La tabla periódica moderna ha evolucionado a través de una larga historia de intentos por parte de los químicos de organizar los elementos de acuerdo con sus propiedades como ayuda para predecir el comportamiento químico. Uno de los primeros en sugerir tal arreglo fue el químico alemán Johannes Dobereiner (1780-1849), quien notó que muchos de los elementos conocidos podían agruparse en tríadas (un conjunto de tres elementos que tienen propiedades similares) , por ejemplo, cloro, bromo y yodo; o cobre, plata y oro. Dobereiner propuso que todos los elementos pudieran agruparse en tales tríadas, pero los intentos posteriores de expandir su concepto no tuvieron éxito. Ahora sabemos que partes de la tabla periódica, el bloque d en particular, contienen tríadas de elementos con similitudes sustanciales. Los tres miembros intermedios de la mayoría de las otras columnas, como azufre, selenio y teluro en el grupo 16 o aluminio, galio e indio en el Grupo 13, también tienen una química notablemente similar.
A mediados del siglo XIX, se habían determinado las masas atómicas de muchos de los elementos. El químico inglés John Newlands (1838-1898), planteando la hipótesis de que la química de los elementos podría estar relacionada con sus masas, organizó los elementos conocidos en orden de aumento de la masa atómica y descubrió que cada séptimo elemento tenía propiedades similares (Figura ( PageIndex {1} )). Newlands, por lo tanto, sugirió que los elementos podrían clasificarse en octavas . Describió las octavas como un grupo de siete elementos que corresponden a las filas horizontales en los grupos principales de la tabla periódica de hoy. Había siete elementos porque los gases nobles no se conocían en ese momento. Desafortunadamente, la “ley de las octavas” de Newlands no parecía funcionar para elementos más pesados que el calcio, y su idea fue ridiculizada públicamente. En una reunión científica, se le preguntó a Newlands por qué no ordenó los elementos en orden alfabético en lugar de por masa atómica, ¡ya que eso tendría tanto sentido! En realidad, Newlands estaba en el camino correcto: con solo unas pocas excepciones, la masa atómica aumenta con el número atómico, y propiedades similares ocurren cada vez que un conjunto de ns 2 np 6 subcapas están llenas. A pesar de que la mesa de Newlands no tenía un lugar lógico para los elementos de bloque d , la Royal Society de Londres lo honró por su idea en 1887.
La tabla periódica alcanzó su forma moderna a través del trabajo del químico alemán Julius Lothar Meyer (1830–1895) y el químico ruso Dimitri Mendeleev (1834–1907), quienes se centraron en las relaciones entre la masa atómica y varios físicos. y propiedades químicas. En 1869, propusieron independientemente arreglos esencialmente idénticos de los elementos. Meyer alineó los elementos en su tabla de acuerdo con variaciones periódicas en propiedades atómicas simples, como “volumen atómico” (Figura ( PageIndex {2} )), que obtuvo dividiendo la masa atómica (masa molar) en gramos por mol por la densidad ( ( rho )) del elemento en gramos por centímetro cúbico. Esta propiedad es equivalente a lo que hoy se define como volumen molar, t él masa molar de un elemento dividido por su densidad, (medido en centímetros cúbicos por mol ):
[ dfrac {molar ; masa izquierda ( cancelar {g} / mol derecha)} {densidad izquierda ( cancelar {g} / cm ^ {3} derecha)} = molar ; volumen izquierda (cm ^ {3} / mol derecha) etiqueta {7.1.1} ]
Como se muestra en la Figura ( PageIndex {2} ), los metales alcalinos tienen los volúmenes molares más altos de los elementos sólidos. En la gráfica de Meyer de volumen atómico versus masa atómica, los no metales se producen en la parte ascendente del gráfico, y los metales se producen en los picos, en los valles y en las laderas.
Tabla periódica de Mendeleev
Mendeleev, quien publicó por primera vez su tabla periódica en 1869 (Figura ( PageIndex {3} )), generalmente se le atribuye el origen de la tabla periódica moderna. La diferencia clave entre su disposición de los elementos y la de Meyer y otros es que Mendeleev no asumió que todos los elementos habían sido descubiertos (en realidad, solo se conocían aproximadamente dos tercios de los elementos naturales en ese momento). En cambio, dejó deliberadamente espacios en blanco en su mesa en las masas atómicas 44, 68, 72 y 100, con la expectativa de que los elementos con esas masas atómicas serían descubiertos. Esos espacios en blanco corresponden a los elementos que ahora conocemos como escandio, galio, germanio y tecnecio.
Los grupos en la tabla de Mendeleev están determinados por cuántos átomos de oxígeno o hidrógeno se necesitan para formar compuestos con cada elemento. Por ejemplo, en el Grupo I, dos átomos de hidrógeno, litio, Li, sodio, Na y potasio forman compuestos con un átomo de oxígeno. En el Grupo VII, un átomo de flúor, F, cloro, Cl y bromo, Br, reacciona con un átomo de hidrógeno. Observe cómo este enfoque tiene problemas con los metales de transición. Hasta aproximadamente 1960, una mesa rectangular desarrollada a partir de la mesa de Mendeleev y basada en la reactividad era estándar en el frente de las salas de conferencias de química.
La evidencia más convincente en apoyo de la disposición de los elementos de Mendeleev fue el descubrimiento de dos elementos previamente desconocidos cuyas propiedades se correspondían estrechamente con sus predicciones (Figura ( PageIndex {1} )). Dos de los espacios en blanco que Mendeleev había dejado en su mesa original estaban debajo del aluminio y el silicio, esperando el descubrimiento de dos elementos aún desconocidos, eka -aluminio y eka -silicio (de el sánscrito eka , que significa “uno”, como en “uno más allá del aluminio”). Las propiedades observadas de galio y germanio coincidían con las de eka -aluminio y eka -silicio tan bien que una vez que se descubrieron, la tabla periódica de Mendeleev ganó rápidamente aceptación.
