Los seres humanos siempre hemos estado tentados a encontraruna explicación a la complejidad de la materia que nos rodea. Alprincipio se pensaba que los elementos de toda materia estaban

constituidos, en diferentes proporciones, por agua, tierra, fuego y aire.Con el paso del tiempo, y gracias a la mejora de las técnicas de expe-rimentación física y química, los científicos se dieron cuenta de que lamateria es en realidad más compleja de lo que parece. En virtud delo anterior, los químicos del siglo XIX se vieron en la necesidad de or-denar los nuevos elementos descubiertos. La primera manera, la másnatural, fue la de clasificarlos por masas atómicas, pero esta catego-rización no reflejaba las diferencias y similitudes entre los elementos.Muchas más clasificaciones fueron adoptadas antes de llegar a la tablaperiódica que es utilizada en nuestros días. De manera breve, haremosun recuento de los intentos más significativos.

Las tríadas de DóbereinerEste químico elaboró en 1817 un informe que mostraba una relación en-tre la masa atómica de ciertos elementos y sus propiedades. En su informemencionaba la existencia de similitudes entre elementos agrupados entríos que él denomina "tríadas". La tríada del cloro, del bromo y del yodoes un ejemplo que pone en evidencia que la masa atómica del elementointermedio (en este caso, el Br) es el promedio de las masas atómicas de losotros dos integrantes. En 1850 se lograron conocer unas 20 tríadas parallegar así a una primera clasificación coherente.

IUNIDAD ESTRUCTURA ATÓMICA V TABLA PERIÓDICA

Las teorías sedescartan cuando nopueden mantener la

unión de cada una desus propuestas.

Las octavas de Chancourtois y NewlandsEn 1862, Chancourtois (1820-1886), geólogo francés, pone en eviden-cia una cierta periodicidad entre los elementos de la tabla. En 1864Chancourtois y químico inglés Newlands anuncian la ley de las oc-tavas, donde las propiedades se repiten cada ocho elementos, peroesta ley no puede aplicarse a los elementos más allá del calcio. Estaclasificación fue, por lo tanto, insuficiente.

MeyerEn 1869, Meyer (1830-1895), químico alemán, se percata de que existecierta periodicidad en el volumen atómico. Los elementos similares tienenun volumen atómico semejante en relación con los otros elementos. Losmetales alcalinos tienen, por ejemplo, un volumen atómico importante.

Representación gráfica de los elementos según Meyer

* Grupo I o otros elementos • Grupo VIII y EsNota: las medidas son en Angstroms (Á).

Adaptada de http://www.juntadeandalucia.es/averroes/~jpccec/tablap/properiodicas/radatom.

TABLA PERIÓDICA ACTUAL '

MendeleíevEn 1869, Mendeleiev, químico ruso, presenta una primera versión desu tabla periódica. Esta tabla fue la primera presentación coherente delas semejanzas de los elementos químicos, puesto que contenía los 63conocidos hasta entonces y tomaba la^asa atómica como criterio deordenamiento.

Tabla periódica propuesta por Mendele'íev

Periodo Grupo I Grupo II Grupo III Grupo IV Grupo V Grupo VI : Grupo Vil Grupo VIIIRH4 RHs RH2

R20 RO R203 R02 R205 R03 R207 R04

1

IW I\£V<| ..«.^

H =

L¡ = 7 Be = 9.4 B = 11 IC = 12 F = 19

Na = 23 Mg = 24 Al = 27.3 Si = 28 P = 31 S = 32 Cl = 35.5

K = 39 Ca = 40 i - = 44 T¡ = 48 V = 51 Cr = 52 ; Mn = 55

Fe = 56 Co= 59

Ni = 59 Cu= 63

5 ¡(Cu = 63) ) Z n = 65 I- = 68 ¡ - = 72 As = 75 Se = 78 Br = 80

.•J

•

9

, 10

:'•E

«? = £?

