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EL SISTEMA PERIODICO DE LOS ELEMENTOS DE MENDELÉEV EN NUESTROS DIAS

Los investigadores propusieron muchos y diversos procedimientos para explicar con la mayor claridad y exactitud posibles los rasgos característicos de la Tabla de Mendeléev. Observe en los dibujos adjuntos, cómo fue representada esquemáticamente la gran ley de Mendeléev en distintos tiempos: bien en forma de filas y columnas, bien a modo de espiral enrollada en el plano, bien como un conjunto de arcos y líneas entrelazados.

Más adelante volveremos a ocuparnos de la tentativa de representar la Tabla en forma de espiral grandiosa, pero ahora vamos a examinarla tal como la presenta la ciencia actual.

Intentemos estudiar esta Tabla y tratemos de comprender su significado profundo.

Primeramente, observamos numerosas casillas, dispuestas en siete filas horizontales y divididas por líneas verticales, formando diez y ocho columnas o grupos, como les llaman los químicos. Hay que hacer notar, que en la mayoría de los libros de texto, la Tabla se representa en forma algo distinta (las filas como si fueran dobles), sin embargo, a nosotros nos es más cómodo examinarla como acabamos de decir.

En la primera fila hay sólo 2 elementos, hidrógeno (H) y helio (He); la segunda y tercera tienen 8 elementos cada una; la cuarta, quinta y sexta tienen 18 elementos cada una. Las casillas correspondientes a estas seis filas deberían estar ocupadas por 72 elementos, sin embargo, resulta que entre las casillas N°57 y N°72 están incluidos 14 elemento semejantes al lantano, denominados lantánidos. Finalmente, la última fila tiene, por lo visto, 32 casillas, como la anterior, pero están ocupa das sólo cierto número de ellas.

Es difícil imaginarse que pueda existir cualquier elemento, dispuesto delante de la primera casilla, ocupada por el hidrógeno, puesto que el núcleo de este elemento, protón y neutrón, son los ladrillitos funda mentales de que están constituidos los núcleos de todos los demás átomos. No hay duda de que el hidrógeno debe ocupar el primer puesto en la Tabla de Mendeléev. Mucho más complicada es esta cuestión a final de la tabla. El último puesto, lo ocupó, durante largo tiempo, e metal uranio.

Sin embargo, después de varios experimentos fueron obtenidos lo elementos transuránicos. Por consiguiente, con el uranio no termina la Tabla de Mendeléev. Después de él, fueron ocupadas, por los nuevo elementos descubiertos, doce casillas más: neptunio (N°93), plutonio (N°94) americio (N°95), curio (N°96), berkelio (N°97), californio (N°98), einstenio (N°99), fermio (N°100) y mendelevio (N°101), nobelio (N°102), laurencio (N°103) y kurchatovio (N°104).

Figura 6.1 Representación esquemática del sistema periódico de D. I. Mendeléev, propuesta por Soddy, en 1914. Las líneas horizontales constituyen las filas de elementos con propiedades químicas análogas. Los grandes períodos en forma de ochos. En los círculos blancos se hallan los metales, en los negros, los metaloides. Los círculos grises están ocupados por los elementos neutros (gases nobles y los elementos que forman óxidos anfóteros)

Como vemos por las cifras colocadas en la parte superior de cada casilla, todas ellas están numeradas. Los números van en orden creciente desde el 1 hasta el 104. Estos números se llaman números de orden de los elementos químicos y están relacionados con la cantidad de partículas eléctricas, contenidas en los elementos. Por tanto, constituyen una propiedad primordial e imprescindible de cada casilla, de cada elemento.

Por ejemplo, el número 30 de la casilla ocupada por el metal zinc con peso atómico 65,38, significa, por una parte el número de orden de la casilla y, por otro lado, indica que el átomo de zinc está constituido por el núcleo y treinta partículas eléctricas, que giran a su alrededor, llamadas electrones.

