Ley periódica de D. I. Mendeléyev

Antecedentes y esencia de la ley

A mediados del siglo XIX, los científicos conocían la existencia de 62 elementos químicos. Los químicos intentaban agruparlos basándose en datos empíricos, pero no existía una clasificación unificada. Nadie sabía cuántos elementos quedaban por descubrir. Dmitri Ivánovich Mendeléyev fue el único que demostró una convicción firme en la existencia de una ley universal que relacionara absolutamente a todos los elementos.

En 1869, Mendeléyev ordenó los elementos en filas según el aumento de sus masas atómicas (en aquel entonces se usaba el término «peso atómico»). Descubrió un patrón fundamental: la aparición de sustancias con propiedades químicas similares ocurría de forma cíclica. Inicialmente, las repeticiones se observaban cada 7 y 17 elementos, pero más tarde, con el descubrimiento de los gases nobles, estas series aumentaron a 8 y 18.

Esto demostraba que los elementos no eran simplemente un conjunto aleatorio de sustancias, sino un sistema coherente construido a partir de las mismas partículas más elementales.

Arquitectura de la tabla periódica

La expresión gráfica de la ley fue una tabla en la que la serie continua de elementos resultante se divide en segmentos: períodos, situados uno debajo del otro.

• Períodos cortos (1–3): contienen hasta 8 elementos. Comienzan con un metal alcalino activo (por ejemplo, el litio) y terminan con un gas noble inerte. En ellos, la transición de propiedades metálicas a no metálicas se manifiesta de forma más clara y rápida.
• Períodos largos (4–5): incluyen 18 casillas cada uno. Su característica distintiva es la presencia de 10 metales de transición adicionales (inserción desde el escandio hasta el cinc, y desde el itrio hasta el cadmio), que se interconectan entre los elementos típicos.
• Períodos ultralargos (6–7): contienen 32 elementos cada uno. Además de los metales de transición, aparecen grupos de 14 elementos análogos: lantánidos y actínidos. Sus propiedades químicas son tan similares que habitualmente se colocan en un bloque separado dentro de la tabla.

Las columnas verticales se denominan grupos. Su número está estrictamente vinculado a la fórmula del óxido superior del elemento (desde el $R^2O$ en el grupo I hasta el $RO^4$ en el grupo VIII). Los grupos principales (A) incluyen los elementos de los períodos cortos y sus análogos. Los grupos secundarios (B) constan exclusivamente de metales de transición.

Corrección de errores y triunfo científico

En el siglo XIX no existían métodos gaseosos para medir con precisión la masa de los metales. El peso se calculaba a través del equivalente químico (reacción con 8 partes de oxígeno) y la valencia supuesta. Cualquier error en la valencia producía una distorsión proporcional de la masa.

Al crear la tabla, Mendeléyev advirtió que algunos elementos contradecían la lógica de la ley. En lugar de modificar la ley, supuso que las masas atómicas de estas sustancias se habían medido incorrectamente.

1. Uranio (U): Se consideraba trivalente con una masa de 120. Mendeléyev demostró que el uranio es hexavalente, lo situó en el grupo VI junto al cromo y el tungsteno, y duplicó su masa hasta 240. El uranio se convirtió en el elemento más pesado conocido hasta entonces.
2. Berilio (Be): Debido a su parecido con el aluminio, se consideraba trivalente (masa de 13,5). El científico lo trasladó al grupo II, corrigiendo su valencia y su peso.

El principal triunfo fue la función predictiva. En los primeros cuatro períodos, Mendeléyev dejó casillas vacías, señalándolas con guiones y signos de interrogación. Predijo detalladamente las propiedades de metales aún invisibles: el ekaboro, el ekaaluminio y el ekasilicio.

Ya en 1875, el químico francés P. Lecoq de Boisbaudran descubrió el elemento n.º 31, cuyas propiedades coincidían perfectamente con las del ekaaluminio. El nuevo metal fue llamado galio (del lat. Gallia — Francia). Durante los 15 años siguientes se descubrieron el escandio y el germanio predichos, lo que condujo a la aceptación indiscutible de la ley periódica.

Preguntas de clases y exámenes

Qué más repasar sobre el tema

• Formación de óxidos superiores y sus fórmulas por grupos (desde $R^2O$ hasta $RO^4$)
• El concepto de equivalente químico y las dificultades para calcular la masa de los átomos en el siglo XIX
• Aislamiento de tríadas de metales (por ejemplo, Fe-Co-Ni) en un grupo VIII independiente
• Patrones de cambio en la actividad química de los halógenos y los metales alcalinos
• Estructura y propiedades de los elementos de las familias de los lantánidos y actínidos
• Elementos transuránicos y límites de estabilidad de los núcleos atómicos

Otros temas de la sección «Capítulo 5. Estructura de la materia»

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