Ag = 108

Cs = 133

(-)

-

(Au = 199)

-

Sr=87

Cd = 112

Ba = 137

-

-

Hg = 200

-

?Yt = 88

ln = 113

?Di = 138

-

?Er = 178

'

TI = 204

Zr = 90 ,

Sn = 118

?Ce = 140

-

?La = 180

Pb = 207

Th = 231

/

Sb = 122

-

-

Ta = 182

Bi = 208

-

/

Mo = 96

Te = 125

-

-

W = 184

-

U = 240

-=100

J = 127

-

-

-

-

-

IRu = 104Rh = 104,Pd = 106Ag = 108

Os = 195Ir = 197Pt = 198Au = 199

SKCaüa de http://chemlab.pc.maricopa.edu/periodic/foldedtable.html.

Esta tabla fue diseñada de manera que hiciera aparecer la periodi-ifad de los elementos, clasificándolos verticalmente. Las agrupacio-i horizontales se suceden representando los elementos de la misma

UMIDAO2 ESTRUCTURA ATÓMICA Y TABLA PERIÓDICA

Para poder aplicar la ley que él creía cierta, Mendele'iev tuvoque dejar ciertos huecos vacíos. Él estaba convencido de que undía esos lugares vacíos que correspondían a las masas atómicas 45.68, 70 y 180, no lo estarían más. Los descubrimientos futuros con-firmaron esta convicción. Consiguió, además, anticipar las propie-dades químicas de tres de los elementos que faltaban a partir de laspropiedades de los cuatro elementos vecinos. Entre 1875 y 1886 sedescubrieron el galio, el escandio y el germanio, contando con laspropiedades previstas.

Sin embargo, aunque la clasificación de Mendele'iev marca un claroprogreso, contiene ciertas anomalías debidas a errores de determina-ción de masa atómica de la época. A pesar de esto, hay que reconocerque la tabla de Mendele'iev condujo a la tabla periódica actual.

Un grupo de la tabla periódica es una columna vertical; en latabla estándar hay 18 grupos. El hecho de que la mayoría de estosgrupos correspondan directamente a una serie química, no es frutodel azar. La tabla ha sido inventada para organizar las series quí-micas conocidas dentro de un esquema coherente. La distribuciónde los elementos en la tabla periódica se da partiendo de los gruposque poseen la misma configuración electrónica en su capa más ex-terna. Las interacciones de estos electrones son los que principal-mente determinan el comportamiento químico, de aquí el hecho deque los elementos de un mismo grupo tengan similares propiedadesfísicas y químicas.

Las masas atómicasde los elementosquímicos se suelencalcular con lainedia ponderadade las masas de losdistintos isótoposde cada elemento,

»en cuentai relativa

i uno de ellos.

Ubicación y clasificaciónde los elementos: grupos y periodosEn la actual tabla periódica, los elementos se han organizado por sunúmero atómico creciente en periodos y grupos. Los periodos (filas ho-rizontales) son 7 y corresponden a los niveles de energía donde se ubi-ca el electrón diferencial. Los grupos (columnas verticales) concentranaquellos elementos que tienen una configuración electrónica similaren su último nivel y que, por la misma razón, presentan propiedadessemejantes. Tai es d caso del primer grupo (grupo IA o grupo J) lla-mado de los metales "alcalinos", que incluye al Li, Na, K, Rb, Cs y Fr.Todos ellos tienen un solo electrón en su capa más externa y son me-tales altamente reactivos que se combinan con facilidad para formaróxidos o hidróxidos.

Los grupos marcados con la letra "A' se denominan "representati-vos" y, entre otras características, su última capa electrónica o capa devalencia tiene orbitales s y p. Por su parte, los grupos que se marcancon la letra "B" corresponden a los elementos de transición y su orbitalmás externo es de tipo d. Los lantánidos y actínidos se conocen como"tierras raras" y muchos de ellos no se encuentran en la naturaleza,sino que han sido sintetizados.

