A
principios del siglo XIX, John Dalton (1766–1844) desarrolló una nueva
concepción del atomismo, al que llegó gracias a sus estudios meteorológicos y
de los gases de la atmósfera. Estableció como unidad de referencia la masa de
un átomo de hidrógeno (aunque se sugirieron otros en esos años) y refirió el
resto de los valores a esta unidad, por lo que pudo construir un sistema de
masas atómicas relativas.A partir de la teoría atómica de Dalton, los químicos intentaron conjugar las masas atómicas de los elementos con sus propiedades. Y empezaron a clasificar los elementos por sus propiedades análogas
Metales,
no metales, metaloides y metales de transición
La
primera clasificación de elementos conocida, fue propuesta por Antoine Lavoisier (1743-1794), quien propuso
que los elementos se clasificaran en metales, no metales y metaloides o metales
de transición. Aunque muy práctico y todavía funcional en la tabla periódica
moderna, fue rechazada debido a que había muchas diferencias en las propiedades
físicas como químicas.
Berzelius (1779-1848)
Calcula
masas atómicas de los elementos conocidos entonces lo que hace posible
ordenarlos según esta propiedad. Berzelius incorporó un sistema de
notación simplificado que utiliza una o dos letras para representar a los
distintos elementos (derivadas con frecuencia de sus nombres en latín). Este sistema
de símbolos es el que se sigue utilizando en la actualidad. Además, estableció
una escala correcta de pesos atómicos que, a diferencia de los de Dalton, no
eran números enteros. Tríadas de Döbereiner
Uno
de los primeros intentos para agrupar los elementos de propiedades análogas y
relacionarlo con los pesos atómicos se debe al químico alemán Johann Wolfgang
Döbereiner (1780–1849) quien en 1817 puso de manifiesto el notable parecido que
existía entre las propiedades de ciertos grupos de tres elementos, con una
variación gradual del primero al último. Posteriormente (1827) señaló la
existencia de otros grupos de tres elementos en los que se daba la misma
relación (cloro, bromo y yodo; azufre, selenio y telurio; litio, sodio y
potasio). A estos grupos de tres elementos se les denominó tríadas y hacia 1850
ya se habían encontrado unas 20, lo que indicaba una cierta regularidad entre
los elementos químicos.
Hélice de Chancourtois
En
1864, Chancourtois construyó una hélice de papel, en la que estaban ordenados
por pesos atómicos (masa atómica) los elementos conocidos, arrollada sobre un
cilindro vertical. Se encontraba que los puntos correspondientes estaban
separados unas 16 unidades. Los elementos similares estaban prácticamente sobre
la misma generatriz, lo que indicaba una cierta periodicidad, pero su diagrama
pareció muy complicado y recibió poca atención.Ley de las octavas de Newlands
En
1864, el químico inglés John Alexander Reina Newlands comunicó al Royal College
of Chemistry (Real Colegio de Química) su observación de que al ordenar los
elementos en orden creciente de sus pesos atómicos (prescindiendo del
hidrógeno), el octavo elemento a partir de cualquier otro tenía unas
propiedades muy similares al primero. En esta época, los llamados gases nobles
no habían sido aún descubiertos.
Esta
ley mostraba una cierta ordenación de los elementos en familias (grupos), con
propiedades muy parecidas entre sí y en Periodos, formados por ocho elementos
cuyas propiedades iban variando progresivamente.
El
nombre de octavas se basa en la intención de Newlands de relacionar estas
propiedades con la que existe en la escala de las notas musicales, por lo que
dio a su descubrimiento el nombre de ley de las octavas.
Como
a partir del calcio dejaba de cumplirse esta regla, esta ordenación no fue
apreciada por la comunidad científica que lo menospreció y ridiculizó, hasta
que 23 años más tarde fue reconocido por la Royal Society, que concedió a
Newlands su más alta condecoración, la medalla Davy.
