Los científicos crean una tabla periódica completamente nueva, y es un viaje

La tabla periódica de los elementos, creada principalmente por el químico ruso, Dmitry Mendeleev (1834-1907), celebró su 150 aniversario el año pasado. Sería difícil sobreestimar su importancia como principio organizador de la química: todos los químicos en ciernes están familiarizados con ella desde las primeras etapas de su formación.

Teniendo en cuenta la importancia de la matriz, se podría perdonar por pensar que el orden de los elementos ya no está sujeto a debate. Sin embargo, dos científicos de Moscú, Rusia, publicaron recientemente un propuesta de nuevo pedido.

Veamos primero cómo se desarrolló la tabla periódica. A fines del siglo XVIII, los químicos tenían clara la diferencia entre un elemento y un compuesto: los elementos eran químicamente indivisibles (por ejemplo, hidrógeno, oxígeno), mientras que los compuestos consistían en dos o más elementos en combinación, que tiene propiedades bastante distintas de sus elementos constituyentes.

A principios del siglo XIX, hubo buena evidencia circunstancial por la existencia de átomos. Y en la década de 1860, era posible enumerar los elementos conocidos en orden de su masa atómica relativa; por ejemplo, el hidrógeno era 1 y el oxígeno era 16.

Las listas simples, por supuesto, son unidimensionales por naturaleza. Pero los químicos sabían que ciertos elementos tenían propiedades químicas bastante similares: por ejemplo, litio, sodio y potasio o cloro, bromo y yodo.

Algo parecía repetirse y, colocando elementos químicamente similares uno al lado del otro, se podía construir una matriz bidimensional. Nació la tabla periódica.

Es importante destacar que la tabla periódica de Mendeleev se había derivado empíricamente sobre la base de las similitudes químicas observadas de ciertos elementos. No fue hasta principios del siglo XX, después del establecimiento de la estructura del átomo y siguiendo el desarrollo de la teoría cuántica, que surgió una comprensión teórica de su estructura.

Los elementos ahora estaban ordenados por número atómico (el número de partículas cargadas positivamente llamadas protones en el núcleo atómico), en lugar de masa atómica, pero también por similitudes químicas.

Pero este último surgió ahora de la disposición de los electrones que se repiten en las llamadas «capas» a intervalos regulares. En la década de 1940, la mayoría de los libros de texto tenían una tabla periódica similar a la que vemos hoy, como se muestra en la siguiente figura.

Tabla periódica del día. (Offnfopt / Wikipedia)

Sería comprensible pensar que este sería el final del problema. Pero no del todo. Una simple búsqueda en Internet revelará todo tipo de versiones de la tabla periódica.

Existen versiones cortas, versiones largas, versiones circulares, versiones en espiral e incluso versiones tridimensionales. Por supuesto, muchos de ellos son solo formas diferentes de transmitir la misma información, pero persisten los desacuerdos sobre dónde deben colocarse ciertos elementos.

La ubicación precisa de ciertos elementos depende de las propiedades particulares que queramos resaltar. Así, una tabla periódica que da primacía a la estructura electrónica de los átomos diferirá de las tablas cuyo criterio principal son ciertas propiedades químicas o físicas.

Estas versiones no difieren mucho, pero hay ciertos elementos, el hidrógeno por ejemplo, que se pueden ubicar de manera bastante diferente dependiendo de la propiedad particular que se desee resaltar. Algunas tablas colocan al hidrógeno en el grupo 1, mientras que en otras está en la parte superior del grupo 17; algunas mesas incluso lo tienen en un grupo solo.

Sin embargo, de manera un poco más radical, también podemos considerar ordenar los elementos de una manera muy diferente, que no implica un número atómico ni refleja una estructura electrónica, lo que equivale a una lista unidimensional.

Nueva propuesta

El último intento de ordenar los elementos de esta manera fue publicado recientemente en el Revista de química física por científicos Zahed Allahyari y Artem Oganov.

(Allahyari et al., Revista de Química Física, 2020)

Su enfoque sobre la base del trabajo anterior de otros, consiste en asignar a cada elemento lo que se llama un número de Mendeleev (MN).

Hay varias formas de derivar tales números, pero el último estudio utiliza una combinación de dos cantidades fundamentales que se pueden medir directamente: el radio atómico de un elemento y una propiedad llamada electronegatividad que describe la fuerza con la que un átomo atrae electrones hacia sí mismo.

Si ordenamos los elementos por su MN, los vecinos más cercanos tienen, como era de esperar, MN bastante similares. Pero es más útil ir más allá y construir una cuadrícula bidimensional basada en el MN de los bloques de construcción en los llamados «compuestos binarios».

Estos son compuestos compuestos por dos elementos, como cloruro de sodio, NaCl.

¿Cuál es la ventaja de este enfoque? Es importante destacar que puede ayudar a predecir las propiedades de compuestos binarios que aún no se han elaborado. Esto es útil para encontrar nuevos materiales que probablemente sean necesarios para tecnologías futuras y existentes. Con el tiempo, no hay duda de que esto se extenderá a compuestos que contengan más de dos componentes elementales.

Un buen ejemplo de la importancia de investigar nuevos materiales se puede apreciar al examinar la tabla periódica que se muestra en la figura siguiente.

Tabla periódica que muestra la abundancia relativa de los elementos. (Sociedad Europea de Química / Wikipedia / CC BY-SA)

Esta tabla no solo ilustra la abundancia relativa de artículos (cuanto más grande es la caja de cada artículo, más hay), sino que también destaca posibles problemas de suministro relacionados con tecnologías que se han vuelto omnipresentes y esenciales en nuestra vida diaria.

Tomemos los teléfonos celulares, por ejemplo. Todos los artículos utilizados en su fabricación están identificados por el ícono del teléfono, y puede ver que varios artículos necesarios son escasos; su suministro futuro es incierto.

Si vamos a desarrollar materiales de reemplazo que eviten el uso de ciertos elementos, el conocimiento adquirido al controlar los elementos por su ND puede resultar útil en esta investigación.

Después de 150 años, podemos ver que las tablas periódicas no solo son una herramienta educativa esencial, sino que siguen siendo útiles para los investigadores en su búsqueda de nuevos materiales esenciales. Pero no debemos pensar que las nuevas versiones reemplazan a las representaciones anteriores. Tener muchas tablas y listas diferentes solo sirve para profundizar nuestra comprensión del comportamiento de los elementos.

Nick norman, Profesor de química, Universidad de bristol.

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