HISTORIA DE LA TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS. Alquimistas racionales (I)

La tabla periódica de los elementos es el resultado de un viaje de conocimiento y experimentos que se ha extendido a lo largo de muchos siglos. Una de las grandes preguntas que se ha hecho el ser humano desde sus orígenes es de qué está compuesta la materia. En el siglo V a.C. Empédocles enunció su teoría de los cuatro elementos a los que Aristóteles añadió un quinto, el éter, que sería el componente básico de las estrellas.

Robert Boyle

Con el tiempo se descubrió que ciertas sustancias no podían ser reducidas a una mezcla de agua, fuego, tierra y aire y que en realidad esas sustancias eran irreducibles o «elementales». Los primeros materiales que adquirieron tal categoría fueron el Oro (Au) y el Hierro (Fe).

Durante toda la Edad Media y parte del Renacimiento la ciencia alquímica intentó obtener transmutaciones de unos elementos en otros. Los experimentos eran totalmente erróneos pero sirvieron para que se descubriesen múltiples elementos que hasta ese momento no se conocían de forma aislada. No fue hasta el siglo XVII cuando el irlandés Robert Boyle establece el concepto moderno de elemento químico, comenzando un camino que finalizará cuando Mendeleiev presente su tabla en 1869. Veamos cómo fue ese camino.

El libro más importante que escribió Robert Boyle fue sin duda The Sceptical Chymist (1661) en el cual cuestiona toda la ciencia alquímica que hasta aquel momento había sido dominante. Boyle establece que hay ciertas sustancias que son elementales y que son éstas las que por combinación o reacción forman el resto.

El siguiente paso importante lo dio Antoine de Lavoisier en 1789 con su Tratado elemental de química, este libro se considera como la obra que inaugura la química moderna. En él Lavoisier actualiza el concepto de elemento de Boyle y hace una clasificación de los elementos conocidos hasta ese momento. Os sorprenderán algunos de ellos:

Como veis se consideraba que la luz y el calor eran elementos componentes de la materia. En el siglo XVIII se descubrieron además de estos elementos el Nitrógeno (N), el Wolframio (W),  el Titanio (Ti) y  el Vanadio (V). En todas las clasificaciones lo más importante es tener un buen criterio de clasificación. Lavoisier se basó en la reactividad que no es precisamente el mejor.

A principios del siglo XIX el número de elementos conocidos era ya de 55 y Berzelius los ordenó en una tabla de forma alfabética… si el criterio anterior era malo este lo empeoraba.

En 1829 Döbereiner hace pública su teoría de las triadas que consistía en lo siguiente: este químico alemán se dio cuenta de que en algunas ocasiones entre dos elementos había un tercero cuya masa tenía un valor medio entre las de los dos elementos considerados. Formaban «tripletes» o triadas. Además los tres elementos tenían las mismas propiedades. Algunos ejemplos eran el Calcio (40,08) y el Bario (137,34) entre los cuales caía el Estroncio (87,62) con una precisión matemática. Esta teoría tuvo una gran acogida y en pocos años se descubrieron nuevas triadas. En 1850 ya se habían descrito 20. Por primera vez se utilizó la masa para clasificar los elementos y se comprobó que era el sistema más coherente. Mendeleiev también siguió este método como luego veremos. El criterio actual es otro: el número atómico o número de protones en el núcleo del elemento. Curiosamente la tabla cambia muy poco ya  que la masa la dan los protones y los neutrones.

Dos grandes problemas retrasaban el avance de los químicos de principios del siglo XIX, el más importante era que los métodos de medición de masas no eran todo lo precisos que debían. Este problema no se solucionó hasta mucho tiempo después y muchas de las masas con las que se trabajaba eran totalmente incorrectas. El segundo era que no había un criterio unificado sobre los conceptos de peso atómico, molecular y equivalente.

