domingo, 17 de noviembre de 2019

¿CÓMO SE LLEGÓ AL SISTEMA PERIÓDICO ACTUAL?


Hola descubridores de la química,

Hoy traigo una entrada más sobre la tabla periódica. Os voy a contar la historia de cómo se llegó a la tabla periódica actual. Lo haré de una manera muy resumida, omitiendo muchos detalles, con el objetivo de despertar vuestra curiosidad.

En la antigüedad distintas civilizaciones y culturas se interesaron por el conocimiento acerca del origen y composición del cosmos. Dentro de ellas, los griegos (Demócrito, S.IV a.C) llegaron a la conclusión de que el cosmos estaba constituido por cuatro elementos (agua, aire, fuego y tierra), a los que Aristóteles (S.IV a.C) añadió la quinta esencia o éter. Al combinar estos la materia se exhibía de distintas maneras.

Por otra parte, los filósofos chinos creían que el universo estaba constituído por cinco elementos, estos eran; agua, fuego, madera, metal y tierra; y establecieron relaciones entre ellos.

Además, los alquimistas medievales fueron capaces de desarrollar equipos de laboratorio y procesos experimentales para obtener nuevas sustancias que han llegado a nuestros días. Entre otras, sus principales aportaciones fueron los metales y sus compuestos derivados.

En 1661, el alquimista Robert Boyle publica la obra El químico escéptico, en la cual trata de definir elemento.


La década de 1860 fue un período fructífero para el desarrollo de la tabla periódica. En 1862-1863 Chancourtois propuso el tornillo telúrico o hélice telúrica. En 1863-1866 Newlands publica su ley de octavas. Posteriormente, Meyer publica su Sistema Periódico, en dos ediciones una en 1862 y otra en 1868, la cual fue extraviada. En 1869-1871 Mendeléiev publica su tabla periódica, la cual es una predicción muy coherente con la tabla periódica actual.




El 30 de abril de 1897, el físico inglés y premio Nobel de Física en 1906, Joseph John Thompson, descubrió e identificó el electrón, la primera partícula subatómica en ser hallada, cuando estaba estudiando la naturaleza de los rayos catódicos en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambrige. Lo cual supuso una revolución con respecto a las premisas establecidas hasta el momento ya que hasta entonces se había considerado que los átomos eran indivisibles y, por tanto, no estaban constituidas por partículas más pequeñas.

Tras el descubrimiento del electrón, la aplicación de los rayos X y la radiactividad en la investigación de la materia y en medicina, aparecieron los primeros modelos para explicar la estructura del átomo. Estos son los modelos atómicos. En esta entrada me gustaría que se viese reflejada la relación existente ente el desarrollo de la tabla periódica y de los modelos atómicos, ya que cuando estudiamos estos temas en secundaria parece que no tienen ninguna relación, pero si que están relacionados e incluso podría decirse que sin una cosa no existiría la otra.

De todos los modelos atómicos propuestos a lo largo del siglo XX hablaremos de los más remarcables. En 1903 se propuso el modelo atómico de Dalton, denominado “Modelo del puding de pasas”, el cual introdujo el papel que jugaba el electrón dentro del átomo. En 1909, Rutherford y colaboradores llevaron a cabo el “experimento de la lámina de oro”. En 1913 Rutherford y Bohr publicaron el modelo atómico de Rutherford-Bohr o modelo atómico de Böhr semejante a la estructura del sistema solar. Pero este modelo permitía describir únicamente el átomo de hidrógeno, por lo que más adelante Bohr desarrolló un modelo en capas en que las órbitas circulares solo podían contener un número determinado de electrones. Esto supuso una revolución, ya que hasta ahora las tablas periódicas propuestas ordenaban a los átomos por número atómico. Sin embargo, estas experiencias determinaron que era la carga nuclear la que definía la posición de cada elemento en la tabla periódica y no su peso atómico.

