Cada rama de la ciencia tiene su aniversario favorito.
Para la física, es el del libro de las leyes de Newton de 1687, el libro que introdujo las leyes del movimiento y de la gravedad.
La biología celebra El origen de las especies de Charles Darwin (1859) junto con su cumpleaños (1809).
Los fanáticos de la astronomía conmemoran el año 1543, cuando Copérnico colocó el sol en el centro del Sistema Solar.
Pero para la química, ninguna causa de celebración supera el origen de la tabla periódica de los elementos.
Tabla creada hace 150 años en marzo, y publicada en 1869 por el químico ruso Dmitrii Ivanovich Mendeleev.
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La Tabla
La tabla periódica de los elementos de Mendeleev se ha vuelto tan familiar para los estudiantes de química como las hojas de cálculo para los contables.
Resume una ciencia completa en aproximadamente 100 cuadrados que contienen símbolos y números.
Enumera los elementos que componen todas las sustancias terrenales, dispuestas de manera que revelen patrones en sus propiedades, guiando la búsqueda de la investigación química tanto en la teoría como en la práctica.
«La tabla periódica es posiblemente el concepto más importante en química«, Escribió el químico Peter Atkins,
La tabla de Mendeleev parecía un juego de cartas del solitario, pero lo que pretendía era que la mesa expresara una profunda verdad científica que había descubierto: la ley periódica.
Su ley reveló relaciones familiares profundas entre los elementos químicos conocidos (exhibían propiedades similares a intervalos regulares (o períodos) cuando se ordenaban por su peso atómico) y permitían a Mendeleev predecir la existencia de elementos que aún no se habían descubierto.
«Antes de la promulgación de esta ley, los elementos químicos eran meros hechos fragmentarios e incidentales en la Naturaleza», declaró Mendeleev.
«La ley de periodicidad primero nos permitió percibir elementos no descubiertos a una distancia que antes era inaccesible para la visión química».
La tabla de Mendeleev, con la distribución de los elementos, hizo más que predecir la existencia de nuevos elementos.
Validó la creencia entonces controversial en la realidad de los átomos. Insinuó la existencia de una estructura subatómica y anticipó el aparato matemático que subyace a las reglas que gobiernan la materia que eventualmente se reveló en la teoría cuántica.
Su mesa determinó la transformación de la ciencia química del misticismo mágico medieval de la alquimia al reino del rigor científico moderno.
La tabla periódica simboliza no solo los constituyentes de la materia, sino la lógica y la racionalidad basada en principios de toda la ciencia.
La tabla periódica de Mendeleev, publicada en 1869, era un gráfico vertical que organizaba 63 elementos conocidos por su peso atómico. Esta disposición colocó elementos con propiedades similares en filas horizontales.
El título, traducido del ruso, dice: «Proyecto de sistema de elementos: basado en sus masas atómicas y características químicas».
Además, Mendeleiev establece también lo que se conoce como Ley Periódica: Las propiedades de los elementos son una función periódica de sus pesos atómicos. Por esta ley es por lo que se conoce como la «Tabla Periódica de los Elementos».
Para saber más sobre la estructura de la tabla periódica te recomendamos: Estructura de la Tabla Periódica.
Sentando las Bases de la Tabla
La leyenda dice que Mendeleev concibió y creó su famosa tabla en un solo día: 17 de febrero de 1869, en el calendario ruso (1 de marzo en la mayor parte del resto del mundo).
Pero eso es probablemente una exageración.
Mendeleev había estado pensando en agrupar los elementos durante años, y otros químicos habían considerado la noción de relaciones entre los elementos varias veces en las décadas anteriores.
De hecho, el químico alemán Johann Wolfgang Döbereiner notó peculiaridades en agrupaciones de elementos desde 1817.
En aquellos días, los químicos todavía no habían captado completamente la naturaleza de los átomos, como se describe en la teoría o modelo atómico propuesta por el maestro de escuela inglés John Dalton en 1808.
En su Nuevo Sistema de Filosofía Química, Dalton explicó las reacciones químicas al asumir que cada sustancia elemental estaba hecha de un tipo particular de átomo.
Para saber más: Modelos Atómicos.