Amadeo Avogadro

Este problema no fue definitivamente resuelto hasta que el químico alemán Kekulé convocó en 1860 lo que ahora se denominaría un congreso internacional de químicos en Karlsruhe (Alemania) en el que entre otras muchas cosas se fijaron estos conceptos y al que asistió un químico italiano llamado Avogadro. En los años siguientes Avogadro desarrolló un cuerpo teórico para esos conceptos que todos los que hemos tenido que estudiar algo de química conocemos.

Entre los años 1862  y 1869 hay cuatro personas que llegan a un resultado correcto para una clasificación de los elementos pero sólo uno de ellos pasará a la historia. Vayamos con el primero, el geólogo francés Chancourtois que en 1962 publica su «Espiral Telúrica«. Esta proposición fue totalmente ignorada a pesar de ser correcta debido a que fue enunciada de una forma muy compleja y poco accesible. Se basaba en una línea espiral sobre la que se iban colocando los distintos elementos químicos de tal manera que una vuelta de espiral significaba un aumento de 16 unidades de masa atómica, con ello se lograba que todos los elementos de propiedades similares (mismo grupo) acabasen alineados en vertical. En el centro del gráfico se encontraba el Teluro (Te), de ahí el nombre que recibió.

El siguiente fue el químico inglés Newland que en 1865 propuso la «Ley de las octavas» que para los que sepáis algo de música os sonará a otra cosa. Se basaba en el hecho de que al tomar  nueve elementos, el noveno y el primero tenían propiedades muy similares. Tiene su lógica ya que si os fijáis en la tabla periódica y empezáis por el Litio (Li) y contáis 8 elementos el número 9 es el Sodio (Na) que pertenece al mismo grupo que el Litio. La principal debilidad de esta teoría era el hecho de que en aquel momento ya se conocían unos 60 elementos y el mecanismo de Newland sólo funcionaba hasta el Calcio (Ca) ya que entonces aparece el grupo de los elementos metálicos y ya no hay que contar 8 si no 18. Newland fue ridiculizado en la Royal Society of Chemistry de Inglaterra ya que su sistema sólo clasificaba 20 de los 60 elementos. Su trabajo no fue publicado y decidió retirarse del mundo académico para trabajar de químico para una empresa azucarera.

Tabla periódica completa (no oficial)

El químico alemán Meyer es probablemente el más injustamente tratado de estos cuatro personajes ya que enunció completamente y de una manera correcta la ordenación de los elementos por valencia primero (1864)  y por masa y valencia después (1868) y sin embargo nunca obtuvo ningún reconocimiento. Meyer se había dado cuenta que existía cierta periodicidad en la variación de la masa frente al volumen atómico como se aprecia en esta siguiente gráfica

El volumen crece de periodo a periodo (de fila a fila) pero dentro de un mismo periodo no. Ahora se sabe que esto es debido a que al cambiar de periodo se amplían los niveles energéticos u orbitales disponibles para colocar electrones. En aquel momento Meyer no podía saber esto pero lo que aprendió fue que había patrones que se repetían cíclicamente. Meyer se retrasó en sus  experimentos y al final no publicó sus trabajos definitivos hasta 1870 pero ya era muy tarde. No obstante cuando se aclamó a Mendeleiev por su hallazgo éste fue lo suficientemente humilde como para aceptar que Meyer había sido codescubridor del sistema de ordenación periódico. Un caso de serendipia clásico.

Y era muy tarde porque Mendeleiev publicó su ordenación periódica en 1869 pero eso será tema del siguiente post. Además veremos las aportaciones que hicieron los que vinieron tras él. También explicaremos unas tablas a las que no solemos estar acostumbrados, las tablas periódicas cuánticas. Un saludo lunáticos.

J. Pellitero

Más información:

2011 Año Internacional de la Química: http://www.chemistry2011.org/

Royal Society of Chemistry: http://www.rsc.org/

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0314-01/elemento.htm

http://www.lenntech.es/periodica/historia/historia-de-la-tabla-periodica.htm

http://www.rsc.org/education/teachers/learnnet/periodictable/pre16/develop/newlands.htm

http://www.wou.edu/las/physci/ch412/perhist.htm