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A inicios de 1869 un químico ruso llamado Dmitri Mendeléyev ordenó los elementos conocidos hasta ese momento según su peso atómico y afinidad química.
Ese fue el nacimiento de la “Tabla Periódica de los Elementos Químicos”, una guía tan completa y sencilla que no solo se volvió útil para aplicaciones de diferentes ramas de la ciencia; hoy, 150 años después, sigue siendo el primer acercamiento a la química para cientos de miles de colegiales.
En muchas aulas de ciencia de alrededor del mundo, este instrumento luce en una pared.
En siglo y medio, la tabla periódica ha sufrido transformaciones: nuevos elementos, cambios en algunos según lo que se ha descubierto de ellos y hasta diferentes formas de clasificarlos y acomodarlos. Sin embargo, lo creado expresamente por Mendeléyev se mantiene.
Por este motivo, la revista Science dedicó gran parte de la edición de este jueves a brindarle un homenaje a esta popular herramienta. Además, la Organización de Naciones Unidas (ONU) declaró al 2019 como “el año internacional de la tabla periódica”.
“La Tabla Periódica de los Elementos Químicos es uno de los logros más significativos de la ciencia: no solo captura la esencia de la química, también de la física y la biología”, destacó la ONU.
Science, al presentar esta edición especial, deja en claro la importancia de este hito. Además destaca la contribución que ha hecho hasta hoy y sus implicaciones futuras.
“Parte del éxito de la tabla original de Dmitri Mendeléyev es que dejó ‘huecos’ para posteriormente rellenar con los elementos nuevos que se fuera descubriendo”, cita el documento.
Y añade: “Mendeléyev predijo algunas propiedades de estos elementos, y esto condujo a toda una cadena de hipótesis. La estructura de la tabla periódica también se apoya en mecánica cuántica. Los elementos en sí mismos son una cadena compleja de procesos de nucleosíntesis estelar, y la última frontera de la tabla –la búsqueda de los llamados elementos superpesados– pone a prueba los límites de la física atómica”.
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Evolución histórica y utilidad
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Cuando Mendeléyev “acomodó” los elementos en la primera tabla periódica esta alcanzaba a los 63 conocidos hasta aquel entonces.
Hoy, luego de múltiples revisiones (la última fue del 1.° de diciembre del 2018, luego de ser actualizada en junio pasado) incluye a 118 elementos.
Sus miembros más nuevos llegaron en el 2016. Estos son: nihonio, moscovio, tenesino y oganesón.
El nihonio (Nh) es el primer elemento descubierto en Asia. Su nombre hace referencia a la palabra Nihón, que significa Japón.
El moscovio (Mc) hace referencia a Moscú y fue descubierto por científicos rusos y estadounidenses.
El tenesino (Ts) recibió su nombre en homenaje a los institutos de investigación de Tennessee, en Estados Unidos y el oganesón (Og), en referencia al físico nuclear ruso Yuri Oganesián.
De cada elemento se recoge su peso atómico (número de protones, partículas con carga positiva en el átomo), configuración de electrones (partículas con carga negativa) y otras propiedades químicas. También está su nomenclatura química (un par de letras que se asignan para indentificarlo).
En el acomodo de Mendeléyev, según ese número de protones, el primer elemento es el hidrógeno (peso atómico 1) y el último elemento es el oganesón con 118.
En esta tabla, llamada también “internacional”, los elementos están divididos en 18 columnas o grupos y 7 filas o períodos. También se les asigna un color diferente para determinar el tipo o agrupación: metales, no metales y metaloides.
La mayoría de los elementos son metales: conducen electricidad y calor, son brillantes y solo se derriten a altas temperaturas. Algunos ejemplos son el mercurio, el hierro y el cobre.
Los no metales son opacos, malos conductores de calor y de electricidad, se derriten a temperaturas más bajas y son frágiles y quebradizos. El helio, el carbono y el oxígeno son ejemplos de no metales.
Y los metaloides tienen propiedades intermedias entre ambos. Algunos ejemplos son silicio, arsénico y polonio.
¿Por qué es importante esta clasificación? Si se conocen las características de cada elemento y la forma en la que interaccionan, se podrá saber su utilidad y aplicarla a descubrimientos e inventos.
Medicamentos, materiales de construcción y diferentes productos de la vida diaria como computadoras han sido posibles gracias al conocimiento de los elementos.
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¿Cómo ingresa un elemento a la tabla?
