La búsqueda de los elementos

Elementos y Compuestos

La identificación de los elementos presentes en las distintas sustancias no fue tarea fácil, tardó siglos. Los filósofos griegos creían que toda la materia estaba formada sólo por cuatro elementos fundamentales: tierra, aire, fuego y agua. Sin embargo, con el tiempo quedó claro que ninguno de los cuatro es, en realidad, un elemento.

Laboratorio de un alquimista

Durante la edad media, los alquimistas, trabajando en secreto y rodeados de misticismo, buscaban un disolvente universal para transformar en oro los metales tales como el hierro, el cobre y el zinc. Debido a que los alquimistas no comprendían la naturaleza real de los elementos, suponían que era posible transformar estos metales comunes en el valioso metal que es el oro. Los alquimistas no lograron llevar a cabo este proceso, llamado transmutación, pero sus investigaciones, hechas en primitivos laboratorios condujeron a muchos descubrimientos, como por ejemplo, métodos de destilación y extracción que se aplican hoy en día.

Para desarrollar la comprensión actual de los elementos químicos se necesitaron muchos siglos. Robert Boyle, científico inglés, definió los elementos cerca del 1661. Decía que es precisó poner a prueba los supuestos elementos para averiguar si en verdad son simples, ya que si es posible degradar una sustancia en otras más sencillas, no es un elemento. Boyle afirmó además que las sustancias más sencillas podían ser elementos, y como tales se les debería considerar hasta el momento en que pudieran degradarse a su vez en sustancias todavía más sencillas. 

En química se pueden definir los elementos como las sustancias fundamentales de la química, los cuales están compuestos por átomos. Hoy en día se reconoce la existencia de 118 elementos, variando desde comunes tales como el calcio, el carbono, el cloro, el oro, la plata, el oxígeno, el sodio, el potasio, el hidrógeno, el helio, el hierro, etc. y no comunes como el astatino, el tecnecio, el prometio, etc. Ninguno de los elementos se puede descomponer o convertir en una sustancia más simple mediante cualquier forma de energía común. Ningún calor, luz, electricidad, sonido, magnetismo, ninguna forma común de energía sin importar la intensidad, puede producir estos cambios en un elemento. Tampoco los elementos pueden ser transformados en otro elemento, tal como pretendían los alquimistas, excepto bajo condiciones muy alejadas de nuestra experiencia, como temperaturas extraordinariamente altas cercanas a las de la superficie solar, por ejemplo. Cuando se combinan dos o más elementos, en relaciones bien definidas, se forma una sustancia claramente distinta llamada compuesto.

Nombres y Símbolos

Con frecuencia se utilizan símbolos en lugar de nombres escritos para distinguir a los elementos. Muchos de los símbolos primitivos que se empleaban para representar diversas sustancias químicas procedían de la mitología antigua. Pero los símbolos no han sido normalizados; los antiguos alquimistas de la Edad Media desarrollaban sus propias notaciones taquigráficas para mantener oculto su trabajo. J.J. Berzelius, químico sueco, inventó un sistema sencillo de notación química que introdujo en 1814. Sus símbolos eran letras tomadas del nombre del elemento. En la actualidad estos símbolos se utilizan en todo el mundo.

El símbolo de un elemento no tiene más de dos letras. La primera de ellas es siempre mayúscula; la segunda, si se utiliza, es minúscula. 

Los nombres de los elementos, y en consecuencia sus símbolos, provienen de muchas fuentes. Algunos de ellos se derivan de palabras latinas, griegas o alemanas que describe una propiedad característica del elemento. Otros reciben su nombre con base en el país o lugar donde se descubrieron, o en honor de científicos famosos. Por ejemplo el elemento bario proviene de la palabra griega barys, que significa pesado. El nombre del germanio se deriva de Germania, el nombre de Alemania en latín.  El elemento 99 recibió el nombre de einstenio en honor a Albert Einstein.

