En la Conferencia General del 2 de noviembre de 2017, la Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO) proclamó al año 2019 como el Año Internacional de la Tabla Periódica de los Elementos Químicos, en memoria del trabajo propuesto por el científico ruso Dmitri I. Mendeleiev en 1869.

Esta conmemoración da continuidad a Años Internacionales anteriores: de la Física (2005), de la Astronomía (2009), de la Química (2011), de la Cristalografía (2014) y de la Luz y las Tecnologías basadas en la Luz (2015), como una manera de fortalecer los esfuerzos de la cooperación internacional para promover la educación y el desarrollo de las ciencias químicas y físicas. En esta ocasión también se busca reconocer a las ciencias fundamentales como pilar de la humanidad para cumplir con la Agenda 2030 de las Naciones Unidas para el Desarrollo Sostenible.

Muchos otros onomásticos se han añadido a esta celebración. Por ejemplo, se recuerdan los trabajos del sabio musulmán Jabir ibn Hayyan para aislar los elementos arsénico y antimonio, hace unos 1200 años, y del alquimista alemán Hennig Brand para descubrir el elemento fósforo hace 350 años (en 1669). También se conmemoran los 230 años de la publicación del Tratado Elemental de Química (en 1789), del francés Antoine Lavoisier, considerado por muchos como el padre de la química; este Tratado introduce el concepto de elemento químico y realiza una clasificación de 33 elementos conocidos hasta esa época. Se rememoran además los 190 años del trabajo publicado por el químico alemán Johann Wolfgang Döbereiner en 1829, en el que clasifica los elementos en tríadas o grupos de tres, en función de su masa atómica y de sus propiedades análogas. Finalmente, se celebran los 80 años del descubrimiento del elemento francio por la física francesa Marguerite Perey en 1939, así como los recientes descubrimientos y denominaciones de cuatro elementos sintéticos: nihonio, moscovio, teneso y oganesón.

La Tabla Periódica de los Elementos Químicos es la columna vertebral de la química moderna: constituye la base para la comprensión de la estructura de la materia y sus cambios; pero además es un ejemplo claro de la sistematización de la ciencia y la colaboración internacional. La tabla periódica no sólo atañe al desarrollo de la química, sino también es vital en otras áreas de la ciencia, como la física y la biología, procurando un avance en el conocimiento para resolver los grandes problemas a los que se enfrenta actualmente la humanidad.

La Tabla Periódica de los Elementos Químicos es la columna vertebral de la química moderna…

Los elementos químicos son las piezas fundamentales de la materia: un centenar de átomos distintos que, combinados de distintas formas, pueden generar millones de moléculas diversas. Tanto los elementos como las moléculas, puros o en un gran número de mezclas distintas, constituyen todas las sustancias que conforman la materia de la Tierra y del universo. Actualmente se tiene un registro de más de 144 millones de sustancias, según el Chemical Abstracts Service (CAS), una oficina de la Sociedad Química de los Estados Unidos (ACS, por sus siglas en inglés). Cada sustancia tiene sus propiedades que las distinguen de otras sustancias, incluyendo su composición, su estabilidad en el tiempo o su capacidad de transformarse.

Existen diversos métodos físicos para separar mezclas de sustancias. Sin embargo, las moléculas que conforman los compuestos sólo pueden separarse por procesos químicos, mediante rompimiento y formación de enlaces. En última instancia, al romper todos los enlaces químicos de una molécula, se quedan sus átomos. Estos átomos son la última división que puede hacerse en química. Al separar las partículas que conforman un átomo, regresamos al dominio de la física y hablamos de partículas subatómicas. Esta desagregación de la materia la podemos ver con un par de ejemplos muy simples:

(1) El aire que constituye nuestra atmósfera terrestre es una mezcla de gases: gas nitrógeno (79 %) y gas oxígeno (21 %), aunque también encontramos gas argón, agua gaseosa y dióxido de carbono, entre otras sustancias. Al gas nitrógeno lo conforman moléculas de nitrógeno; a su vez, cada molécula está formada por dos átomos de nitrógeno unidos por un enlace químico. Algo similar sucede con el gas oxígeno, en la que un par de átomos de oxígeno enlazados forman sus moléculas. El gas argón, por su lado, está constituido por átomos de argón, sin enlaces, y por tanto sin formar moléculas. Finalmente, cada molécula de agua está constituida por dos átomos de hidrógeno enlazados a un átomo de oxígeno, mientras que una molécula de dióxido de carbono está formada por dos átomos de oxígeno enlazados a uno de carbono.