TABLA PERIÓDICA ACTUAL TEMA9

Desde hace tiempo se acostumbra darles nombres a algunos gruposie elementos.

Grupos químicosGrupo

IA

HA

NÍA

IVA

VA

VÍA

VIIA

VIIIA

• Nombre

Metales alcalinos

Metales aicalinotérreos

Grupo del boro

Grupo del carbono

Grupo del nitrógeno

Grupo del oxígeno o calcógenos (formadores de cal)

Grupo de los halógenos (formadores de sal)

Gases nobles o inertes

Bloques s, p, d y fLa tabla periódica actual no solamente se ha organizado en funcióndel número atómico, sino que considera para su construcción la confi-guración electrónica de cada uno de los elementos.

Tomemos como ejemplo los elementos del grupo IA, es decir, losmetales alcalinos: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. La configuración electrónicapara cada uno de ellos se muestra a continuación.

3Li=uNa=,9K = 1S22S22P63S23P64S1

37Rb =55Cs =

Es evidente que todos ellos tienen una configuración electrónica si-milar en su último nivel, dado que todos y cada uno tienen su electrónmás externo en un orbital s. Precisamente ésta es la razón por la cualse ubican en el grupo IA. Observemos otro aspecto sumamente inte-resante: el nivel energético equivale numéricamente al periodo en elcual se ubica dentro de la tabla. De esta manera, aun sin observarla, sepueden determinar el grupo y el periodo de un elemento especifico.

Como ejemplo de lo anterior, tomemos el aluminio, con númeroatómico igual a 13. Su configuración electrónica es la siguiente:

isAl = Is22s22p63s23p'

rRUCTURA ATÓMICA Y TABLA PERIÓDICA

La configuración indica que los electrones del aluminio se ubican entres distintas capas o niveles de energía. En la última capa, tambiénconocida como capa de valencia (Ss^p1), se encuentran un total de treselectrones. A partir de estos datos podemos afirmar que el aluminio seubica en el periodo tres (porque los electrones están en el tercer nivelde energía), en el grupo III (porque tiene 3 electrones en su últimacapa), y además pertenece a un grupo "A" debido a que los electronesde la última capa se ubican en orbitales s y p. En resumen, el aluminioestá en el grupo IIIA y en el periodo tres, como podrá comprobarse alrevisar la tabla periódica.

Como se observa en la figura siguiente, la tabla periódica puedesubdividirse, dependiendo del último orbital de la configuración elec-trónica, en cuatro grandes bloques: s, p, d y f.

Bloque s

Bloque p

Bloque d

Bloque f

1s

*3s

4s

5s

6s

3d

4d

5d

6d

2p

3p4p

5p6p

Adaptada de http://es.wikipedia.org/w¡k¡/Bloque_de_la_tabla_peri%C3%B3dica.

e A partir de la configuración electrónica de los siguientes elementos, determina elbloque en el que se encuentran.

1.4Be = 1s22s2 Bloque:

2. 15P = lioNe] 3s'3p3 Bloque:

Bloque:

4. siSb = [36Kr] Bloque:

Bloque:

TABLA PERIÓDICA ACTUAL TEMÍAS

Metales, no metales y semimetalesPartiendo de las propiedades físicas y químicas de los elementos, seacostumbra hacer la división en tres categorías: metales, no metales ysemimetales o metaloides.

Los metales se ubican dentro de los grupos marcados como IA yIIA, así como en los grupos "B" (elementos de transición). Sus caracte-rísticas más notables son las siguientes:• Tienen lustre y brillo metálico.• A temperatura ambiente son sólidos, por lo general, con algunas

pocas excepciones como el galio (Ga).• Son maleables, es decir, se les puede golpear, prensar o martillar

para obtener distintas formas sin que se rompan.• Son dúctiles, lo que equivale a afirmar que pueden hacerse láminas

o alambres delgados con ellos sin que se rompan.• Conducen el calor y la electricidad.• Cuando reaccionan químicamente con el oxígeno, forman óxidos

con un carácter básico.Los no metales se encuentran dentro de los grupos IVA al V1IA y pre-

sentan características opuestas a las de los metales, de manera que:• No poseen lustre metálico.• Pueden aparecer en cualquiera de los tres estados de la materia:

sólido, líquido y gas.

