además, la Tabla Periódica proporciona la visualización de una metodología científica fundamentada en el arte de clasificar en química; conlleva al estudio de las sustancias no como entes estáticos y aislados, sino como materias dinámicas que constituyen clases de sustancias que se interrelacionan y expresan en la ley de periodicidad química, ley que adopta una pluralidad de situaciones según clases de propiedades.

La afirmación de Bachelard24 respecto a considerar que el cuadro de Mendeléiev varias veces modificado, es una de las páginas más filosóficas de la ciencia, nos invita a adoptar la Tabla Periódica no como una cuestión mecánica, sino como una creación científica que proporciona información sobre elementos, sustancias y moléculas. Esto conlleva una diversidad de conceptualizaciones con una amplia variedad de datos organizados de forma sistemática que informan sobre comportamientos químicos y físicos y acerca de una diversidad de relaciones.

En la relación sustancias-moléculas-núcleos y electrones, la pluralidad dinámica es, también, pluralidad dinámica de moléculas y de las interacciones entre núcleos y electrones, además de pluralidad dinámica de sustancias y sus comportamientos. Sustancias y moléculas, en particular, sustancias y sus transformaciones químicas y fórmulas estructurales, se constituyen en una multiplicidad dinámica para constituir clases de sustancias.

También nos invita a considerar las modificaciones del cuadro, sus progresos y completamiento, dados a lo largo del tiempo y que han convalidado la esencia del sistema de Mendeléiev. Y, de modo principal, nos invita a la comprensión de la sistemática de los elementos químicos o Ley de Periodicidad.

“Por lo visto, el futuro no amenaza a la ley periódica con destruirla, lo único que le presagia es añadiduras y desarrollo…”

Se espera que las líneas de este texto hayan contribuido a orientar la comprensión de las palabras de Mendeléiev:

Bachelard, G., 1976, Materialismo Racional, Editorial Paidós, Buenos Aires.

24

El Rubidio se utiliza principalmente en la fabricación de cristales especiales para sistemas de telecomunicaciones de fibra óptica y equipos de visión nocturna.

El Estroncio es un metal utilizado en la preparaci贸n de cristales para tubos de rayos cat贸dicos en TV a color.