Por otra parte, la tabla periódica de Mendeléiev experimentó otra dificultad, relacionada con el descubrimiento de los primeros isótopos en el tránsito del siglo XIX al XX por el matrimonio Curie. En muy pocos años se descubrieron más de treinta “nuevos elementos” que resultaron ser isótopos de elementos ya conocidos que se intentaron colocar en la tabla periódica.

En 1913, Moseley publicó un artículo sobre una investigación acerca del análisis de los espectros de rayos X, en el que se comprueba experimentalmente el concepto de número atómico. En 1914 publicó una continuación de este artículo en el que concluye que la ordenación de los elementos químicos sigue una relación matemática en función del número atómico creciente.

La aparición de la mecánica cuántica en 1900, por lo que se llevó el premio Max Plank en 1918; la propuesta del efecto fotoeléctrico en 1905 por Albert Einstein, por lo que se llevó el premio Nobel de Física en 1921; la teoría de la relatividad de Einstein que permitió modificar en 1923 el modelo atómico de Böhr a Sommerfeld, llevaron a Stoner y a Pauli a incorporar el concepto de números cuánticos, lo que conllevó a proponer la regla e Madelung para seguir el orden de llenado de los orbitales atómicos. Pero, la mecánica cuántica no es capaz de dar una explicación de donde se cierran los períodos. Es conocido, que el cierre de los períodos, coincide con los números atómicos de los gases nobles, es decir: 2, 10, 18, 36, 54,86 y 118. La mecánica cuántica no podía explicar determinados aspectos generales de la tabla periódica.

Es por ello, por lo que Rutherford entre 1917 y 1920 identifica el protón y el neutrón, que ya había sido observado en 1886 por Goldstein. Aunque el mérito se lo llevó en 1932 Chadwick, su discípulo.

En 1915 se conocían 87 elementos químicos, del hidrógeno (1) al uranio (92), faltando por tanto cinco elementos por descubrir. En 1945, se habían conseguido sintetizar 96 elementos, cuatro de ellos después del uranio; estos eran el tecnecio (53), el hafnio (72), el astato (85), el francio (87) y el prometio (61), neptunio (93), plutonio (94), americio (95) y curio (96). Seaborg en 1951 hizo una publicación en la que estaba recogido un importante cambio en la tabla periódica, este era la incorporación de los actínidos debajo de los ya conocidos anteriormente lantánidos, que desplazó hacia abajo, fijándose así la disposición actual de la tabla periódica de los elementos.

La síntesis de los elementos con número atómico superior al 102 se logró gracias al desarrollo de potentes aceleradores lineales de partículas. Inicialmente durante la Guerra Fría (1945-1990) esto consiguieron hacerlo solamente Estados Unidos de Norteamérica y la Unión Soviética a los que posteriormente se unieron a esta labor de descubrir nuevos elementos otros países como Alemania, Japón y Suecia. Consiguiéndose llegar a los 118 elementos conocidos hoy en día.

Espero que este breve post sobre la tabla periódica os resulte impactante y que os haga reflexionar sobre como desde el siglo IV a.C hasta día de hoy, que estamos en el siglo XXI d.C se ha trabajado para construir este icono de la ciencia. También es increíble como Mendeleiév, en una época en la que se desconocían muchos conceptos conocidos hoy sobre el átomo, pudo llegar a tantas predicciones acertadas sobre la tabla periódica.

Descubrirlaquimica. Estudiante de Química en la USC. Exalumna Colégio Sagrado Corazón de Pontevedra.


  17 de Noviembre de 2019 


Bibliografía:
-¿Qué sabemos de? La tabla periódica de los elementos – Bertolini  J. E, Goya Laza P y Román Polo P. CSIC.
-E.Scerri: La tabla periódica una breve introducción- Editorial Alianza
-Cañas A, Puente J, Remacha M, Viguera JA, Física y química editorial SM
-Del Barrio J.I, Puente J, Caamaño A, Agustench M. Física y química. Editorial SM
-Dominguez Real M. Química -Editorial Consorcio
-Petrucci, Henrring, Madura, Bissonette - Química general - Editorial Prentice Hall