Razones para celebrar el Año Internacional de la Tabla Periódica de los Elementos Químicos, 2019

Aunque tuvo otras notables contribuciones a la química y a la industria petrolera en su país, el científico ruso Dmitri Ivanovich Mendeléiev es reconocido mundialmente por su sistema de clasificación periódico de los elementos químicos, que abrió paso a grandes avances en las ciencias experimentales.

Su sistema de clasificación -presentado en 1869- no era el primero en estar basado en las propiedades de los elementos (por entonces se conocían 63), pero incluyó mejoras notables, como la consideración de sus pesos atómicos y la descripción de las semejanzas entre ellos.

Además, Mendeléiev dejó espacios en blanco para otros elementos que entonces no se conocían, pero que, de acuerdo con sus observaciones sobre la periodicidad, pronto serían descubiertos; así sucedió al confirmarse más tarde el hallazgo del galio y el silicio, por mencionar dos casos.

Esta aportación dio paso a la tabla periódica de los elementos, en la que hoy se apoya el estudio de ciencias desde el nivel de secundaria hasta los laboratorios más avanzados. Por ello, la Organización de Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (Unesco) proclamó el 2019 como el año para  conmemorar ese gran hito.

• Se eligió el 2019 para la celebración mundial de la Tabla Periódica porque este año se cumplen 150 años del sistema de clasificación de los elementos químicos propuesto por Dmitri Mendeléiev. La ceremonia de apertura será el 29 de enero, en París.

Al mismo tiempo, la Unesco rinde homenaje al descubrimiento y denominación -ocurridos en años recientes- de cuatro elementos superpesados de la tabla periódica con los números atómicos 113 (nihonio, descubierto por vez primera en 2016), 115 (moscovio, en 2004), 117 (teneso, en 2010) y 118 (organesón, en 2002, el más pesado detectado hasta hoy).

El entendimiento sobre cómo varían estas propiedades esenciales comenzó con experimentos de laboratorio en 1860, cuando aún no se conocía cómo está integrado el átomo, aunque ya había nociones de la forma en que los elementos se combinan entre sí en proporciones de números pequeños, explica el investigador Jorge Peón Peralta.

“Mendeléiev es el que se ha hecho merecidamente famoso, pero años antes hubo otras aportaciones como la del investigador inglés John Newlands, quien se dio cuenta que los elementos varían en sus propiedades de manera periódica”, precisa el doctor Peón, Director del Instituto de Química de la UNAM.

• Newlands elaboró –en 1864– una tabla periódica basada en las masas atómicas de los elementos y al percatarse de que la composición atómica de la mayoría de ellos poseía un patrón de regularidad, postuló la llamada “Ley de las Octavas”, análoga a la que se aplica en la notación musical.

 “Para Newlands, los elementos tenían sus propiedades organizadas en forma semejante a las octavas de la música, y aunque esta periodicidad no se observaba en los elementos más pesados (que tienen más partículas en sus núcleos), él fue uno de los primeros en tener estas nociones”, aclara el especialista en fisicoquímica.

El académico cita el caso del litio, el sodio y el potasio, metales reactivos que por sus similitudes se han colocado juntos en la tabla periódica. Si leemos sus números atómicos (la cantidad de electrones que tienen) veremos que éstos aumentan progresivamente en 8: el primero tiene 3, el segundo 11 y el tercero 19.

Organizar la materia

“Mendeléiev se dio cuenta de que si bien había cierta periodicidad, ésta se explicaba con más certidumbre al incluir elementos que entonces no se habían descubierto. Esa fue en realidad su contribución más grande: no sólo predecir la existencia de nuevos elementos, sino sus propiedades con una precisión impresionante”, afirma el director del IQ.

La profesora María de los Ángeles Olvera Treviño, de la Facultad de Química de la UNAM, coincide en que la visión de Mendeléiev para agrupar a los elementos según sus características y sus predicciones sobre la existencia de otros nuevos, abrieron senderos inéditos para la investigación científica.

Este trabajo ha impactado no sólo a la química, sino a muchas otras ciencias básicas y experimentales, pues la clasificación sistematizada de los elementos impulsó nuevos conocimientos y aplicaciones tecnológicas que van desde la caracterización de proteínas hasta el desarrollo de nuevos materiales.

“Gracias a esto podemos distinguir entre metales y no metales, gases nobles o el comportamiento periódico de propiedades de los elementos como los pesos, las masas, la electronegatividad o el radio atómico”, considera Olvera Treviño.

La tabla periódica –añade la experta de la Facultad de Química– es la base para organizar la materia: a los elementos que nos forman y a todos los materiales que utilizamos en la vida diaria. Así que conociendo sus propiedades podemos manipularlos y sacarles el mejor provecho.

Este conocimiento dentro de la química se ha fortalecido con grandes aportaciones como la teoría atómica de Niels Bohr o las ecuaciones de Erwin Schröedinger, desarrolladas a principios del siglo XX, que cambiaron la forma en que los científicos conciben a la materia y el comportamiento de las partículas que forma al átomo.

• En la tabla los elementos están dispuestos por orden creciente de su número atómico en siete hileras (periodos) y 18 columnas (grupos). Hasta hoy se han registrado 118 en total, con cuatro de reciente inclusión: nihonio, moscovio, teneso y organesón.

La inclusión de un nuevo elemento

Sin embargo, el legado de Mendeléiev sigue vigente, pues el saber que los elementos van a “comportarse” en forma predecible según sus propiedades, permite a los científicos realizar experimentos inéditos y “sintetizar” (haciendo chocar partículas elementales) nuevos elementos.

Desde 1919, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC, en inglés) es el organismo que regula y normaliza la tabla periódica, además de establecer los estándares para definir si existe suficiente evidencia científica sobre el descubrimiento de un nuevo elemento en los laboratorios.

Para hacerlo, relata Jorge Peón, la IUPAC debe constatar si el nuevo elemento tiene ciertas interacciones, por ejemplo, con campos electromagnéticos.

Aunque sólo exista milésimas de segundo, la masa del núcleo de un nuevo elemento alcanza a interactuar con los campos magnéticos o se mueve de maneras predecibles, conforme a los modelos teóricos previamente establecidos. Cuando se detectan estos patrones, la IUPAC puede confirmar algún hallazgo.

Con estos criterios, hoy se siguen definiendo nuevos elementos de vida muy fugaz, de fracciones de segundo y en las condiciones extremas que sólo se consiguen dentro de los aceleradores de partículas elementales como el LHC (Gran Colisionador de Hadrones) del CERN, localizado en la frontera entre Francia y Suiza.