En vano trataron los químicos de encontrar en la naturaleza los elementos N°43, N°61, N°85 y N°87, analizaron diversos minerales y sales, buscaron en el espectroscopio posibles nuevas líneas. Muchas veces se equivocaron, publicaron en revistas artículos sensacionales sobre el descubrimiento de elementos, pero, en realidad, estos cuatro elementos no fueron hallados ni en la Tierra, ni en los astros celestes. Actualmente, sin embargo, se ha conseguido su preparación por vía artificial.

Uno de ellos, el N° 43, por sus propiedades debía ser parecido al manganeso. Mendeléev lo llamó eka-manganeso.

En la actualidad este elemento ha sido sintetizado y se denomina tecnecio.

El segundo, dispuesto debajo del yodo, se designa con el N°85. Debe tener propiedades fantásticas, debe ser todavía más volátil que el yodo. Mendeléev lo llamó eka-yodo. También ha sido sintetizado y se denomina astatino o astato.

El tercer elemento, largo tiempo enigmático, posee en la tabla el N°87. El propio Mendeléev predijo su existencia y lo llamó eka-cesio. Fue sintetizado y recibió el nombre de francio.

Finalmente, el cuarto elemento que no fue hallado ni en la Tierra ni en las estrellas, es el N°61. Es uno de los metales de las tierras raras. Ha sido sintetizado y se denomina prometio.

Ahora, la Tabla de los elementos está mucho más completa que en los tiempos en que Mendeléev estudió el cuadro complejo de la naturaleza y escribió el primer proyecto de su Tabla.

Como ya dijimos, cada casilla numerada la ocupa un elemento. No obstante, los físicos han demostrado que en realidad esta cuestión es más complicada de lo que parece. Por ejemplo, a la casilla N°17, de acuerdo con las propiedades químicas, le corresponde un solo átomo, el gas cloro, con un núcleo pequeño y diez y siete electrones que lo rodean por todos los lados. Sin embargo, los físicos opinan que hay dos cloros: uno más ligero, otro más pesado. Pero debido a que la proporción de ambos es siempre la misma, el peso medio es invariablemente igual a 35,46.

He aquí otro ejemplo. Ya sabemos que la casilla N°30 está ocupada por el zinc. En ese caso, los físicos también demuestran que existen seis tipos diferentes de zinc, unos más pesados, otros más ligeros. De esta forma resulta, que a pesar de que cada casilla contiene un solo elemento químico con propiedades naturales definidas, existen varias clases de un mismo elemento o "isótopos". En ciertos casos uno solo, en otros incluso diez.

Naturalmente, este fenómeno interesó de forma extraordinaria a los geoquímicos. ¿Por qué estos isótopos se hallan siempre en la naturaleza en cantidades perfectamente determinadas, por qué en unos casos no abunda más el isótopo pesado y en otros el más ligero? Los químicos se dedicaron con toda energía a la comprobación de este hecho. Tomaron para el análisis muestras de sales de procedencia diversa: sal común del mar, de lagos diferentes, sal gema, sal del Africa Central. Extrajeron de cada muestra el gas cloro e inesperadamente obtuvieron para el peso atómico resultados idénticos. Investigaron incluso el cloro contenido en las piedras que caen del cielo y en ellas la composición del gas cloro resultó ser completamente análoga. En todos los ensayos, lo que nosotros llamamos peso atómico no varió en ningún caso, cualquiera que fuera la procedencia del elemento dado.

Figura 6.2 Sistema periódico de los elementos de D. I. Mendeléev en forma de círculos-espirales. El diámetro de los círculos representa las dimensiones de los átomos y los iones. (Propuesto por Y. Bilibin en el año 1945)

Pero el triunfo de los químicos no duró mucho. Otros investigadores probaron en el laboratorio a separar estos isótopos pesados y ligeros. Después de someter al gas cloro a largas y complicadas destilaciones se llegó a obtener un gas compuesto de átomos de cloro más ligero y otro con los más pesados. Desde el punto de vista químico, ambos átomos de cloro son completamente iguales, pero sus pesos son distintos.