La tabla periódica de los elementos

Uno de los principales aportes de la química a la humanidad es, sin duda, la tabla periódica. Decimos esto porque esta clasificación de los elementos permite ir más allá de los aspectos descriptivos para predecir y verificar las propiedades y el comportamiento químico de los elementos presentes en la naturaleza.

Los primeros intentos por clasificar los elementos datan del siglo XIX. Con los antecedentes de John Dalton, Joseph Gay-Lussac, Amadeo Avogadro, William Nicholson y A. Carlisle, sobre los pesos atómicos y moleculares, un químico inglés llamado John Newlands publicó en 1864, el primero de un gran grupo de ensayos acerca de la clasificación periódica de los elementos químicos. En estos ensayos se organizaban, por primera vez, a los elementos de acuerdo a los valores de sus pesos atómicos.

En 1869, el químico ruso Dmitri Ivanovich Mendeleev publicó su primer ensayo sobre el sistema periódico cuando apenas se conocían 60 elementos químicos. Más adelante en 1871, Mendeleev publicó otro ensayo donde aparecía una tabla periódica mucho más completa. En este ensayo Mendeleev predijo las propiedades y los valores cuantitativos de algunas características físico químicas de los elementos desconocidos que se encontraban debajo del boro, aluminio y silicio. De acuerdo a Mendeleev, el patrón subyacente para la clasificación de los elementos en el sistema periódico era el peso atómico. Sin embargo, este patrón no lograba responder algunos cuestionamientos, por ejemplo ¿cómo se podría diferenciar dos elementos con pesos atómicos muy parecidos, pero con propiedades físico químicas diferentes?.

Así Henry Gwyn Jeffreys Moseley en 1913, inspirado en los trabajos de Charles Barkla y E. Sadler (1908) sobre espectros de Rayos X, demostró que el número atómico Z, es una medida de la carga positiva en el núcleo de un átomo y que este número atómico permitía predecir con precisión ciertas anomalías de las posiciones de los elementos en la tabla periódica. De allí que la tabla periódica se organizara en función del número atómico de los elementos.

Actualmente una tabla periódica, como la que se ve en la figura, ofrece una gran cantidad de información acerca de los elementos. Note que en esta tabla los grupos de elementos son separados en 18 columnas verticales llamadas grupos o familias. 

Tabla periódica moderna

Estas familias dependen del número atómico, del peso atómico y de la configuración electrónica de los elementos. También hay 7 filas horizontales, las cuales se llaman períodos. El primer período contiene 2 elementos (H y He), el segundo y tercer período contienen 8 elementos cada uno (de Li hasta Ne, y de Na hasta Ar), el cuarto y quinto período 18 elementos cada uno (de K hasta Kr, y de Rb hasta Xe), mientras que el sexto y séptimo período 17 elementos más 15 elementos cada uno (de Cs hasta Rn, y de Fr hasta Og). Para mantener la mantener la simplicidad, 15 elementos que aparecen en el sexto y séptimo períodos se colocan fuera del cuerpo central de la tabla. Estos elementos forman la serie de lantánidos (de La hasta Lu) y la serie de actínidos (de Ac hasta Lr).

Como ves una tabla periódica ofrece una gran cantidad de información acerca de los elementos, cada uno de los cuales se puede clasificar como metal, no metal y metaloide.Los metales, que aparecen a la izquierda de la tabla periódica, quedan separados de los no metales, a la derecha, por una línea diagonal gruesa con aspecto de escalera. Observa que hay mucho más metales que no metales. Los elementos situados al lado de esta línea diagonal se conocen como metaloides, poseen ciertas propiedades que son intermedias entre los metales y no metales típicos. 

Así que están allí, en la tabla periódica. Los elementos presentes en nuestra naturaleza, hasta hoy conocidos, se encuentran perfectamente organizados en una pequeña tabla llamada La Tabla Periódica. Magistral cierto?