TABLA PERIÓDICA DE
LOS ELEMENTOS
La tabla periódica de los
elementos es una disposición de los elementos químicos en forma de tabla,
ordenados por su número atómico (número de protones), por su configuración de
electrones y sus propiedades químicas. Este ordenamiento muestra tendencias
periódicas, como elementos con comportamiento similar en la misma columna.
En palabras de Theodor Benfey,
la tabla y la ley periódica «son el corazón de la química —comparables a lo que
la teoría de la evolución en biología (que sucedió al concepto de la Gran
Cadena del Ser) y las leyes de la termodinámica en la física clásica».1
Las filas de la tabla se
denominan períodos y las columnas grupos. Algunos grupos tienen nombres. Así
por ejemplo el grupo 17 es el de los halógenos y el grupo 18 el de los gases
nobles. La tabla también se divide en cuatro bloques con algunas propiedades
químicas similares. Debido a que las posiciones están ordenadas, se puede
utilizar la tabla para obtener relaciones entre las propiedades de los
elementos, o pronosticar propiedades de elementos nuevos todavía no
descubiertos o sintetizados. La tabla periódica proporciona un marco útil para
analizar el comportamiento químico y es ampliamente utilizada en química y
otras ciencias.
Dmitri Mendeléyev publicó en
1869 la primera versión de tabla periódica que fue ampliamente reconocida. La
desarrolló para ilustrar tendencias periódicas en las propiedades de los
elementos entonces conocidos, al ordenar los elementos basándose en sus
propiedades químicas,2 si bien Julius Lothar Meyer, trabajando por separado,
llevó a cabo un ordenamiento a partir de las propiedades físicas de los
átomos.3 Mendeléyev también pronosticó algunas propiedades de elementos
entonces desconocidos que anticipó que ocuparían los lugares vacíos en su
tabla. Posteriormente se demostró que la mayoría de sus predicciones eran
correctas cuando se descubrieron los elementos en cuestión.
La tabla periódica de
Mendeléyev ha sido desde entonces ampliada y mejorada con el descubrimiento o
síntesis de elementos nuevos y el desarrollo de modelos teóricos nuevos para
explicar el comportamiento químico. La estructura actual fue diseñada por
Alfred Werner a partir de la versión de Mendeléyev. Existen además otros
arreglos periódicos de acuerdo a diferentes propiedades y según el uso que se
le quiera dar (en didáctica, geología, etc).4
Se han descubierto o
sintetizado todos los elementos de número atómico del 1 (hidrógeno) al 118
(ununoctium); la IUPAC confirmó los elementos 113, 115, 117 y 118 el 30 de
diciembre de 2015.5 Los primeros 94 existen naturalmente, aunque algunos solo
se han encontrado en cantidades pequeñas y fueron sintetizados en laboratorio
antes de ser encontrados en la naturaleza .n. 1 Los elementos con números
atómicos del 95 al 118 solo han sido sintetizados en laboratorios. Allí también
se produjeron numerosos radioisótopos sintéticos de elementos presentes en la
naturaleza. Los elementos del 95 a 100 existieron en la naturaleza en tiempos
pasados pero actualmente no.6 La investigación para encontrar por síntesis
nuevos elementos de números atómicos más altos continúa.
Grupos
A las columnas
verticales de la tabla periódica se las conoce como grupos o familias. Hay 18
grupos en la tabla periódica estándar. En virtud de un convenio internacional
de denominación, los grupos están numerados de 1 a 18 desde la columna más a la
izquierda —los metales alcalinos— hasta la columna más a la derecha —los gases
nobles—. Anteriormente se utilizaban números romanos según la última cifra del
convenio de denominación de hoy en día —por ejemplo, los elementos del grupo 4
estaban en el IVB y los del grupo 14 en el IVA—. En Estados Unidos, los números
romanos fueron seguidos por una letra «A» si el grupo estaba en el bloque s o
p, o una «B» si pertenecía al d. En Europa, se utilizaban letras en forma
similar, excepto que «A» se usaba si era un grupo precedente al 10, y «B» para
el 10 o posteriores. Además, solía tratarse a los grupos 8, 9 y 10 como un
único grupo triple, conocido colectivamente en ambas notaciones como grupo
VIII. En 1988 se puso en uso el nuevo sistema de nomenclatura IUPAC se pone en
uso, y se desecharon los nombres de grupo previos.
