Historia de la tabla periódica: de las tríadas a un séptimo periodo completo

La tabla periódica colgada en la pared del aula no es el invento de una sola persona. Los químicos pasaron buena parte del siglo XIX buscando un orden entre los elementos, la física del siglo XX explicó por qué existe ese orden, y los últimos huecos de la séptima fila no se llenaron hasta el siglo XXI. Esta guía sigue la historia a través de sus momentos clave.

Antecedentes: más elementos, mejores masas atómicas

A finales del siglo XVIII Antoine Lavoisier formuló la idea moderna de elemento como sustancia que no puede descomponerse más. A principios del siglo XIX se difundió la teoría atómica de John Dalton, y los químicos aceptaron que cada elemento tiene una masa atómica característica. Las nuevas técnicas, primero la electrólisis y más tarde la espectroscopia, añadieron elementos a gran velocidad. En la década de 1860 se conocían más de sesenta, y la pregunta evidente era cómo organizarlos.

El congreso internacional de química celebrado en Karlsruhe en 1860 fue un paso importante. Ayudó a difundir un sistema coherente de masas atómicas basado en la hipótesis de Avogadro, y solo entonces alinear los elementos por su masa atómica se convirtió en un ejercicio con sentido.

Las tríadas de Döbereiner (1817-1829)

A partir de 1817, aproximadamente, el químico alemán Johann Wolfgang Döbereiner observó que, al agrupar tres elementos químicamente parecidos, la masa atómica del intermedio se aproxima a la media de los otros dos. Hacia 1829 había descrito varios de estos grupos, a los que llamó tríadas.

• calcio, estroncio, bario
• cloro, bromo, yodo
• litio, sodio, potasio

La media de las masas atómicas del litio y del potasio, por ejemplo, se acerca a la del sodio. Las tríadas no abarcaban todos los elementos, pero fueron la primera señal clara de que las propiedades químicas y las masas atómicas están relacionadas numéricamente. Las tres tríadas siguen juntas en la tabla moderna, en los grupos 2, 17 y 1.

Newlands y la ley de las octavas (1864-1866)

A partir de 1864 el químico inglés John Newlands publicó una serie de artículos en los que mostraba que, si se ordenan los elementos conocidos por su masa atómica, las propiedades parecidas tienden a reaparecer cada ocho elementos. Lo comparó con la escala musical, en la que la octava nota repite la primera, y lo llamó ley de las octavas.

El patrón funcionaba bien con los elementos ligeros, pero fallaba a partir del calcio. Newlands tampoco dejó sitio para elementos no descubiertos y a veces metió a la fuerza dos elementos en una misma posición. Cuando presentó la idea en la Sociedad Química de Londres en 1866, la acogida fue fría; se dice que un miembro le preguntó si ordenar los elementos alfabéticamente revelaría un patrón similar. El reconocimiento llegó mucho después, cuando la Royal Society le concedió la Medalla Davy en 1887.

La tabla periódica de Mendeléiev (1869)

En marzo de 1869 el químico ruso Dmitri Mendeléiev publicó una tabla que ordenaba los elementos por su masa atómica y colocaba los elementos químicamente parecidos en la misma familia. Casi al mismo tiempo, el químico alemán Lothar Meyer elaboró una tabla muy parecida basada en la periodicidad de propiedades físicas como el volumen atómico. La Royal Society concedió a ambos la Medalla Davy en 1882.

Dos decisiones audaces hicieron destacar la tabla de Mendeléiev.

1. Dejó huecos. Donde las propiedades no encajaban, se negó a forzar el siguiente elemento conocido y dejó una casilla vacía para uno aún no descubierto.
2. Predijo qué los llenaría. Hacia 1870 describió en detalle varios elementos que faltaban, incluidas sus masas atómicas, sus densidades y las fórmulas de sus óxidos.

Llamó a estos elementos desconocidos con el prefijo sánscrito «eka-», que significa «uno», en el sentido de «un lugar más allá» de un elemento conocido.

El episodio del galio es el más espectacular. La primera medición de la densidad del galio hecha por Lecoq de Boisbaudran no coincidía con la predicción de Mendeléiev, de unos 5,9 g/cm³. Mendeléiev le sugirió que volviera a medirla, y una vez purificada más la muestra, el resultado se acercó al valor predicho. El germanio también coincidió bien con la masa atómica, la densidad y las propiedades del óxido pronosticadas. Éxitos como estos convirtieron la tabla de un sistema de archivo en una afirmación sobre las leyes de la naturaleza.