Dalton propuso que las reacciones químicas producían nuevas sustancias cuando los átomos se separaban o se unían.
Cualquier elemento dado consistía enteramente en un tipo de átomo, razonó, diferenciándose de otro átomo en su peso.
Dalton propuso que los átomos de oxígeno pesaban ocho veces más que los átomos de hidrógeno; los átomos de carbono eran seis veces más pesados que el hidrógeno.
Cuando los elementos se combinan para crear nuevas sustancias, las cantidades que reaccionaron podrían calcularse con el conocimiento de esos pesos atómicos.
Dalton se equivocó con respecto a algunos de los pesos: el oxígeno en realidad es 16 veces el peso del hidrógeno y el carbono es 12 veces más pesado que el hidrógeno.
Pero su teoría hizo que la idea de los átomos fuera útil, inspirando una revolución en la química.
Medir los pesos atómicos con precisión se convirtió en una preocupación primordial para los químicos en las décadas que le siguieron.
Al contemplar esos pesos, Döbereiner notó que ciertos conjuntos de tres elementos (los llamó tríadas) mostraban una relación peculiar.
El bromo, por ejemplo, tenía un peso atómico a medio camino entre los pesos de cloro y yodo, y los tres elementos exhibían un comportamiento químico similar.
El litio, el sodio y el potasio también fueron una tríada.
Otros químicos percibieron los vínculos entre los pesos atómicos y las propiedades químicas, pero no fue hasta la década de 1860 que los pesos atómicos se entendieron lo suficiente como para que emergieran ideas más profundas.
En Inglaterra, el químico John Newlands notó que la organización de los elementos conocidos en orden de aumentar su peso atómico producía una recurrencia de propiedades químicas en cada octavo elemento, un patrón que llamó la «ley de las octavas» en un artículo de 1865.
Pero el patrón de Newlands no se mantuvo muy bien después del primer par de octavas, lo que llevó a sugerir que debería intentar organizar los elementos en orden alfabético.
Claramente, la relación de las propiedades de los elementos y los pesos atómicos era un poco más complicada, como se dio cuenta Mendeleev pronto.
Mendeleev y su Tabla Periódica
Nacido en Tobolsk, en Siberia, en 1834 (el 17º hijo de sus padres), Mendeleev vivió una vida dispersa, persiguiendo múltiples intereses y viajando por un camino de prominencia.
Durante su educación superior en un instituto de enseñanza en San Petersburgo, casi muere de una enfermedad grave. Después de graduarse, enseñó en escuelas secundarias, y mientras enseñaba matemáticas y ciencias, realizó una investigación para su maestría.
Luego trabajó como tutor y profesor hasta que obtuvo una beca para un largo recorrido de investigación en los laboratorios universitarios de química más importantes de Europa.
Cuando regresó a San Petersburgo, no tenía trabajo, por lo que escribió un manual magistral sobre química orgánica con la esperanza de ganar un gran premio de dinero en efectivo.
También encontró trabajo como editor, traductor y consultor en varias industrias químicas.
Eventualmente regresó a la investigación en 1865 después de convertirse en profesor en la Universidad de San Petersburgo.
Poco después, Mendeleev empezó a estudiar química inorgánica.
Al prepararse para dominar ese campo nuevo para él, y ver que los libros de texto disponibles no eran nada buenos, decidió escribir el suyo.
Organizar el texto requería organizar los elementos, por lo que el pensamiento de cómo organizarlos ya estaba en su mente.
A principios de 1869, Mendeleev había avanzado lo suficiente como para darse cuenta de que algunos grupos de elementos similares mostraban un aumento regular de los pesos atómicos.
Otros elementos con pesos atómicos aproximadamente iguales compartían propiedades comunes.
Parecía que ordenar los elementos por su peso atómico era la clave para categorizarlos.
Mendeleev estructuró su pensamiento escribiendo cada una de las propiedades de los 63 elementos conocidos en una tarjeta de notas individual.
Luego, a modo de juego de solitario químico, encontró el patrón que buscaba.
La organización de las tarjetas en columnas verticales de pesos atómicos más bajos a más altos colocó elementos con propiedades similares en cada fila horizontal. Nació la tabla periódica de Mendeleev.