(2) El agua de mar es una mezcla compuesta principalmente por moléculas de agua (97 %), pero tiene además una variedad de sustancias insolubles como arena y algunas partículas de origen biológico, así como una variedad de componentes solubles como los mismos gases del aire y diversas sales minerales (principalmente cloruro de sodio). La composición de la arena está dada principalmente por moléculas de óxido de silicio (un átomo de silicio enlazado a dos átomos de oxígeno). El cloruro de sodio es una molécula formada por un átomo de cloro enlazado a un átomo de sodio, aunque al tener contacto con el agua el enlace desaparece, dejando separados los átomos en forma iónica.

A estas alturas, el lector estará confundido por tantas descripciones, pero conviene definir algunos términos más para la comprensión cabal de la compleja composición de la materia y la utilidad de la tabla periódica de los elementos. Ya se dijo antes que la estructura base son los átomos y que existen unos cien tipos de átomos distintos. Las diferencias entre átomos radican básicamente en su composición subatómica, pero describiremos primero sus similitudes. Todos los átomos están formados por un núcleo con carga eléctrica positiva y por electrones de carga eléctrica negativa a su alrededor. El núcleo atómico, a su vez, está conformado por dos tipos de partículas: los protones (con carga eléctrica positiva) y los neutrones (sin carga eléctrica o neutros). Cada átomo está formado por el mismo número de protones y electrones, de tal manera que se mantiene neutro; es el número de estas subpartículas lo que define a cada átomo distinto y se denomina número atómico.

Todos los átomos están formados por un núcleo con carga eléctrica positiva y por electrones de carga eléctrica negativa a su alrededor.

El número de neutrones es específico para cada tipo de átomo, aunque existen átomos que de manera natural pueden tener distintas cantidades de neutrones, pero conservando el mismo número de protones; estos átomos con distintas cantidades de neutrones se denominan isótopos. Normalmente uno de los isótopos constituye el elemento más estable y más abundante en la naturaleza, pero los otros también tienen también algún porcentaje de representación y frecuentemente se descomponen con el tiempo. Es el número de protones y neutrones en el núcleo lo que define la masa del átomo, pues los electrones tienen una masa significativamente inferior a la del núcleo; por tanto, cada elemento tiene una masa atómica característica, aunque los isótopos de un mismo átomo tienen masas distintas.

Tomemos por ejemplo al átomo de carbono, cuyo isótopo más abundante tiene seis protones, seis neutrones y seis electrones. Por tanto, el carbono tiene número atómico 6 y una masa atómica de 12, considerando que cada protón y neutrón contribuye con una unidad; este isótopo se denomina también como carbono 12. Existen también los isótopos llamados carbono 13 (con siete neutrones) y carbono 14 (con ocho neutrones). A diferencia de los dos primeros isótopos, el carbono 14 es inestable y se descompone con el tiempo, por lo que se le ha utilizado ampliamente para estimar la edad de distintos objetos que contienen carbono.

Siguiendo el trabajo de Döbereiner y otros científicos posteriores a éste, Mendeleiev, hace 150 años, propuso justamente clasificar alrededor de 60 elementos conocidos en su época, basados en su masa relativa y en sus propiedades químicas. Mendeleiev observó que estas propiedades se repetían para los elementos de manera periódica conforme aumentaban sus masas relativas, lo que permitía clasificarles en familias con propiedades comunes y masas relativas ascendentes. La gran contribución de Mendeleiev fue su apuesta a corregir masas relativas de algunos elementos, al ver que sus propiedades coincidían más con una familia que con otra, así como a dejar huecos en la tabla con las distintas familias, prediciendo la existencia de elementos aún no descubiertos y con características específicas.

Gracias a la tabla periódica es posible explicar a formación de enlaces químicos y moléculas, pero también el diseño de nuevas moléculas con propiedades específicas.

