2.5 La tabla periódica

Figura 2.24. Las moléculas de carvona son isómeros espaciales; sólo difieren en las orientaciones relativas de los átomos en el espacio (parte inferior izquierda del crédito: modificación del trabajo por "Miansari66"/ Wikimedia Commons; parte inferior derecha del crédito: modificación del trabajo por Forest & Kim Starr).

Cuando los primeros químicos trabajaron para purificar minerales y descubrieron más elementos, se dieron cuenta de que varios elementos podían agruparse por sus comportamientos químicos similares. Uno de estos grupos incluye el litio (Li), el sodio (Na) y el potasio (K): todos estos elementos son brillantes, conducen bien el calor y la electricidad, y tienen propiedades químicas similares. Un segundo grupo incluye el calcio (Ca), el estroncio (Sr) y el bario (Ba), que también son brillantes, buenos conductores del calor y la electricidad, y tienen propiedades químicas en común. Sin embargo, las propiedades específicas de estos dos grupos son notablemente diferentes entre sí. Por ejemplo: Li, Na y K son mucho más reactivos que Ca, Sr y Ba; Li, Na y K forman compuestos con oxígeno en una relación de dos de sus átomos a un átomo de oxígeno, mientras que Ca, Sr y Ba forman compuestos con uno de sus átomos a un átomo de oxígeno. El flúor (F), el cloro (Cl), el bromo (Br) y el yodo (I) también exhiben propiedades similares entre sí, pero estas propiedades son

drásticamente diferentes de las de cualquiera de los elementos anteriores.

Dimitri Mendeleev en Rusia (1869) y Lothar Meyer en Alemania (1870) reconocieron independientemente que existía una relación periódica entre las propiedades de los elementos conocidos en ese momento. Ambas tablas publicadas con los elementos dispuestos de acuerdo con el aumento de la masa atómica. Pero Mendeleev fue un paso más allá que Meyer: usó su tabla para predecir la existencia de elementos que tendrían las propiedades similares al aluminio y al silicio, pero que aún no se conocían. Los descubrimientos del galio (1875) y el germanio (1886) brindaron un gran apoyo al trabajo de Mendeleev. Aunque Mendeleev y Meyer tuvieron una larga disputa sobre la prioridad, las contribuciones de Mendeleev al desarrollo de la tabla periódica ahora son más ampliamente reconocidas (Figura 2.25).

Figura 2.25. (a) A Dimitri Mendeleev se le atribuye la creación de (b) la primera tabla periódica de los elementos (crédito a: modificación de la obra de Serge Lachinov; Crédito b: modificación de la obra de "Den fjättrade ankan"/Wikimedia Commons)

En el siglo XX, se hizo evidente que la relación periódica involucraba números atómicos en lugar de masas atómicas. La declaración moderna de esta relación, la ley periódica, es la siguiente: las propiedades de los elementos son funciones periódicas de sus números atómicos. Una tabla periódica moderna organiza los elementos en orden creciente de sus números atómicos y agrupa los átomos con propiedades similares en la misma columna vertical (Figura 2.26). Cada caja representa un elemento y contiene su número atómico, símbolo, masa atómica promedio y (a veces) nombre. Los elementos están organizados en siete filas horizontales, llamadas períodos o series, y 18 columnas verticales, llamadas grupos o familias. Los grupos están etiquetados en la parte superior de cada columna. En los Estados Unidos, las etiquetas tradicionalmente eran números con letras mayúsculas. Sin embargo, la IUPAC recomienda que se utilicen los números del 1 al 18, y estas etiquetas son más comunes. Para que la tabla se ajuste a una sola página, las partes de dos de las filas, un total de 14 columnas, generalmente se escriben debajo del cuerpo principal de la tabla.