Dibujó su mesa el 1 de marzo, la envió a la impresora y la incorporó a su libro de texto que se publicará próximamente. Preparó rápidamente un documento para presentarlo a la Sociedad Química Rusa.
«Los elementos organizados de acuerdo con el tamaño de sus pesos atómicos muestran propiedades periódicas claras», declaró Mendeleev en su artículo.
«Todas las comparaciones que he hecho … me llevan a concluir que el tamaño del peso atómico determina la naturaleza de los elementos».
Mientras tanto, el químico alemán Lothar Meyer también había estado trabajando en la organización de los elementos.
Descubrió una tabla similar a la de Mendeleev, tal vez incluso antes de que lo hiciera Mendeleev. Pero Mendeleev lo publicó primero.
Sin embargo, más importante que vencer a Meyer ante el puñetazo de la publicación, fue el uso de Mendeleev de su tabla para hacer predicciones audaces sobre elementos no descubiertos.
Al preparar su mesa, Mendeleev había notado que faltaban algunas tarjetas.
Tuvo que dejar espacios en blanco para que los elementos conocidos se alinearan correctamente.
Durante su vida, tres de esos espacios en blanco se llenaron con los elementos previamente desconocidos de galio, escandio y germanio.
Mendeleev no solo había predicho la existencia de estos elementos, sino que también había descrito correctamente sus propiedades en detalle.
El galio, por ejemplo, descubierto en 1875, tenía un peso atómico (medido entonces) de 69.9 y una densidad seis veces mayor que la del agua.
Mendeleev había predicho un elemento (él lo llamó eka-aluminio) con solo esa densidad y un peso atómico de 68.
Sus predicciones para el germanio eka-silicio coincidían estrechamente con el peso atómico (descubierto en 1886) (72 predicho, 72.3 observado) y densidad (5.5 versus 5.469).
También predijo correctamente la densidad de los compuestos de germanio con oxígeno y cloro.
La mesa de Mendeleev se había convertido en un oráculo.
Era como si las fichas de Scrabble al final del juego explicaran los secretos del universo.
Mientras que otros habían vislumbrado el poder de la ley periódica, Mendeleev era el maestro en explotarlo.
Las exitosas predicciones de Mendeleev le otorgaron un estatus legendario como maestro de la magia química.
Pero hoy, los historiadores discuten si el descubrimiento de los elementos predichos cimentó la aceptación de su ley periódica.
La aprobación de la ley puede haber sido más debido a su poder para explicar las relaciones químicas establecidas.
En cualquier caso, la precisión pronóstica de Mendeleev ciertamente llamó la atención sobre los méritos de su tabla.
Ya en la década de 1890, los químicos reconocieron ampliamente su ley como un hito en el conocimiento químico.
En 1900, el futuro premio Nobel de química William Ramsay lo llamó «la mayor generalización que se ha hecho hasta ahora en química».
Y Mendeleev lo había hecho sin comprender de manera profunda por qué funcionaba.
Un Mapa Matemático y Otras Tablas
En muchos casos en la historia de la ciencia, las grandes predicciones basadas en ecuaciones novedosas han resultado ser correctas.
De alguna manera, las matemáticas revelan algunos de los secretos de la naturaleza antes de que los investigadores los encuentren.
La antimateria es un ejemplo, la expansión del universo es otro.
En el caso de Mendeleev, las predicciones de nuevos elementos surgieron sin ninguna matemática creativa.
Pero, de hecho, Mendeleev había descubierto un profundo mapa matemático de la naturaleza, ya que su tabla reflejaba las implicaciones de la mecánica cuántica, las reglas matemáticas que gobiernan la arquitectura atómica.
En su libro de texto, Mendeleev había señalado que «las diferencias internas de la materia que comprenden los átomos» podrían ser responsables de las propiedades recurrentes periódicas de los elementos.
Pero no siguió esa línea de pensamiento.
De hecho, a lo largo de los años, pensó en la importancia de la teoría atómica para su mesa.
Pero otros si que pudieron leer el mensaje de la mesa.
En 1888, el químico alemán Johannes Wislicenus declaró que la periodicidad de las propiedades de los elementos cuando se disponía en peso indicaba que los átomos estaban compuestos por arreglos regulares de partículas más pequeñas.
