Desde los primeros intentos por encontrar denominadores comunes en la diversidad de materiales que conforman nuestro mundo por parte de Alexandre de Chancourtois, John Newlands y, sobre todo, por Lothar Meyer y Dimitri MendĆ©leiev, el enfoque fue macroscĆ³pico, siempre acompaƱado por la incertidumbre de apenas poder atisbar en el interior de un mundo microscĆ³pico, el cual estaba a punto de develarse por completo. āEl descubrimiento de la periodicidad de los elementos quĆmicos es una de las piedras angulares en el desarrollo de la quĆmicaā, asegura TomĆ”s Rocha, investigador de la UNAM. āHa permitido sistematizar y racionalizar propiedades quĆmicas, es decir, aquellas relacionadas con la reactividad de los elementos descubiertos hasta el momento. E incluso nos abre la posibilidad de predecir rasgos distintivos de los que no se conocen todavĆaā. Si bien desde el siglo XVIII Robert Boyle y Antoine Lavoisier concibieron la idea de elemento āuna materia cuyos Ć”tomos son similaresā, no fue sino hasta que John Dalton enunciĆ³ su teorĆa atĆ³mica, a principios del siglo XIX, cuando se empezĆ³ a descubrir un orden subyacente, periĆ³dico, en la diversidad de materiales rocosos, acuosos, gaseosos. A partir de entonces los quĆmicos encontraron una ruta para determinar la verdadera marca distintiva de cada elemento: el nĆŗmero de protones en su nĆŗcleo. āPor ejemplo, el nĆŗmero atĆ³mico del carbono es seis, lo que significa que todos los nĆŗcleos de los Ć”tomos del elemento carbono tienen seis protonesā, indica el doctor Rocha.
Sin embargo, durante un tiempo se pensĆ³ que la masa atĆ³mica (el nĆŗmero total de protones y neutrones) y no el nĆŗmero atĆ³mico (sĆ³lo protones) era el camino correcto. Sin estar del todo equivocados, el panorama se afinĆ³ aĆŗn mĆ”s gracias a una serie de hallazgos.
Uno de ellos fue el descubrimiento de los isĆ³topos por Frederick Soddy en 1913, es decir, Ć”tomos con el mismo nĆŗmero atĆ³mico pero diferente masa. AsĆ, dos isĆ³topos son dos Ć”tomos con distinta masa atĆ³mica, pero con el mismo nĆŗmero atĆ³mico, y por ello tienen la misma posiciĆ³n en la tabla periĆ³dica. Por ejemplo, el protio (1H), el deuterio (2H) y el tritio (3H) son Ć”tomos con masas distintas (uno, dos y tres, respectivamente), pero con el mismo nĆŗmero atĆ³mico, es decir, uno. Entonces, estos Ć”tomos tienen las mismas propiedades quĆmicas (reactividad) y les corresponde el mismo lugar (topos) en la tabla periĆ³dica de los elementos. Son versiones del mismo elemento que se distinguen por sus diferentes masas nucleares.
La tabla periĆ³dica āno sĆ³lo consolidĆ³ la quĆmica como una disciplina esencial para entender el mundo en el que vivimosā, me dijo alguna vez Derek Barton, Premio Nobel de dicha disciplina, ātambiĆ©n tendiĆ³ puentes entre esta ciencia y el fascinante mundo de la fĆsica cuĆ”nticaā. Factor decisivo en la sinergia adquirida por estas dos ciencias fue la invenciĆ³n de la difracciĆ³n cristalogrĆ”fica, avance tecnolĆ³gico en fĆsica que profundizĆ³ en la naturaleza periĆ³dica de los elementos quĆmicos. Fue asĆ como Henry Moseley, hacia 1913, probĆ³ una treintena de elementos, desde el aluminio hasta el oro, con dicha tĆ©cnica. Lo que descubriĆ³ lo dejĆ³ atĆ³nito: las ondas de rayos X variaban de manera regular su posiciĆ³n al pasar de un elemento a otro, sin dejar de empatar su posiciĆ³n en la tabla. AsĆ, encontrĆ³ que la periodicidad de los elementos ocurre en funciĆ³n de su nĆŗmero atĆ³mico y no de su masa.
Un tercer factor crucial por el que la tabla perdurarĆ” hasta el final de los tiempos fue la tarea de Glenn Seaborg y sus colaboradores, quienes entre 1940 y 1955 encontraron el sitio correspondiente a nueve elementos, todos ellos posteriores al Actinio, por lo que se les conoce como actĆnidos. De esa manera se descubriĆ³ que los elementos mĆ”s pesados que el Uranio forman un grupo aparte en la tabla.
Lothar Meyer ya habĆa propuesto aƱos atrĆ”s que, si se graficasen los volĆŗmenes atĆ³micos en funciĆ³n de las masas atĆ³micas, se obtendrĆa una grĆ”fica donde los picos mĆ”ximos los ocuparĆan los elementos mĆ”s electropositivos, es decir, aquellos que pierden fĆ”cilmente electrones al experimentar reacciones quĆmicas. āEl volumen atĆ³mico no es la Ćŗnica propiedad que exhibe este tipo de comportamiento a lo largo de la tablaā, aclara el doctor Rocha.
Se comporta de forma parecida la energĆa de ionizaciĆ³n, esto es, la que se requiere para expulsar el Ćŗltimo electrĆ³n externo de un Ć”tomo cuando se halla en su estado fundamental, de mĆnima energĆa. Lo mismo sucede con la energĆa liberada cuando un Ć”tomo en fase gaseosa y en su estado fundamental agrega un electrĆ³n a su estructura. El efecto pantalla sigue la regla. Se le conoce asĆ a la disminuciĆ³n de la fuerza atractiva del nĆŗcleo de un Ć”tomo sobre los electrones externos debido a la presencia de aquellos que se encuentran en capas internas. TambiĆ©n se ha visto que la electronegatividad (la capacidad de un Ć”tomo en una molĆ©cula de atraer electrones) es fiel a la naturaleza periĆ³dica que define los elementos.
Un aspecto interesante tiene que ver con la distribuciĆ³n de los electrones en los orbitales atĆ³micos, esto es, con su configuraciĆ³n electrĆ³nica y la naturaleza cuĆ”ntica de las subpartĆculas. Sabemos que los electrones son fermiones, mientras que existen otras llamadas bosones. Una diferencia notable entre estas familias de subpartĆculas es que los fermiones no hay restricciĆ³n en el nĆŗmero mĆ”ximo de partĆculas que puede ocupar un nivel energĆ©tico. Especulando un poco, podrĆamos pensar que si los electrones fueran bosones, entonces las configuraciones electrĆ³nicas de los elementos serĆan muy distintas y, de hecho, algunos de los bloques de la tabla periĆ³dica Ā”desaparecerĆan!
āNo hay dudaā, afirma el doctor TomĆ”s Rocha, āla periodicidad de los elementos y, por ende, de una gran parte de la QuĆmica general se basa en la naturaleza fermiĆ³nica de los electrones y los niveles energĆ©ticos que ocupan tales electrones dentro de los Ć”tomosā. Conforme se han develado las intimidades de la materia, la fascinaciĆ³n de los quĆmicos por los ladrillos fundamentales terminĆ³ de consolidar los puentes a los que se referĆa Derek Barton.
escritor y divulgador cientĆfico. Su libro mĆ”s reciente es Nuevas ventanas al cosmos (loqueleo, 2020).
