Tabla periódica de elementos químicos, piedra fundamental

La Asamblea General de las Naciones Unidas (ONU), proclamó al 2019 como el Año Internacional de la Tabla Periódica de los Elementos Químicos porque se conmemora, entre otros, el 150 aniversario de la publicación de la tabla periódica de los elementos químicos.

La aportación fue del químico ruso Dmitri I. Mendeléiev, quien logró reunir y sistematizar la información dispersa que varios científicos habían obtenido previamente como Johann Wolfgang Döbereiner, Alexandre Emile Béguyer de Chancourtois, John Alexander Reina Newlands, William Odling, Gustavus Detlef Hinrichs y Stanislao Cannizzaro.

“La tabla periódica de los elementos químicos implica la formalización de la química, su valor es comparable con la teoría de la evolución o la teoría de la relatividad para los biólogos y físicos, respectivamente.

Para los químicos la tabla periódica de los elementos es una piedra fundamental del conocimiento, es un gran concepto que puso orden o jerarquía a los elementos, permite el manejo de las sustancias y conocer su reactividad”, destacó el investigador Gabriel Cuevas González-Bravo, del Instituto de Química de la Universidad Nacional Autónoma de México.

La inspiración llegó al científico ruso tras asistir al congreso de Karlsruhe, en Alemania— la primera reunión internacional sobre ciencia en el mundo, realizada del 3 al 5 de septiembre de 1860—, la cual tuvo como objetivo que la comunidad de químicos se pusiera de acuerdo con respecto a los nombres que tendrían los compuestos químicos, pues existía el problema de que una misma sustancia tenía una gran cantidad de nombres.

En su ponencia, Stanislao Cannizzaro, que en el contexto de la estructura de la química fue el primero que estableció con precisión los conceptos de átomo, molécula, peso atómico, peso equivalente y las primeras reglas de combinación, explicaba que un átomo es la porción más pequeña de materia que participa en la composición de una molécula.

Además, el italiano establecía la importancia de los estudios de su compatriota Amadeo Avogadro y de los franceses Jospeh-Louis, Charles F. Gerhardt, Henry V. Regnault, así como el concepto de mol.

Mendeléiev le escuchó con mucho interés, y luego de su intervención se propuso indagar si existía un patrón bajo el cual se pudieran disponer los elementos de la tabla periódica. Con el tiempo, el químico ruso concluiría que era la masa atómica el factor común, destacó Cuevas González-Bravo, doctor en ciencias químicas por el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav).

En su libro Principios de la química, Mendeléiev explicó: “escribí los nombres de los elementos con sus pesos atómicos y sus propiedades características [..] en cartas separadas y esto pronto me convenció de que las propiedades de los elementos tenían una dependencia periódica de sus pesos atómicos, y aunque había tenido mis dudas sobre algunos aspectos oscuros, nunca dudé de la universalidad de la ley”.

El integrante de la Academia Mexicana de Ciencias (AMC) añadió que al colocar los elementos en orden de su masa atómica era posible observar que existen algunas propiedades que se repiten secuencialmente, se les llama propiedades periódicas como la electronegatividad, la afinidad electrónica, el potencial de ionización, el volumen atómico, el radio atómico, etcétera. Mendeléiev observó que las coincidencias entre elementos mejoraban si se dejaban espacios vacíos, y comprendió que eso se debía a elementos que no habían sido descubiertos, por lo que predijo sus propiedades con base en los elementos vecinos.

“La precisión de estas propiedades se corroboraron cuando se descubrieron los elementos químicos con las masas atómicas 45 correspondiente al escandio, 68 (galio), 72 (germanio) 98 y 100 (tecnecio). Nótese la imprecisión en la determinación de la masa atómica en ese entonces. También predijo la existencia del torio, uranio, protactinio y lantano —apuntó el doctor Gabriel Cuevas—.

Hasta el año 1902 Mendeléiev decidió establecer un nuevo grupo para ubicar al helio y al argón, al que llamó grupo de los gases nobles o grupo 0 (cero)”.

No obstante, el concepto de masa atómica mostraba algunos problemas respecto a la periodicidad, precisó el exdirector del Instituto de Química, por ejemplo, en el caso del telurio y el yodo, o la serie cloro-argón-potasio, cuya disposición en la tabla no obedece a la masa atómica.

Fue el inglés Henry Moseley quien en 1913 determinó experimentalmente la carga nuclear de los átomos, encontrando que su magnitud era aproximadamente la mitad de la masa atómica. Usando como criterio el número atómico, los átomos “problemáticos” tomaban la posición correcta en la tabla, siendo el protón la unidad que cuantiza a la tabla periódica que hoy en día conocemos.

Fechas relevantes en torno a la conmemoración. Cuevas González-Bravo, quien en 1993 obtuvo el Premio Weizmann en el área de ciencias exactas y en 2002 fue galardonado con el Premio de Investigación AMC en ciencias exactas, ambas distinciones de la Academia, añadió que se sabe que un elemento químico es una sustancia caracterizada por átomos que tienen el mismo número de protones en el núcleo, y los neutrones —también en el núcleo— tienen que ver con la formación de isótopos y la razón por la que la masa atómica no correlacione en todos los casos con el número atómico. Los electrones son los responsables de las propiedades químicas.

La ONU ha dedicado este año a la tabla periódica de los elementos químicos por su papel relevante en el desarrollo sostenible de la humanidad, los objetivos de la Agenda 2030, la educación científica y el fortalecimiento de capacidades; también como homenaje al reciente descubrimiento de cuatro elementos súperpesados de la tabla periódica con los números atómicos 113 (nihonio), 115 (moscovio), 117 (teneso) y 118 (oganesón), aceptados en 2015 por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada y la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada. En 1869 cuando Mendeléiev presentó su tabla se conocían 63 elementos, hoy son 118.

La organización internacional añadió en su hoja informativa que en 2019 coinciden otros aniversarios relacionados con el tema: el aislamiento del arsénico y el antimonio por Jabir ibn Hayyan hace 1200 años; el descubrimiento del fósforo desde hace 350 años; la publicación de una lista de 33 elementos químicos clasificados en gases, metales, no metales y térreos por Lavoisier en 1789; el descubrimiento de la ley de las tríadas por Döbereiner en 1829 y el descubrimiento del francio por Marguerite Perey en 1939.

El especialista comentó que Antoine Lavoisier es quien hace evolucionar la alquimia en química cuando introduce la posibilidad de cuantificar los procesos químicos al introducir la gravimetría. El libro Tratado elemental de química es el texto fundacional de la química y fue publicado en 1789, justo el año en el que sucede la toma de la Bastilla, hace 230 años, lo que detonó la Revolución francesa.

“Es un libro extraordinario porque Lavoisier introduce conceptos como el de elemento (aquellas sustancias que no pueden descomponer en otras más simples), describiendo 33 de ellas en donde incluye a la luz y al calórico como elementos —hoy se sabe que no lo son— y también propone el primer modelo para explicar cómo suceden las reacciones químicas, además de la célebre ley de conservación de la materia: ‘La materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma’”, destacó el científico.