Los productosactuales que recurrena los metales buscanuna mayor eficienciade sus componentesy un sentido estético.

PURA ATÓMICA Y TABLA PERIÓDICA

Los semimetales sonsemiconductores

, se comportancono conductores: aislantesdependiendo delcampo eléctrico.B elementosemiconductor

i usado es el. se emplea

ente en lai electrónica.

• Aquellos que son sólidos a temperatura ambiente no son dúctiles nimaleables.

• Algunos de los no metales presentan el fenómeno de alotropía, elcual consiste en que. un mismo elemento se presenta en diferen-tes formas y con el mismo estado de agregación. Es el caso delcarbono, que puede presentarse en estado sólido como grafito ocomo diamante.

• En reacción con el oxígeno, forman óxidos con carácter ácido.también conocidos como anhídridos.Algunos elementos químicos presentan propiedades "intermedias".

entre las de los metales y las de los no metales, razón por la cual son lla-mados con frecuencia metaloides o semimetales. Entre ellos, tenemosel boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio, telurio y astato.

Para distinguir la ubicación de los metales, no metales y semi-metales se acostumbra en algunas tablas periódicas trazar una líneaque parte desde el boro y, en forma escalonada, va bajando hastallegar al astato. De esta forma, los elementos a la izquierda de estalínea son metales. Hacia arriba y hacia la derecha, tenemos a los nometales. Los semimetales se ubicarían inmediatamente por encimao por debajo de esta línea imaginaria.

Importancia socioeconómica en MéxicoNuestro país sustenta buena parte de su economía en el uso de losmetales, no metales y semimetales. En el México prehispánico ya seconocían y utilizaban varios metales como el oro, la plata, el cobre, elestaño, el mercurio y el plomo. Algunas de las joyas y objetos que da-tan de esa época dan cuenta de la pericia de los orfebres y artesanos.

En la época de la Colonia se fueron desarrollando muchos cen-tros de explotación de minerales. Algunas ciudades, como Pachuca,debieron gran parte de su crecimiento a las minas de plata queexistían en la región.

En la actualidad, México se ha consolidado como un importanteproductor de minerales como hierro, zinc, cobre, plomo, manganesoy plata. De hecho, aunque existen otros elementos del producto nacio-nal que generan muchos recursos económicos, la minería y las indus-trias que procesan minerales se siguen constituyendo como un factor

Una de las tecnologías mexicanas más conocidas en el extranjeroes el hierro esponja, que fue desarrollado por la Compañía Hojalata yLámina de Monterrey (HYLSA); consiste en un proceso de reduccióndirecta del mineral de hierro. El producto obtenido puede ser utilizadocon gran ventaja en la producción de aceros y algunos otros materialesrelacionados. Cabe decir que dentro de la producción mundial de hie-rro, que asciende a miles y mués de toneladas, la tecnología mexicanadel hierro esponja sigue siendo líder.

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Tabla periódica de los elementos químicos

Metales Elementos de transición

9

Gases nobles—i

17 18

1,! 81 l,i I 81 1,4 j tí *J.5

TI Pb Bitrio j Talio Plomo59 2Q4.3S 207.2

B I Icmentos de transición • Metales alcalinos Metales alcalinotérreos %& Gases nobles | Semimetales o metaloides No metales Otros metales

'l.mtánidos • Aún no sintetizados (bloque p)II A< (luidos

Culiiii", <|i> '.íintinlos según su estado: • Sólido • Gases • Líquidos • Preparados sintéticamente

Num.Mn,iiúniii o -•fa*» Número de oxidación

« ""iiiii»ib "Bt,M«fl fllónili A ̂ •* Nombre

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