CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS

INTRODUCCIÓN

Los seres humanos siempre hemos estado tentados a encontrar una explicación a la complejidad de la materia que nos rodea. Al principio se pensaba que los elementos de toda materia se resumían al agua, tierra, fuego y aire. Sin embargo al cabo del tiempo y gracias a la mejora de las técnicas de experimentación física y química, nos dimos cuenta de que la materia es en realidad más compleja de lo que parece. Los químicos del siglo XIX encontraron entonces la necesidad de ordenar los nuevos elementos descubiertos. La primera manera, la más natural, fue la de clasificarlos por masas atómicas, pero esta clasificación no reflejaba las diferencias y similitudes entre los elementos. Muchas más clasificaciones fueron adoptadas antes de llegar a la tabla periódica que es utilizada en nuestros días.

Echamos a continuación la vista atrás para ir viendo en que épocas se descubrieron los distintos elementos que se conocen.

DESCUBRIMIENTO DE LOS ELEMENTOS.

Elementos naturales

Prehistoria y Edad Antigua

Los metales menos reductores como son el Cu, Ag y Hg se encuentran en pequeñas proporciones en estado nativo y se descubrieron a lo largo de esta etapa.
También en esta época se descubre el Fe, al parecer la metalurgia del hierro se inicia en el extremo oriental de Asia Menor unos quince siglos A.C. (actualmente entre Turquía e Irak)
El Pb fue descubierto por los romanos, que lo empleaban en recipientes de bebidas y tuberías para transportar agua.
Entre los no metales ya conocían el S y el C.

Edad Media

En esta época se aislaron nuevas sustancias y entre ellas los elementos As, Sb, Bi, P y Zn.

En el S.XVII

Con las investigaciones del irlandés Boyle se marca la crisis de la Alquimia y el principio de la nueva ciencia química. Define elemento químico como toda aquella sustancia que no puede descomponerse en otras mediante operaciones experimentales.

En el S XVIII

Éste fue el siglo de los gases: N2, H2, O2 y Cl2. También fueron identificados nuevos metales como Co, Mo, Mg…
En este siglo también fue identificado un metal que alcanzaría en el siglo XX una enorme trascendencia, el U, fue descubierto por el alemán Klaproth.
A finales de este siglo sobresale la figura del genio francés Lavoisier.
Lavoisier publicó la primera lista de elementos químicos, 33 en total, donde se consideraban como tales la cal, la sílice, la sosa… e incluso la luz y el calor.

S XIX

El descubrimiento de la primera pila eléctrica por Volta permitió aplicar la electrolisis a la preparación de nuevos elementos como el Na, K… que por su alto poder reductor no podían ser preparados por métodos químicos ordinarios.
A finales de siglo se descubrieron unos gases caracterizados por su alta inercia química, los llamados gases nobles.
En las postrimerías de siglo los esposos Curie descubrían los elementos radiactivos Po y Ra.

S XX

Este siglo fue el de los elementos artificiales.


Elementos artificiales

La primera reacción nuclear llevada a cabo por el hombre la realizó Rutherford al bombardear átomos de nitrógeno con partículas alfa para dar un isótopo de oxígeno y un protón.

14 N + 4 He → 17 O + 1 H

Se trata de la conversión de un elemento el nitrógeno en otro el oxígeno.
Los esposos Curie descubrieron bombardeando Al con partículas alfa fósforo-30, una nueva sustancia que era radiactiva y se descomponía en pocos días. Se había descubierto la radiactividad artificial.
Gracias a esta técnica se fueron obteniendo los elementos que faltaban y llenando la tabla periódica.

La química, en la actualidad, está traspasando los límites de los conocimientos de la ciencia. Hasta 1940 el uranio era el elemento más pesado que se conocía. Este metal, que se da de forma natural, tiene de número atómico 92 ya que su núcleo posee 92 protones
cargados positivamente. Desde entonces, se han descubierto más de veinte elementos con un número atómico mayor.


El nacimiento del elemento 115

Dibujo.jpg



Los elementos pesados se descomponen al emitir átomos de helio con carga, llamados partículas alfa. Las secuencias de esta descomposición fueron empleadas por los científicos americanos, rusos y suizos para probar físicamente la existencia del elemento 115 y el producto de su descomposición después de la emisión de la primera partícula alfa, el elemento 113.
Se obtuvieron durante experimentos con el ciclotrón JINR U400 realizados entre el 14 de julio y el 10 de agosto de 2003 al bombardear con átomos de calcio un blanco de americio.

Dibujo2.jpgIlustración del momento de la colisión entre un ion de calcio-48 acelerado y el átomo diana de americio-243.

El nacimiento del elemento 118.

Un equipo de científicos rusos y americanos crearon el elemento más pesado nunca visto en un laboratorio, una pizca de materia que duró menos de una milésima de segundo pero que añadió una entrada en los extremos de la tabla periódica y que sugiere que nuevos elementos extraños pueden encontrarse más allá..
Los experimentos tuvieron lugar cuando científicos del laboratorio ruso usaron el ciclotrón para bombardear con átomos de calcio, con 20 protones, un blanco de californio, con 98 protones.
En casos extremadamente raros, se pegaron. Los detectores encontraron que dos grupos de protones se juntaron para producir el elemento 118.
El descubrimiento convierte el total en cinco nuevos elementos para la colaboración Livermore-Dubna (113, 114, 115, 116 y 118).




EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS QUIMICOS.

Comienzos

Los nuevos elementos que se fueron encontrando necesitaban un intento de clasificación racional.
Uno de los primeros intentos en esta dirección fue el del químico alemán Döbereiner en el S XIX, quién señaló que se podían relacionar ciertos elementos en grupos de tres, a los que llamó triadas, de modo que se encontraba una semejanza en sus propiedades, y el peso atómico del elemento del medio era aproximadamente la media aritmética de los pesos atómicos de los otros dos elementos, esto ocurre por ejemplo con la traida cloro-bromo-yodo. Pero había otros elementos que se resistían a ser agrupados en triadas.
Con valores más correctos de los pesos atómicos se pudo dar nuevo impulso a la clasificación de los elementos. El químicos inglés Newlands, dispuso los elementos conocidos en orden creciente de pesos atómicos y observó que se evidenciaba un orden entre las propiedes de ellos,disponiendo los elementos en columnas de siete, los que formaban una fila horizontal presentaban propiedades semejantes, a esta regularidad la llamó ley de las octavas por la analogía que apreció con la escala de las notas musicales. La idea de Newlands no tubo éxito. El fallo principal que tuvo Newlands fue el considerar que sus columnas verticales (que serían equivalentes a períodos en la tabla actual) debían tener siempre la misma longitud. Esto provocaba la coincidencia en algunas filas horizontales de elementos totalmente dispares y tuvo como consecuencia el que sus trabajos fueran desestimados.

Otros científicos imaginaron representaciones tridimensionales, como el francés Chancourtois , que publicó una ordenación basada también en los pesos atómicos crecientes dispuestos de forma helicoidal en una superficie cilíndrica, esta disposición se conoció como caracol telúrico, los elementos con propiedades semejantes se agrupaban bajo líneas verticales. Esta propuesta tampoco tuvo éxito debido a que elementos se alejaban de esta regularidad.


La Tabla Periódica de Mendeleiev


Todos estos intentos recibieron su respaldo definitivo en 1869 con los trabajos del alemán Meyer, y el ruso Mendeleiev. Meyer clasificó los 55 elementos conocidos hasta entonces, distribuidos en grupos y subgrupos, basada en algunas propiedades físicas de los elementos (V atómico, Ptos de fusión y ebullición,...) que variaban periódicamente con los pesos atómicos. La longitud de los periodos a diferencia de las octavas de Newlands no era siempre la misma.
Mendeleiev presentó una clasificación de los elementos basada primordialmente en la periodicidad de sus propiedades químicas.
Las tablas originales de Meyer y Mendeleiev muestran una gran similitud, ambas se fundamentan en la llamada ley periódica, que podemos enunciar:
Las propiedades de los elementos químicos no son arbitrarias, sino que varían con el peso atómicos de una manera periódica.
Debido a la prioridad de sus publicaciones, unido al carácter más sencillo y completo, convirtió a la tabla de Mendeleiev en el punto de partida de todas las clasificaciones posteriores.
Sorprendente fue la audacia de Mendeleiev al predecir la existencia de elementos no descubiertos aún, y al resumir las propiedades que estos elementos debían poseer. En todos los casos estas predicciones fueron confirmadas exactamente por las investigaciones posteriores.

La Tabla periódica actual

En nuestros días se acepta de forma general el llamado sistema periódico largo elaborado por Wernner y Paneth; está basado en el número atómico y la configuración electrónica de los átomos. Está formado por siete períodos, 18 columnas y cuatro bloques:
Bloque “s”: A la izquierda de la tabla, formado por los grupos 1 y 2.
Bloque “p”: A la derecha de la tabla, formado por los grupos del 13 al 18.
Bloque “d”: En el centro de la tabla, formado por los grupos del 3 al 12.
Bloque “f”: En la parte inferior de la tabla.
Dibujo3.jpg

BLOQUE
GRUPO
NOMBRE
s
1
ALCALINOS
s
2
ALCALINOTÉRREOS
p
13
TÉRREOS
p
14
CARBONOIDES
p
15
NITROGENOIDES
p
16
ANFÍGENOS
p
17
HALÓGENOS
p
18
GASES NOBLES
d
3 a 12
ELEMENTOS DE TRANSICIÓN
f

ELEMENTOS DE TRANSICIÓN INTERNA


El H (de difícil ubicación en la tabla y He en el grupo de los gases nobles.

LA TABLA PERIÓDICA ¿Qué es? Se trata de una ordenación de los elementos de acuerdo con sus propiedades químico-físicas (actualmente el criterio de ordenación es el número atómico principalmente y la estructura electrónica del elemento). La tabla periódica indica ciertas propiedades químico-físicas de cada elemento. En las más sencillas, suele indicarse el símbolo, el número atómico y la masa. En las tablas más completas se indica un gran número de propiedades, como la electronegatividad, potenciales de ionización, temperaturas de fusión y ebullición, estructura cristalina, etc.