Los Fundamentos: La Tabla Periódica

En 1869, el químico ruso Dimitri Mendeleyev propuso por primera vez que los elementos químicos exhibían una “propiedad períodica”. Mendeleyev había tratado de organizar los elementos químicos de acuerdo a su peso átomico, asumiendo que las propiedades de los elementos cambiarían gradualmente a medida que aumentaba su peso átomico. Lo que descubrió, sin embargo, fue que las propiedades químicas y físicas de los elementos aumentaban gradualmente y que repentinamente cambiaban en ciertos momentos o períodos. Para explicar estas repetitivas tendencias, Mendeleyev agrupó los elementos en una tabla con hileras y columnas.La tabla moderna de los elementos se basa en las observaciones de Mendeleyev.

Tabla periódica de los elementos según Mendeleyev

Sin embargo, en vez de estar organizada por el peso átomico, la tabla moderna está organizada por el número átomico (z). A medida que se va de izquierda a derecha en una hilera de la tabla periódica, las propiedades de los elementos cambian gradualmente. Al final de cada hilera, ocurre un cambio drástico en las propiedades químicas y el próximo elemento de acuerdo al número átomico es más similar (químicamente hablando) al primer elemento en la hilera. De esta manera empieza una nueva hilera en la tabla.

Por ejemplo, el oxígeno(O), el flúor (F) y el neón (Ne) (z = 8, 9 y 10, respectivamente) son todos gases estables, no-metales a temperatura ambiente. Sin embargo el sodio (Na, z = 11), es un metal plateado sólido a temperatura ambiente, tal como el litio (z = 3). Por consiguiente, el sodio empieza una nueva hilera en la tabla periódica y se ubica justo debajo del litio, resaltando de esta manera sus similitudes químicas.

Las hileras en la tabla periódica se denominan períodos. A medida que se va de izquierda a derecha en cierto período, las propiedades químicas de los elementos cambian pausadamente. Las columnas en la tabla periódica se denominan grupos. Los elementos en cierto grupo de la tabla periódica comparten muchas propiedades químicas y físicas similares. El siguiente enlace lleva una copia interactiva de la tabla periódica de elementos.

La Configuración de los Electrones y la Tabla
La naturaleza ‘periódica’ de los elementos se debe a su configuración de los electrones. Dicho en otras palabras, la manera en la cual los átomos de los electrones se organizan alrededor de su núcleo, afecta las propiedades del átomo.

La teoría del átomo de Bohr postula que los electrones no están localizados arbitrariamente alrededor del núcleo del átomo, sino que ellos se organizan en envolturas de electrones específicas. Cada envoltura tiene una capacidad limitada de electrones. A medida que las envolturas más internas se llenan, electrones adicionales residen en envolturas más distantes.

La capacidad de la primera envoltura del electrón es de dos electrones y la de la segunda envoltura es de ocho. Por consiguiente, en el ejemplo discutido con anterioridad, el oxígeno, con ocho protones y ocho electrones, contiene dos electrones en su primera envoltura y seis en su segunda envoltura. El flúor, con nueve electrones, contiene dos en su primera envoltura y siete en la segunda. El neón, con diez electrones, contiene dos en la primera envoltura y ocho en la segunda. Ya que el número de electrones en la segunda envoltura aumenta, podemos deducir por qué las propiedades químicas cambian gradualmente a medida que se va del oxígeno hacia el flúor y hacia el neón.

El sodio tiene once electrones. Dos están en la primera envoltura, pero recordemos que la segunda envoltura sólo puede contener ocho electrones. El undécimo electrón del sodio no cabe ni en su primera envoltura ni en la segunda. Este electrón reside en una tercera envoltura del sodio. La razón por la cual hay un cambio drástico en las propiedades químicas cuando se va del neón al sodio, se debe a que hay un cambio dramático en la configuración de los electrones entre estos dos elementos.

Tal como se puede apreciar en esta tabla, mientras que el sodio tiene tres envolturas de electrones y el litio dos, lo que tienen en común es que ambos tienen un electrón en su envoltura más externa. Estas envolturas externas de electrones (denominadas valencia de electrones) son importantes al determinar las propiedades químicas de los elementos.

Las propiedades químicas de un elemento están determinadas por la manera en la cual sus átomos interactúan con otros átomos. Si imaginamos la envoltura externa (valencia) de un átomo como una esfera abarcando todo lo que está adentro, entonces es sólo la envoltura de valencia que puede interactuar con otros átomos – tal como sólo la pintura del exterior de una casa puede ‘interactuar’ con el agua de la lluvia y mojarse.

Por consiguiente la valencia de la envoltura de los electrones de un átomo determina su interacción con los átomos cercanos y, por consiguiente de sus propiedades químicas. Ya que ambos el sodio y el litio tienen un electrón de valencia, ellos comparten propiedades químicas similares.

La Configuración Taquigráfica de los Electrones: Para los elementos del grupo A de la tabla periódica, el número de la valencia de electrones corresponde al número de grupo. Por consiguiente, Li, Na y otros elementos del grupo IA tienen un electrón de valencia Be, Mg y otros elementos el grupo IIA tienen dos electrones de. B, Al y otros elementos del grupo IIIA tienen tres electrones de valencia, y así sucesivamente. El número del período, que ocupa un elemento en la tabla es igual al número total de la envolturas que contienen los electrones dentro del átomo. Normalmente H y He en el primer período, tienen electrones sólo en la primera envoltura; Li, Be, B y otros elementos del período dos ocupan dos envolturas. Los científicos usualmente usan taquigrafía para escribir la configuración de los electrones de los elementos.

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