Este descubrimiento de los isótopos complicó toda la Tabla de Mendeléev. Antes esto parecía sencillo: 92 casillas y en cada casilla un elemento químico. El número de la casilla indica el número de electrones que rodean al núcleo. ¡Todo tan simple, evidente, preciso! ¡Y de pronto resulta que todo no es así!

En lugar de un oxígeno, resultaron ser TRES y sus pesos 15, 16 y 18. Pero lo más maravilloso fue que de hidrógeno también existen TRES clases de átomos: uno con peso igual a 1, otro, 2, y el tercero, 3. El segundo recibió la denominación de deuterio. Químicamente, se comporta como el hidrógeno ordinario, pero ponderalmente es dos veces más pesado. En las grandes fábricas donde se descompone el agua por medio de la corriente eléctrica, se consiguió obtener deuterio puro y, a partir de él, un agua especial en la que el hidrógeno ligero está reemplazado por el pesado. Resultó que el agua pesada poseía propiedades particulares: actúa intensamente sobre las células vivas, a menudo destruye la vida, seres vivos. En una palabra, "se comporta" de modo especial.

Después de tal éxito de los químicos, los geoquímicos se ocuparon de este problema, relacionándolo con los cuerpos naturales. Si se consiguió separar en las retortas las diferentes clases de átomos de hidrógeno, seguramente, que esto se realiza también en la naturaleza. Unicamente, en la naturaleza todos los procesos químicos se verifican con tanta agitación, con tanta frecuencia cambian las condiciones naturales de los magmas fundidos, en las profundidades y en la superficie de la Tierra, que es poco probable esperar acumulaciones de los isótopos puros obtenidos en las fábricas y laboratorios. Efectivamente, el agua de mar y de los océanos contiene un poco más de agua pesada que la de río o de lluvia. El contenido de agua pesada es todavía mayor en algunos minerales. Fue descubierto un nuevo mundo completo, inaccesible antes al mineralogista y al geoquímico.

En la naturaleza, la diferencia entre estas combinaciones es tan insignificante, que se requiere el empleo de métodos muy precisos de análisis químico y físico para poder descubrirla.

Cuando se estudian las piedras, el agua y la tierra en la naturaleza que nos rodea, las magnitudes del grado de millonésimas e, incluso, de milésimas de gramo y de centímetro pasan desapercibidas. para el mineralogista y el geoquímico. Inclusive, podemos olvidar que existen tres oxígenos, seis clases de zinc, que hay dos potasios; la diferencia entre ellos es tan insignificante y, digamos con sinceridad, son todavía tan groseros nuestros métodos de investigación.

Sólo los químicos y los físicos, debido a la precisión de sus investigaciones, consiguieron aislar los isótopos diferentes contenidos en un mismo elemento. No hay duda de que cuando se estudie la naturaleza, aplicando métodos más precisos, serán descubiertas las leyes fundamentales de la Geoquímica, cuya existencia todavía no sospechamos.

Podemos por ahora olvidarnos de los isótopos. Para nosotros cada casilla de la Tabla de Mendeléev está ocupada por un elemento químico determinado e invariable. En la casilla N°50, para nosotros, hay un solo metal, el estaño, siempre y en todas partes el mismo, de comportamiento químico idéntico en todas las reacciones; se encuentra en la naturaleza formando cristales iguales y, cualquiera que sea su procedencia, su peso atómico es siempre 118,7.

La Tabla de Mendeléev no sufrió perjuicio alguno con este grandioso descubrimiento de los isótopos, únicamente, se complicó en algunos pequeños detalles; pero a pesar de ello, siguió siendo el cuadro evidente, sencillo y preciso de la naturaleza, tal, como nos lo pintó el propio Mendeléev previendo genialmente su enorme importancia.

Penetremos más profundamente en esta tabla y veamos la gran importancia que tiene para los investigadores de la naturaleza, los mineralogistas y geoquímicos.

Primero examinaremos cada columna de arriba a abajo. He aquí la primera: litio, sodio, potasio, rubidio, cesio, francio. Son todos los metales que llamamos alcalinos. A excepción del francio, obtenido artificialmente, los demás se encuentran juntos en la naturaleza. Conocemos bien sus compuestos: de sodio, la sal común, que utilizamos constantemente; de potasio el salitre, con el que se preparan fuegos artificiales.