Así que, en cierto sentido, la tabla de Mendeleev anticipó (y proporcionó evidencia) de la compleja estructura interna de los átomos, en un momento en que nadie tenía idea de cómo era realmente un átomo, ni siquiera si tenía alguna estructura interna.
En el momento de la muerte de Mendeleev en 1907, los científicos sabían que los átomos estaban formados por varias partes o partículas: electrones, que tenían una carga eléctrica negativa y algunos componentes cargados positivamente para hacer que los átomos fueran eléctricamente neutros.
Una clave de cómo se organizaron esas partes se produjo en 1911, cuando el físico Ernest Rutherford, que trabajaba en la Universidad de Manchester en Inglaterra, descubrió el núcleo atómico.
Poco después, Henry Moseley, un físico que había trabajado con Rutherford, demostró que la cantidad de carga positiva en el núcleo (la cantidad de protones que contenía, o su «número atómico») determinó el orden correcto de los elementos en la tabla periódica.
El peso atómico estaba estrechamente relacionado con el número atómico de Moseley, lo suficientemente cerca como para que los elementos de ordenación por peso difieran en solo unos pocos puntos de ordenación por número.
Mendeleev había insistido en que esos pesos estaban equivocados y debían volver a medirse, y en algunos casos tenía razón.
Quedaban algunas discrepancias, pero el número atómico de Moseley enderezó la tabla.
Casi al mismo tiempo, el físico danés Niels Bohr se dio cuenta de que la teoría cuántica gobernaba la disposición de los electrones que rodeaban el núcleo y que los electrones más externos determinaban las propiedades químicas de un elemento.
Arreglos similares de los electrones externos se repetirían periódicamente, explicando los patrones que la tabla de Mendeleev había revelado originalmente.
Bohr creó su propia versión de la tabla en 1922, basada en mediciones experimentales de energías electrónicas (junto con algunas orientaciones de la ley periódica).
La tabla de Bohr agregó elementos descubiertos desde 1869, pero aún así, en esencia, fue el arreglo periódico que Mendeleev había descubierto.
Sin el menor indicio de la teoría cuántica, Mendeleev había creado una tabla que reflejaba la arquitectura atómica que dictaba la física cuántica.
En la versión de 1922 de la tabla periódica del físico danés Niels Bohr, adaptada de una tabla del químico danés Julius Thomsen, los elementos con propiedades similares ocupan filas horizontales conectadas por líneas.
El cuadro vacío a la derecha marca la ocurrencia esperada de un grupo de elementos que son químicamente similares a los elementos de tierras raras (números 58 a 70) en la columna anterior.
La nueva tabla de Bohr no fue la primera ni la última variante del diseño original de Mendeleev.
Cientos de versiones de la tabla periódica han sido diseñadas y publicadas.
La forma moderna, un diseño horizontal en contraste con la versión vertical original de Mendeleev, se hizo muy popular solo después de la Segunda Guerra Mundial, en gran parte debido al trabajo del químico estadounidense Glenn Seaborg (un miembro de la junta directiva del Servicio de Ciencia, el editor original de Noticias de la Ciencia ).
Seaborg y sus colaboradores habían producido de forma sintética varios elementos nuevos con números atómicos más allá del uranio, el último elemento natural que aparece en la tabla.
Seaborg vio que estos elementos, los transuránicos (más los tres elementos que preceden al uranio) exigían una nueva fila en la tabla, algo que Mendeleev no había previsto.
La tabla de Seaborg agregó una fila para los elementos de tierras raras, cuyo lugar apropiado nunca había quedado del todo claro.
«Le costó mucho valor a Mendeleev», dijo Seaborg, quien murió en 1999, en una entrevista en 1997.
Las contribuciones de Seaborg a la química le valieron el honor de su propio elemento homónimo, seaborgium, número 106.
Este elemento es uno de los pocos elementos nombrados para honrar a un científico famoso, una lista que incluye, por supuesto, el elemento 101, descubierto por Seaborg y sus colegas en 1955 y nombrado como «mendelevio» en honor a Mendeleev, que sin lugar a dudas, merecía un lugar en la tabla periódica de los elementos químicos.
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