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No es tarea sencilla descubrir un nuevo elemento y que este logre pasar los criterios de inclusión en la tabla periódica. La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC, por sus siglas en inglés) es la encargada de tomar esta decisión. Dentro de sus criterios, se establece, por ejemplo, que quien diga haber descubierto un nuevo elemento y desee someterlo al ingreso a la tabla, debe demostrar experimentalmente, la existencia de un núcleo atómico con un peso que no esté descrito anteriormente y que se encuentre presente en nuestro universo o bien que sea creado en laboratorio pero pueda subsistir fuera de este.
También deben describirse y demostrarse sus propiedades químicas.
Esto no quiere decir que los científicos deban presentar “un trozo” o un material formado con dicho elemento. Los investigadores entregan a la IUPAC los datos y resultados que reflejan sus experimentos.
Para que esta organización los acepte y verifique un nuevo elemento, dichos experimentos deben ser replicados después en diferentes laboratorios avalados por la IUPAC.
Solventado este paso, se invita a los expertos a una reunión para nombrar al nuevo elemento.
¿Habrá un elemento 119? Varios laboratorios alrededor del mundo trabajan en su búsqueda, pero aún no hay resultados concluyentes.
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¿Cómo se nombran los elementos?
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El bautizo de un nuevo elemento es un proceso sumamente complejo. Una vez que se reclama el descubrimiento de uno nuevo se le da un nombre y un símbolo temporal para posteriormente ser nombrado oficialmente.
Este proceso puede tardar varios meses, pues en ocasiones varios laboratorios se adjudican el descubrimiento de determinado elemento y cada institución o país querrá darle un nombre según su identidad.
De acuerdo con la IUPAC, los elementos pueden hacer referencia a un nombre mitológico, un mineral, un lugar, una nació, una propiedad o un científico.
Cuando ya el descubrimiento de un elemento fue validado y la IUPAC se lo asignó a determinado laboratorio o instituto científico, es cuando comienza el proceso para el nombre definitivo.
El laboratorio o laboratorios a los que la IUPAC atribuye el hallazgo son invitados a a proponer un nombre y un símbolo. La IUPAC revisa la propuesta y si la acepta, luego de una revisión pública de cinco meses, se formaliza el nombre.
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Otras versiones e historia previa
En Costa Rica sí se utiliza esta “tabla internacional”. No obstante, también es muy difundida y estudiada la versión de la tabla periódica del costarricense Gil Chaverri, basada en la estructura electrónica.
En lugar de ordenarlos por peso atómico, Chaverri lo hizo con base en la forma en la que los electrones (cargas negativas del átomo) se estructuran, acomodan y “comunican” dentro del átomo. Cada elemento tiene su estructura electrónica particular.
Esta tabla divide a los elementos en “representativos”, “transición” y “tierras raras”.
También está la “tabla periódica de isótopos”. En este caso, no se organizan por el peso atómico, porque se reconoce que estos no son constantes en la naturaleza. En su lugar, lo hace según los isótopos. Es decir, un mismo elemento puede tener distintas versiones, con diferente masa; estas versiones son los isótopos.
Un mismo elemento puede tener distintos isótopos. Entonces, esta tabla divide a los elementos en cuatro grupos. En el primero están los que tienen un solo isótopo estable (21 elementos). En el segundo los que poseen varios isótopos estables pero cuya diferencia es tan pequeña que no puede medirse (como el mercurio).
En el tercer grupo se encuentran los que tienen isótopos estables cuya diferencia sí puede medirse (como el cloro). Finalmente, en el cuarto destacan los que tienen isótopos inestables (usualmente son elementos radiactivos, como el americio).
Pero antes de estas versiones –y antes de Mendeléyev– hubo “abuelas” de la tabla periódica. Por ejemplo, en 1809, se descubrieron al menos 47 elementos y los científicos comenzaron a ver patrones en las características de estos.
En 1817, el químico alemán Johann Dobereinerhizo elaboró un documento que mostraba una relación entre la masa atómica de ciertos elementos y sus propiedades. Ahí demostró la existencia de similitudes entre elementos agrupados en tríos que el denominaba “tríadas”. La masa de uno de los tres elementos de la tríada es intermedia entre las otras dos.
En 1863, el químico inglés John Newlands dividió los 56 elementos descubiertos en 11 grupos, según sus características. Newlands creó así el concepto de “octavas”, en donde, según cada ocho elementos, se tienen propiedades similares.
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