Algunos de
estos grupos tienen nombres triviales —no sistemáticos—, como se ve en la tabla
de abajo, aunque no siempre se utilizan. Los grupos del 3 al 10 no tienen
nombres comunes y se denominan simplemente mediante sus números de grupo o por
el nombre de su primer miembro —por ejemplo, «el grupo de escandio» para el 3—,
ya que presentan un menor número de similitudes y/o tendencias verticales.
Grupo 1 (I A):
metales alcalinos
Grupo 2 (II A):
metales alcalinotérreos
Grupo 3 (III
B): familia del Escandio (tierras raras y actinidos)
Grupo 4 (IV B):
familia del Titanio
Grupo 5 (V B):
familia del Vanadio
Grupo 6 (VI B):
familia del Cromo
Grupo 7 (VII
B): familia del Manganeso
Grupo 8 (VIII
B): familia del Hierro
Grupo 9 (VIII
B): familia del Cobalto
Grupo 10 (VIII
B): familia del Níquel
Grupo 11 (I B):
familia del Cobre
Grupo 12 (II
B): familia del Zinc
Grupo 13 (III
A): térreos
Grupo 14 (IV
A): carbonoideos
Grupo 15 (V A):
nitrogenoideos
Grupo 16 (VI
A): calcógenos o anfígenos
Grupo 17 (VII
A): halógenos
Grupo 18 (VIII
A): gases nobles
La explicación
moderna del ordenamiento en la tabla periódica es que los elementos de un grupo
poseen configuraciones electrónicas similares y la misma valencia, entendida como
el número de electrones en la última capa. Dado que las propiedades químicas
dependen profundamente de las interacciones de los electrones que están
ubicados en los niveles más externos, los elementos de un mismo grupo tienen
propiedades químicas similares y muestran una tendencia clara en sus
propiedades al aumentar el número atómico.
Por ejemplo,
los elementos en el grupo 1 tienen una configuración electrónica ns1 y una
valencia de 1 —un electrón externo— y todos tienden a perder ese electrón al
enlazarse como iones positivos de +1. Los elementos en el último grupo de la
derecha son los gases nobles, los cuales tienen lleno su último nivel de
energía —regla del octeto— y, por ello, son excepcionalmente no reactivos y son
también llamados «gases inertes».
Los elementos
de un mismo grupo tienden a mostrar patrones en el radio atómico, energía de
ionización y electronegatividad. De arriba a abajo en un grupo, aumentan los
radios atómicos de los elementos. Puesto que hay niveles de energía más llenos,
los electrones de valencia se encuentran más alejados del núcleo. Desde la
parte superior, cada elemento sucesivo tiene una energía de ionización más
baja, ya que es más fácil quitar un electrón en los átomos que están menos
fuertemente unidos. Del mismo modo, un grupo tiene una disminución de
electronegatividad desde la parte superior a la inferior debido a una distancia
cada vez mayor entre los electrones de valencia y el núcleo.
Hay excepciones
a estas tendencias, como por ejemplo lo que ocurre en el grupo 11, donde la
electronegatividad aumenta más abajo en el grupo.57 Además, en algunas partes
de la tabla periódica como los bloques d y f, las similitudes horizontales
pueden ser tan o más pronunciadas que las verticales.
Períodos
Las filas
horizontales de la tabla periódica son llamadas períodos.61 El número de
niveles energéticos de un átomo determina el periodo al que pertenece. Cada
nivel está dividido en distintos subniveles, que conforme aumenta su número
atómico se van llenando en este orden:
1s
2s 2p
3s 3p
4s 3d 4p
5s 4d 5p
6s 4f 5d 6p
7s 5f 6d 7p
Siguiendo esa
norma, cada elemento se coloca según su configuración electrónica y da forma a
la tabla periódica.