Tabla periódica de
Mendeléyev
En
1869, el ruso Dmitri Ivánovich Mendeléyev publicó su primera Tabla Periódica en
Alemania. Un año después lo hizo Julius Lothar Meyer, que basó su clasificación periódica en la periodicidad de
los volúmenes atómicos en función de la masa atómica de los elementos.
Por
ésta fecha ya eran conocidos 63 elementos de los 90 que existen en la
naturaleza. La clasificación la llevaron a cabo los dos químicos de acuerdo con
los criterios siguientes:
- Colocaron los
elementos por orden creciente de sus masas atómicas.
- Situaron en el
mismo grupo elementos que tenían propiedades comunes como la valencia.
La
primera clasificación periódica de Mendeléyev no tuvo buena acogida al
principio. Después de varias modificaciones publicó en el año 1872 una nueva
Tabla Periódica constituida por ocho columnas desdobladas en dos grupos cada
una, que al cabo de los años se llamaron familia A y B.
En
su nueva tabla consigna las fórmulas generales de los hidruros y óxidos de cada
grupo y por tanto, implícitamente, las valencias de esos elementos.
Esta
tabla fue completada a finales del siglo XIX con un grupo más, el grupo cero,
constituido por los gases nobles descubiertos durante esos años en el aire. El
químico ruso no aceptó en principio tal descubrimiento, ya que esos elementos
no tenían cabida en su tabla. Pero cuando, debido a su inactividad química
(valencia cero), se les asignó el grupo cero, la Tabla Periódica quedó más
completa.
El
gran mérito de Mendeléyev consistió en pronosticar la existencia de elementos.
Dejó casillas vacías para situar en ellas los elementos cuyo descubrimiento se
realizaría años después. Incluso pronosticó las propiedades de algunos de
ellos: el galio (Ga), al que llamó eka–aluminio por estar situado debajo del
aluminio; el germanio (Ge), al que llamó eka–silicio; el escandio (Sc); y el
tecnecio (Tc), que, aislado químicamente a partir de restos de un sincrotrón en
1937, se convirtió en el primer elemento producido de forma predominantemente
artificial.
La noción de número atómico y la mecánica cuántica
La noción de número atómico y la mecánica cuántica
La
tabla periódica de Mendeléyev presentaba ciertas irregularidades y problemas.
En las décadas posteriores tuvo que integrar los descubrimientos de los gases
nobles, las "tierras raras" y los elementos radioactivos. Otro
problema adicional eran las irregularidades que existían para compaginar el
criterio de ordenación por peso atómico creciente y la agrupación por familias
con propiedades químicas comunes. Ejemplos de esta dificultad se encuentran en
las parejas telurio–yodo, argón–potasio y cobalto–níquel, en las que se hace
necesario alterar el criterio de pesos atómicos crecientes en favor de la
agrupación en familias con propiedades químicas semejantes.
Durante
algún tiempo, esta cuestión no pudo resolverse satisfactoriamente hasta que Henry Moseley (1867–1919) realizó un
estudio sobre los espectros de rayos X en 1913. Moseley comprobó que al
representar la raíz cuadrada de la frecuencia de la radiación en función del
número de orden en el sistema periódico se obtenía una recta, lo cual permitía
pensar que este orden no era casual sino reflejo de alguna propiedad de la
estructura atómica. Hoy sabemos que esa propiedad es el número atómico (Z) o
número de cargas positivas del núcleo.
La
explicación que aceptamos actualmente de la "ley periódica"
descubierta por los químicos de mediados del siglo pasado surgió tras los
desarrollos teóricos producidos en el primer tercio del siglo XX. En el primer
tercio del siglo XX se construyó la mecánica cuántica. Gracias a estas
investigaciones y a los desarrollos posteriores, hoy se acepta que la
ordenación de los elementos en el sistema periódico está relacionada con la
estructura electrónica de los átomos de los diversos elementos, a partir de la
cual se pueden predecir sus diferentes propiedades químicas.