Cuando las propiedades químicas de un elemento sugirieron que se le podría haber asignado el lugar incorrecto en las tablas anteriores, Mendeleev cuidadosamente reexaminó su masa atómica. Descubrió, por ejemplo, que las masas atómicas reportadas previamente para berilio, indio y uranio eran incorrectas. La masa atómica del indio se había informado originalmente como 75,6, según una supuesta estequiometría de InO para su óxido. Si esta masa atómica fuera correcta, entonces el indio tendría que colocarse en el medio de los no metales, entre arsénico (masa atómica 75) y selenio (masa atómica 78). Debido a que el indio elemental es un metal blanco plateado , sin embargo, Mendeleev postuló que la estequiometría de su óxido estaba realmente en 2 O 3 en lugar de InO. Esto significaría que la masa atómica del indio era en realidad 113, colocando el elemento entre otros dos metales, cadmio y estaño.
| Propiedad | eka-Aluminio (previsto) | Galio (observado) | eka-Silicon (previsto) | Germanio (observado) |
|---|---|---|---|---|
| masa atómica | 68 | 69,723 | 72 | 72,64 |
| elemento | metal | metal | metal gris sucio | metal gris-blanco |
| mp bajo * | pf = 29,8 ° C | mp alto | pf = 938 ° C | |
| ( rho ) = 5,9 g / cm 3 | ( rho ) = 5,91 g / cm 3 | ( rho ) = 5,5 g / cm 3 | ( rho ) = 5,332 g / cm 3 | |
| óxido | E 2 O 3 | Ga 2 O 3 | EO 2 | GeO 2 |
| ( rho ) = 5,5 g / cm 3 | ( rho ) = 6,0 g / cm 3 | ( rho ) = 4,7 g / cm 3 | ( rho ) = 4,25 g / cm 3 | |
| cloruro | ECl 3 | GaCl 3 | ECl 4 | GeCl 4 |
| volátil |
pf = 78 ° C
pb * = 201 ° C
|
pb <100 ° C | pb = 87 ° C | |
| * pf = punto de fusión; pb = punto de ebullición. | ||||
Un grupo de elementos que faltan en la tabla de Mendeleev son los gases nobles, todos los cuales fueron descubiertos más de 20 años después, entre 1894 y 1898, por Sir William Ramsay (1852-1916; Premio Nobel de Química 1904). Inicialmente, Ramsay no sabía dónde colocar estos elementos en la tabla periódica. El argón, el primero en ser descubierto, tenía una masa atómica de 40. Esto era mayor que el cloro y comparable al del potasio, por lo que Ramsay, usando el mismo tipo de razonamiento que Mendeleev, decidió colocar los gases nobles entre los halógenos y el Metales alcalinos.
El papel del número atómico en la tabla periódica
A pesar de su utilidad, la tabla periódica de Mendeleev se basó completamente en la observación empírica respaldada por muy poca comprensión. No fue sino hasta 1913, cuando un joven físico británico, HGJ Moseley (1887-1915), al analizar las frecuencias de rayos X emitidos por los elementos, descubrió que la base subyacente del orden de los elementos era el número atómico , no la masa atómica. Moseley planteó la hipótesis de que la ubicación de cada elemento en su serie correspondía a su número atómico Z , que es el número de cargas positivas (protones) en su núcleo. El argón, por ejemplo, aunque tenía una masa atómica mayor que la de potasio (39.9 amu versus 39.1 amu, respectivamente), se colocó antes que potasio en la tabla periódica. Al analizar las frecuencias de los rayos X emitidos, Moseley notó que el número atómico de argón es 18, mientras que el de potasio es 19, lo que indica que efectivamente se colocaron correctamente. Moseley también notó tres brechas en su tabla de frecuencias de rayos X, por lo que predijo la existencia de tres elementos desconocidos: tecnecio ( Z = 43), descubierto en 1937; promethium ( Z = 61), descubierto en 1945; y renio ( Z = 75), descubierto en 1925.
Resumen
Los elementos en la tabla periódica están ordenados de acuerdo con sus propiedades, y la tabla periódica sirve como ayuda para predecir el comportamiento químico. La tabla periódica organiza los elementos según sus configuraciones electrónicas, de modo que los elementos en la misma columna tienen las mismas configuraciones electrónicas de valencia. Las variaciones periódicas en el tamaño y las propiedades químicas son factores importantes para dictar los tipos de reacciones químicas que experimentan los elementos y los tipos de compuestos químicos que forman. La tabla periódica moderna se basaba en correlaciones empíricas de propiedades como la masa atómica; Los primeros modelos con datos limitados señalaron la existencia de tríadas y octavas de elementos con propiedades similares. La tabla periódica alcanzó su forma actual a través del trabajo de Dimitri Mendeleev y Julius Lothar Meyer, quienes se centraron en la relación entre la masa atómica y las propiedades químicas. Meyer ordenó los elementos por su volumen atómico, que hoy es equivalente al volumen molar , definido como la masa molar dividida por la densidad molar. La correlación con la estructura electrónica de los átomos se hizo cuando H. G. J. Moseley mostró que la disposición periódica de los elementos estaba determinada por el número atómico, no por la masa atómica.
Colaboradores
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Modificado por Joshua Halpern ( Universidad de Howard )