En pocos años, la tabla periódica que propuso Mendeleiev se fue consolidando con nuevos elementos descubiertos que cumplían con las predicciones hechas y con la corrección experimental de errores detectados en las masas relativas de elementos ya conocidos. Lo más interesante, sin embargo, es que en la época del químico ruso aún no se conocía de manera certera la existencia de los átomos y mucho menos la estructura subatómica que da origen a las propiedades de los elementos, incluyendo su masa atómica.  Fue hasta finales del siglo XIX y principios del XX que fueron descubiertas las distintas partículas subatómicas y que se describieron los primeros modelos, mediante los cuales se desarrolló la teoría cuántica para describir la estructura atómica como la conocemos en la actualidad. La química cuántica permite no sólo describir las probabilidades con las que los electrones de un átomo se encuentran alrededor de su núcleo y las propiedades químicas que este arreglo le confieren, sino también ha permitido describir la interacción entre átomos para formar enlaces químicos. En efecto, dos átomos son atraídos eléctricamente a través de la interacción del núcleo de un átomo con los electrones del otro. Esta atracción permite que la energía de los dos átomos disminuya cuando se acercan, hasta llegar a una distancia óptima con mínima energía; decimos entonces que se forma un enlace químico. Gracias a la tabla periódica es posible explicar a formación de enlaces químicos y moléculas, pero también el diseño de nuevas moléculas con propiedades específicas.

En su libro Hijos de las estrellas (Debate, 2017), la astrónoma chilena María Teresa Ruíz describe poéticamente el origen de los elementos: “El hidrógeno de mis lágrimas lo fabricó el Big Bang, el calcio de mis huesos y el oxígeno de mi sangre se cocinó en las estrellas”. Por su lado, el artista visual británico Bill Woodrow creó en 1994 una serie de grabados adquiridos por la galería londinense Tate e inspirados en el libro El sistema periódico (1975) del escritor y químico italiano Primo Levi. En su libro, Levi narra su experiencia personal durante la Segunda Guerra Mundial a través de 21 capítulos, cada uno con el título e inspiración de un elemento químico de la tabla periódica.

En plena crisis ambiental y humana del siglo XXI, la tabla periódica resurge como la nueva piedra filosofal, ya no para conseguir el oro o la fuente de vida eterna que anhelaban los alquimistas medievales, sino como fuente de inspiración para proponer una nueva orientación al desarrollo de la humanidad, basada evidentemente en los avances científicos, y haciendo frente a un sistema económico despiadado. Es la oportunidad de los elementos de hacer una nueva danza, al estilo de La Suite de los Elementos que compuso recientemente el químico y músico de origen mexicano Héctor Rasgado.

Vivamos entonces en este 2019 la fiesta de la Tabla Periódica de los Elementos Químicos.C2

 

Leer el siguiente artículo…

Algunas ligas para explorar:

https://unesdoc.unesco.org/ark:/48223/pf0000259915_spa

https://www.cas.org/about/cas-content

https://elpais.com/cultura/2017/09/21/actualidad/1506019869_187783.html

https://www.tate.org.uk/art/artworks/woodrow-the-periodic-table-65994

http://colnal.mx/news/la-suite-de-los-elementos

Sobre el autor

Desde 2004, Rodrigo Patiño es investigador en la Unidad Mérida del Cinvestav. Se interesa por la investigación interdisciplinaria; participa activamente como profesor de programas de posgrado y también en actividades de difusión y divulgación de la ciencia.

POR:

rodrigo.patino@cinvestav.mx

Desde 2004, Rodrigo Patiño es investigador en la Unidad Mérida del Cinvestav. Se interesa por la investigación interdisciplinaria; participa activamente como profesor de programas de...

1 Comentarios

    • Erika Corina -

    • 17 febrero, 2019 - 07:31 am

    Excelente información no deja uno de aprender detalles referente a la TP , utilizaré su artîculo para que mis alumnos de secundaria valoren las aportaciones más significativas de su avance de su estudio y estructura a través del tiempo ,Felicidades

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Sobre el autor

Desde 2004, Rodrigo Patiño es investigador en la Unidad Mérida del Cinvestav. Se interesa por la investigación interdisciplinaria; participa activamente como profesor de programas de posgrado y también en actividades de difusión y divulgación de la ciencia.