Después siguen los metales alcalinos poco abundantes, que actualmente se emplean en los aparatos eléctricos complicados. Pero a pesar de presentar ciertas diferencias, todos ellos, químicamente son muy parecidos.

Figura 6.3 D. I. Mendeléev. Retrato pintado por su esposa A. I. Mendeléeva

He aquí la segunda columna vertical, en ella están incluidos los metales alcalino-térreos, comenzando por el más ligero, el berilio, y terminando por el célebre radio. Ellos también se asemejan unos a otros y forman, como si dijéramos, una familia única.

Después, va la tercera columna: boro, aluminio, escandio, itrio, la casilla con los quince metales de las tierras raras y, finalmente, el actinio. De ellos, sólo conocemos bien los dos primeros, el boro y el aluminio, debido al gran papel que desempeñan ambos en la naturaleza. El primero entra en la composición del ácido bórico y del bórax, que se utiliza en la soldadura. El segundo se encuentra en la nefelina, feldespato, corindón, bauxita, de él se fabrican numerosos artículos metálicos, cacerolas, cucharas, etc. Este grupo es bastante complejo. El aluminio puede considerarse como verdadero metal, sin embargo, el boro se parece más bien a un metaloide, pues forma sales con los metales típicos (por ejemplo, en el bórax).

Pasemos a la cuarta columna: carbono, silicio, titanio, circonio, hafnio y torio. Los dos primeros son elementos importantísimos de la naturaleza: el carbono forma toda la masa de la naturaleza viva, interviene en la composición de las calizas. Sobre el silicio, usted leerá, más adelante, un capítulo especial dedicado a este elemento.

Después siguen la quinta, sexta y séptima columnas. Estos son todos metales especiales que se valoran altamente en la metalurgia del hierro y que se adicionan al acero para mejorar sus propiedades.

A continuación vemos la admirable parte central de la Tabla, las columnas octava, novena y décima. Su particularidad más curiosa consiste en que los metales vecinos son extraordinariamente parecidos. El hierro, cobalto y níquel se asemejan mucho uno al otro y en la naturaleza se encuentran siempre juntos. Es muy difícil separarlos, incluso, empleando procedimientos químicos de análisis. No menos parecidos entre sí son los metales platínicos ligeros, rutenio, radio, paladio y los metales platínicos pesados, osmio, iridio y platino.

A partir del centro siguen cuatro columnas verticales ocupadas por los metales pesados: cobre, zinc, estaño, plomo... Todos muy conocidos en nuestra vida.

Después, va la columna decimoquinta. Comienza por el gas nitrógeno, le sigue el fósforo volátil y el arsénico, el antimonio semimetálico y termina con el bismuto, metal bastante típico. Esta columna viene como a marcar el paso brusco a la parte siguiente de la Tabla de Mendeléev, puesto que en ella ya no vemos metales con su brillo característico y otras propiedades bien conocidas para nosotros. Aquí hallamos substancias,, que los químicos denominaron metaloides: gases, líquidos o, simplemente, no metales sólidos.

Es muy característica la columna decimosexta: oxígeno, azufre, selenio, telurio y el todavía enigmático polonio. Después la columna decimoséptima, las substancias volátiles, primero gases: hidrógeno, flúor y cloro; después líquidos: bromo y, finalmente, sólidos, pero también volátiles, los cristales de yodo. A los elementos de este grupo (excepto al hidrógeno, los químicos les llamaron halógenos, pues forman sales con los álcalis. Esto es lo que significa su denominación en griego: "halógeno" quiere decir "engendrador de sales". Por fin, he aquí, la última columna, la decimoctava. Estos son los gases raros o nobles, que no se combinan con nada e impregnan toda la corteza terrestre, todos los minerales, todo lo que nos circunda en la naturaleza. Comienza por el gas del sol, el helio ligero, y termina con el notable gas radón, cuyos átomos viven sólo varios días.