Los elementos
en el mismo período muestran tendencias similares en radio atómico, energía de
ionización, afinidad electrónica y electronegatividad. En un período el radio
atómico normalmente decrece si nos desplazamos hacia la derecha debido a que
cada elemento sucesivo añadió protones y electrones, lo que provoca que este
último sea arrastrado más cerca del núcleo.62 Esta disminución del radio
atómico también causa que la energía de ionización y la electronegatividad
aumenten de izquierda a derecha en un período, debido a la atracción que ejerce
el núcleo sobre los electrones.56 La afinidad electrónica también muestra una
leve tendencia a lo largo de un período. Los metales —a la izquierda—
generalmente tienen una afinidad menor que los no metales —a la derecha del
período—, excepto para los gases nobles.
La tabla
periódica consta de 7 períodos:
Período 1
Período 2
Período 3
Período 4
Período 5
Período 6
Período 7
Bloques
La tabla
periódica se puede también dividir en bloques de acuerdo a la secuencia en la
que se llenan las capas de electrones de los elementos. Cada bloque se denomina
según el orbital en el que el en teoría reside el último electrón: s, p, d y
f.64 n. 4 El bloque s comprende los dos primeros grupos (metales alcalinos y
alcalinotérreos), así como el hidrógeno y el helio. El bloque p comprende los
últimos seis grupos —que son grupos del 13 al 18 en la IUPAC (3A a 8A en
América)— y contiene, entre otros elementos, todos los metaloides. El bloque d
comprende los grupos 3 a 12 —o 3B a 2B en la numeración americana de grupo— y
contiene todos los metales de transición. El bloque f, a menudo colocado por
debajo del resto de la tabla periódica, no tiene números de grupo y se compone
de lantánidos y actínidos.65 Podría haber más elementos que llenarían otros
orbitales, pero no se han sintetizado o descubierto; en este caso se continúa
con el orden alfabético para nombrarlos. Así surge el bloque g, que es un
bloque hipotético.
Metales, metaloides y no metales
De acuerdo con
las propiedades físicas y químicas que comparten, los elementos se pueden
clasificar en tres grandes categorías: metales, metaloides y no metales. Los
metales son sólidos generalmente brillantes, altamente conductores que forman
aleaciones de unos con otros y compuestos iónicos similares a sales con
compuestos no metálicos —siempre que no sean los gases nobles—. La mayoría de
los no metales son gases incoloros o de colores; pueden formar enlaces covalentes
con otros elementos no metálicos. Entre metales y no metales están los
metaloides, que tienen propiedades intermedias o mixtas.
Metales y no
metales pueden clasificarse en subcategorías que muestran una gradación desde
lo metálico a las propiedades no metálicas, de izquierda a derecha, en las
filas: metales alcalinos —altamente reactivos—, metales alcalinotérreos —menos
reactivos—, lantánidos y actínidos, metales de transición y metales
post-transición. Los no metales se subdividen simplemente en no metales
poliatómicos —que, por estar más cercanos a los metaloides, muestran cierto
carácter metálico incipiente—, no metales diatómicos —que son esencialmente no
metálicos— y los gases nobles, que son monoatómicos no metálicos y casi
completamente inertes. Ocasionalmente también se señalan subgrupos dentro de
los metales de transición, tales como metales refractarios y metales nobles.67
and occasionally denoted.
La colocación
de los elementos en categorías y subcategorías en función de las propiedades
compartidas es imperfecta. Hay un espectro de propiedades dentro de cada
categoría y no es difícil encontrar coincidencias en los límites, como es el
caso con la mayoría de los sistemas de clasificación.69 El berilio, por
ejemplo, se clasifica como un metal alcalinotérreo, aunque su composición
química anfótera y su tendencia a formar compuestos covalentes son dos
atributos de un metal de transición químicamente débil o posterior. El radón se
clasifica como un no metal y un gas noble aunque tiene algunas características
químicas catiónicas más características de un metal. También es posible
clasificar con base en la división de los elementos en categorías de sucesos,
mineralógicos o estructuras cristalinas. La categorización de los elementos de
esta forma se remonta a por lo menos 1869, cuando Hinrichs escribió que se
pueden extraer líneas sencillas de límites para mostrar los elementos que
tienen propiedades similares, tales como metales y no metales, o los elementos
gaseosos.
Elaborado por: Nohora, Nelly, Flor, Ritha