Muchos elementos difieren dramáticamente en sus propiedades químicas y físicas, pero algunos elementos son similares en sus comportamientos. Por ejemplo, muchos elementos aparecen brillantes, son maleables (se pueden deformar sin romperse), dúctiles y conducen bien el calor y la electricidad. Otros elementos no son brillantes, maleables o dúctiles, y son malos conductores del calor y la electricidad. Podemos clasificar los elementos en grandes clases con propiedades comunes: metales (elementos brillantes, maleables, buenos conductores de calor y electricidad, de color amarillo sombreado); no metales (elementos que parecen opacos, malos conductores de calor y electricidad, verde sombreado); y metaloides (elementos que conducen el calor y la electricidad moderadamente bien, y poseen algunas propiedades de los metales y algunas propiedades de los no metales: púrpura sombreada).

Figura 2.26 Los elementos en la tabla periódica están organizados de acuerdo a sus propiedades

Los elementos también pueden clasificarse en los elementos del grupo principal (o elementos representativos) en las columnas etiquetadas 1, 2 y 13–18; los metales de transición en las columnas etiquetadas 3–124; y metales de transición interna en las dos filas en la parte inferior de la tabla (Figura 2.27). Los elementos de la fila superior se denominan lantánidos y los elementos de la fila inferior son actínidos.

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Según la definición de la IUPAC, los elementos del grupo 12 no son metales de transición, aunque a menudo se los denomina como tales. Se proporcionan detalles adicionales sobre los elementos de este grupo en un capítulo sobre metales de transición y química de coordinación.

Los elementos pueden subdividirse aún más por propiedades más específicas, como la composición de los compuestos que forman. Por ejemplo, los elementos del grupo 1 (la primera columna) forman compuestos que consisten en un átomo del elemento y un átomo de hidrógeno. Estos elementos (excepto el hidrógeno) se conocen como metales alcalinos, y todos tienen propiedades químicas similares. Los elementos del grupo 2 (la segunda columna) forman compuestos que consisten en un átomo del elemento y dos átomos de hidrógeno: estos se llaman metales alcalinotérreos, con propiedades similares entre los miembros de ese grupo. Otros grupos con nombres específicos son los pnictógenos o nitrogenoideos o nitrogenoides (grupo 15), los calcógenos o anfígenos (grupo 16), los halógenos (grupo 17) y los gases nobles (grupo 18), también conocidos como gases inertes). El primer elemento del grupo también puede hacer referencia a los grupos: por ejemplo, los calcógenos pueden denominarse grupo de oxígeno o familia de oxígeno. El hidrógeno es un elemento único, no metálico, con propiedades similares a los elementos del grupo 1 y del grupo 17. Por esa razón, el hidrógeno se puede mostrar en la parte superior de ambos grupos, o por sí solo.

Al estudiar la tabla periódica, es posible que hayas notado algo sobre las masas atómicas de algunos de los elementos. El elemento 43 (tecnecio), el elemento 61 (prometio) y la mayoría de los elementos con número atómico 84 (polonio) y más tienen su masa atómica dada entre corchetes. Esto se hace para los elementos que consisten completamente en isótopos radiactivos inestables. No se puede determinar un peso atómico promedio para estos elementos porque sus radioisótopos pueden variar significativamente en abundancia relativa, dependiendo de la fuente, o incluso pueden no existir en la naturaleza. El número entre corchetes es el número de masa atómica (una masa atómica aproximada) del isótopo más estable de ese elemento.

Figura 2.27. La tabla periódica organiza elementos con propiedades similares en grupos.

Ejemplo 2.7

Nombramiento de grupos de elementos

Los átomos de cada uno de los siguientes elementos son esenciales para la vida. Da el nombre del grupo para lo siguiente elementos:

a. Cloro b. Calcio c. Sodio d. Azufre

Los nombres de la familia son los siguientes:

a. Halógeno. b. Metal alcalinotérreo. c. Metal alcalino d. Calcógeno

Comprueba tu aprendizaje

Indique el nombre del grupo para cada uno de los siguientes elementos:

a. Criptón b. Selenio c. Bario d. Litio

A continuación, presentamos una interesante tabla periódica que hace parte del proyecto three.js, creado por Mr. Doob, que tiene como propósito "crear una biblioteca 3D fácil de usar y liviana con un renderizador WebGL predeterminado" .