Mendeléiev también invirtió unas pocas parejas cuyas masas atómicas parecían estar en el orden equivocado. El telurio es más pesado que el yodo, pero el yodo pertenece claramente a los halógenos, así que puso primero el telurio. Supuso que las mediciones de las masas atómicas estaban equivocadas. La verdadera explicación llegaría décadas después.

Una nueva familia: los gases nobles (1894-1898)

En 1894 lord Rayleigh y William Ramsay aislaron el argón del aire. No reaccionaba con nada, así que no encajaba en ninguno de los grupos existentes. Ramsay identificó después el helio en la Tierra, y en 1898 él y sus colegas encontraron el neón, el kriptón y el xenón. El resultado fue una columna completamente nueva, el actual grupo 18. Un descubrimiento que parecía capaz de romper la tabla acabó reforzando su regularidad.

Moseley y el número atómico (1913)

El cambio decisivo llegó con el descubrimiento de que los átomos están formados por un núcleo y electrones. En 1913 el joven físico inglés Henry Moseley midió las frecuencias de los rayos X característicos que emitía una serie de elementos al ser bombardeados con electrones. Descubrió que la raíz cuadrada de la frecuencia aumentaba en saltos iguales de un elemento al siguiente, y demostró que el salto corresponde a la carga del núcleo: el número atómico.

A partir de entonces la tabla se ordenó por número atómico en lugar de por masa atómica. Parejas incómodas como el telurio y el yodo, el argón y el potasio o el cobalto y el níquel encajaron de forma natural. El trabajo de Moseley también hizo inconfundibles los números atómicos que faltaban, y señaló huecos en el 43, 61, 72, 75, 85 y 87 que se llenaron en las décadas siguientes. Moseley murió en Galípoli en 1915, durante la Primera Guerra Mundial, a los veintisiete años.

El concepto de los actínidos de Seaborg (1945)

En 1940 se produjeron artificialmente el neptunio y el plutonio, lo que abrió la era de los elementos más allá del uranio. Por entonces se consideraba que el torio, el protactinio y el uranio eran una prolongación de los metales de transición del bloque d, y se esperaba que los nuevos elementos los siguieran. Los intentos de encontrar los elementos 95 y 96 sobre esa base fracasaban una y otra vez.

En 1945 el químico estadounidense Glenn Seaborg propuso que los elementos a partir del actinio forman una serie aparte que llena los orbitales 5f, igual que los lantánidos llenan los 4f. Este concepto de los actínidos fue en contra del consejo de algunos colegas, pero los experimentos diseñados a partir de él condujeron a la identificación del americio y del curio, y la segunda fila bajo la tabla adoptó su forma moderna. Seaborg compartió el Premio Nobel de Química de 1951, y el elemento 106, el seaborgio, se convirtió en un raro ejemplo de elemento bautizado con el nombre de una persona viva.

La compleción del séptimo periodo (2016)

Desde finales del siglo XX, laboratorios de Estados Unidos, Rusia, Alemania y Japón compitieron por fabricar elementos superpesados haciendo chocar núcleos en aceleradores de partículas. Los nuevos elementos se confirmaban a menudo a partir de un puñado de átomos, a veces de uno solo, siguiendo sus cadenas de desintegración.

A finales de 2015 un grupo de trabajo conjunto de la IUPAC y la IUPAP (la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada) reconoció los descubrimientos de los elementos 113, 115, 117 y 118. Sus nombres se fijaron en noviembre de 2016.

• 113, nihonio (Nh): descubierto en Japón, del nombre japonés del país
• 115, moscovio (Mc): por la región de Moscú
• 117, teneso (Ts): por el estado estadounidense de Tennessee
• 118, oganesón (Og): por el físico ruso Yuri Oganessian

Con ello se llenaron las 32 casillas del periodo 7 y la tabla alcanzó su forma actual de 118 elementos sin huecos. En 2019 las Naciones Unidas conmemoraron el 150.º aniversario de la tabla de Mendeléiev con el Año Internacional de la Tabla Periódica.

Lo que viene

Continúan los esfuerzos por crear los elementos 119 y 120. Si tienen éxito se abrirá un octavo periodo, y la teoría sugiere que con el tiempo podría aparecer un nuevo bloque que llena orbitales g. Igual que los huecos de Mendeléiev señalaron el camino hacia nuevos descubrimientos, la tabla actual todavía lleva consigo sus próximas preguntas abiertas.