En 1869, el químico ruso Dimitri Ivánovich Mendeleiev ideó una forma de clasificar todos los elementos químicos que aparecen en la naturaleza. Este método de clasificación es la tabla periódica y muchos lo describen como el "corazón de la química". La tabla periódica nació con solo 63 elementos químicos pero, conforme fueron descubriéndose, numerosos elementos químicos se añadieron a sus filas.
En esta lección de unPROFESOR revisaremos cómo está organizada la tabla periódica, viendo qué criterios se siguen a la hora de poner los diferentes elementos en las casillas de esta tabla.
Organización de la tabla periódica
Los elementos de la tabla periódica se ordenan siguiendo diferentes parámetros:
- Los elementos aparecen en filas con orden ascendente de su número atómico, es decir, el primer elemento de la tabla periódica (hidrógeno), situado arriba a la izquierda, tiene menor número de protones (1) que el último elemento de la tabla periódica (oganesón), situado abajo a la derecha (118). A las filas de la tabla periódica se les llama periodos. De esta forma, los elementos del mismo periodo tienen una masa creciente y el mismo número de capas de electrones (número de orbitales). Estos elementos tienen patrones o tendencias similares en radio atómico, energía de ionización, afinidad electrónica y electronegatividad. Un ejemplo son el helio y el hidrógeno: ambos pertenecen al primer periodo y tiene un solo orbital electrónico, pequeño tamaño, etc.
- Los elementos que aparecen en una misma columna tienen la misma valencia química, es decir, el mismo número de electrones en su última capa. Las columnas de la tabla periódica se denominan grupos y, elementos del mismo grupo (en la misma columna) tienen la misma valencia y propiedades químicas parecidas. Un ejemplo son el litio y el sodio: ambos pertenecen al grupo 1 (primera columna) y tienden a ceder un electrón con facilidad; en cambio, el helio y el neón pertenecen al grupo 18 (es decir, la última columna) y tienen su última capa de electrones llena (capa de valencia), por lo que no ganan o ceden electrones con facilidad.
- Dentro de la tabla periódica también podemos encontrar diferentes bloques, normalmente representados en diferentes colores. Estos bloques vienen determinados por secuencia la que se llenan las capas u orbitales de electrones de los elementos. Los diferentes orbitales admiten diferente número de electrones: el orbital "s" admite 2 electrones y, una vez se llena, los electrones pasan a la siguiente capa que puede ser otro orbital "s", un orbital "p", que admite 6 electrones, etc. Así, los electrones de los elementos químicos van llenando diferente número de capas s, p, d y/o f. Cada bloque se denomina según el orbital en el que reside el último electrón: s, p, d y f.
Grupos de elementos químicos de la tabla periódica
A las columnas de la tabla periódica se les ha llamado grupos. Actualmente, en la tabla periódica que se utiliza normalmente, es decir, la estándar hay 18 grupos, numerados de izquierda a derecha del 1 al 18. Esta forma de nombrar los grupos (nomenclatura) puede variar: en ocasiones se utiliza una nomenclatura mezcla de números romanos y letras, en otras ocasiones los grupos tienen nombres comunes (metales alcalinos, halógenos, gases nobles, etc.) y en otras se nombran como "el grupo de..." y el nombre de su primer miembro (por ejemplo, "el grupo de escandio" para el grupo 3).
Elementos de un mismo grupo pueden tener patrones de diferentes propiedades:
- Aumento de radio atómico, de arriba a abajo en un grupo. Conforme descendemos en la tabla periódica, va aumentando el número de electrones y por tanto el número de capas llenas de estos. Por tanto, los electrones de la última capa (capa de valencia) se encuentran más lejos del núcleo y los átomos van siendo cada vez más grandes es decir, tienen un mayor radio.
- Desde la parte superior, cada elemento va teniendo una energía de ionización más baja. Al haber más electrones, aquellos que se encuentran en la capa de valencia están más alejados del núcleo y por tanto este los atrae con menor fuerza, haciendo que sea más fácil quitar electrones conforme descendemos en la tabla periódica.
- Finalmente, también observamos una disminución de electronegatividad dentro del mismo grupo. Nuevamente, al ser la distancia cada vez mayor entre los electrones de valencia y el núcleo, los electrones de otros átomos están más lejos de la fuerza atrayente del núcleo y por tanto este los atrae con menos fuerza que los átomos más pequeños (grupos superiores).
Estas regularidades son tendencias, es decir, hay ciertas excepciones como por ejemplo lo que ocurre en el grupo 11, donde la electronegatividad aumenta más abajo en el grupo. Además, en algunas partes de la tabla periódica como los bloques d y f, las similitudes horizontales entre elementos del mismo grupo no son tan marcadas.
Periodos de la tabla periódica
Las siete filas horizontales de la tabla periódica se llaman períodos. El número de niveles de energía de un átomo determina el periodo al que pertenece. Cada nivel está dividido en distintas categorías llamados capas u orbitales electrónicos que pueden ser de tipo s, p, d y f.
Al igual que lo que ocurría en los grupos, los elementos del mismo período tienen patrones similares de radio atómico, energía de ionización, afinidad electrónica y electronegatividad:
- En un período, el radio atómico normalmente desciende si nos movemos hacia la derecha en la tabla periódica. Conforme vamos pasando de un elemento al siguiente, se añaden protones y electrones, lo que provoca que los electrones sean arrastrados hacia el núcleo (recuerda que los electrones son muy livianos para la fuerza atractora del núcleo).
- La disminución del radio atómico en un mismo periodo hace que la energía de ionización y la electronegatividad se incremente de izquierda a derecha, ya que la atracción que ejerce el núcleo sobre los electrones es cada vez mayor.
- La afinidad electrónica también muestra un patrón a lo largo del periodo, aunque más leve. Los metales, que se encuentran a la izquierda de la tabla periódica, generalmente tienen una afinidad menor que los no metales, que están a la derecha del período. Esto es una generalidad y no se cumple para los gases nobles, que tienen su última capa (capa de valencia) llena y por tanto son muy poco reactivos.
Bloques en la tabla periódica
Los elementos de la tabla periódica se puede dividir en bloques según el orden en el que se completan las capas de electrones de los elementos. Cada bloque se nombra según el último orbital en el que, en teoría, está el último electrón (s, p, d o f):
- El bloque s está formado por los dos primeros grupos, el hidrógeno y el helio.
- El bloque p está formado por los últimos seis grupos (grupos del 13 al 18).
- El bloque d está formado los grupos 3 a 12 (comúnmente llamados metales de transición).
- El bloque f, que normalmente se coloca separado, debajo del resto de la tabla periódica, no tiene números de grupo y se compone de lantánidos y actínidos.
La tabla periódica de los elementos ha sobrevividos durante tantos años porque es un sistema que se ha demostrado muy útil y sobretodo porque se puede actualizar. En teoría, podría haber más elementos que llenarían otros orbitales, pero estos todavía no se han sintetizado o no se han descubierto. En el caso en que se descubrieran nuevos elementos atómicos, los investigadores continuarían con el orden alfabético para nombrar los diferentes bloques (bloque g, bloque h, etc.).
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