Conocidos desde la antigüedad: oro (Au), plata (Ag), cobre (Cu), plomo (Pb) y mercurio (Hg).
Siglo XVII, el alquimista Henning Brand descubre el fósforo (P).
Siglo XVIII se descubren muchos elementos, los más importantes de los cuales fueron los gases: oxígeno (O), hidrógeno (H) y nitrógeno (N). El científico francés Antoine Lavoisier (1743-1794) escribe una primera lista de sustancias simples, donde aparecían 33 elementos.
Principios del siglo XIX, al aplicar la pila eléctrica al estudio de fenómenos químicos se consigue descubrir nuevos elementos, como los metales alcalinos y alcalino-térreos. En 1830 ya se conocían 55 elementos.
Mediados del siglo XIX. Se inventa el espectroscopio, el cual ayuda a descubrir otros elementos, muchos de ellos nombrados por el color de sus líneas espectrales características: cesio (Cs, del latín caesĭus, azul), talio (Tl, de tallo, por su color verde), rubidio (Rb, rojo), etc.
Siglo XX d. C., la investigación en los procesos radioactivos llevó al descubrimiento en cascada de una serie de elementos pesados (casi siempre sustancias artificiales sintetizadas en laboratorio, con periodos de vida estable muy cortos), hasta alcanzar la cifra actual de 118 elementos.
Noción de elemento y propiedades periódicas
Evidentemente, era necesario descubrir un número suficiente de elementos como para hacer posible encontrar alguna pauta entre sus propiedades químicas y sus estructuras atómicas.
La palabra «elemento» procede del griego (recordemos los cuatro elementos aristotélicos) y se viene utilizando desde el siglo XVII. Durante el siglo XVIII d. C., se vinieron realizando tablas de afinidad que cambiaron el paradigma del entendimiento de la composición química, como expone Lavoisier en su “Tratado elemental de química”. Todo ello ayudó a diferenciar entre qué sustancias eran sustancias simples (elementos químicos) de sus compuestos químicos y, también, a definir cuáles eran sus propiedades y cómo aislarlas.
El descubrimiento de gran cantidad de elementos nuevos, así como el estudio de sus propiedades, pusieron de manifiesto algunas semejanzas entre ellos, lo que aumentó el interés de los químicos por buscar algún tipo de clasificación.
Los pesos atómicos
El concepto de ÁTOMO (otra palabra de origen griego) se viene utilizando desde principios del siglo XIX, cuando el científico inglés John Dalton (1766-1844) desarrolla la primera Teoría Atómica, a partir de todos los descubrimientos realizados en el siglo anterior e integrando las leyes ponderales de la química (proporciones definidas, proporciones múltiples, proporciones recíprocas).
Dalton estableció en su Teoría el modo en el que se combinaban los átomos en las sustancias conocidas. Estableció como unidad de referencia la masa de un átomo de hidrógeno y refirió el resto de los valores a esta unidad, por lo que pudo construir un sistema de masas atómicas relativas.
Evidentemente cometió bastantes errores como por ejemplo, en el caso del oxígeno. Dalton suponía que el agua era un compuesto binario, formado por un átomo de hidrógeno y otro de oxígeno. No tenía ningún modo de comprobar este punto, por lo que tuvo que aceptar esta posibilidad como una hipótesis a priori. Dalton dedujo que una parte de hidrógeno se combinaba con siete partes de oxígeno para producir agua. Por lo tanto, si un átomo de hidrógeno se combinaba con un átomo de oxígeno, la relación entre las masas de estos átomos debía ser 1:7 (realmente es 1:8, como sabemos en la actualidad).
Con todo ello estableció una primera tabla de masas atómicas relativas (o de pesos atómicos, como los denominó Dalton), que fue modificada y desarrollada en los años posteriores, aún quedando cada vez más claro que era una tabla que debía ser cambiada porque se daban muchos resultados erróneos.
Primeros intentos de sistematización (s. XVIII y XIX)
Como ya he dicho, en 1790 Antoine Lavoisier publicó una lista de 33 elementos químicos, agrupándolos en gases, metales, no metales y tierras. Era muy práctica pero presentaba muchas diferencias tanto en las propiedades físicas como en las químicas.
Uno de los primeros intentos para agrupar los elementos de propiedades análogas y relacionarlos con los pesos atómicos se debe al químico alemán Johann Wolfgang Döbereiner (1780-1849) quien en 1817 puso de manifiesto el notable parecido que existía entre las propiedades de ciertos grupos de tres elementos, con una variación gradual del primero al último. Posteriormente (1827) señaló la existencia de otros grupos en los que se daba la misma relación —cloro, bromo y yodo; azufre, selenio y telurio; litio, sodio y potasio—. A estos grupos de tres elementos se los denominó tríadas.
Al clasificarlas, Döbereiner explicaba que el peso atómico promedio de los pesos de los elementos extremos, es parecido al del elemento en medio. Esto se conoció como la ley de Tríadas.( Por ejemplo, para la tríada cloro-bromo-yodo, los pesos atómicos son respectivamente 36, 80 y 127; el promedio es 81, que es aproximadamente 80).
En 1843 el químico alemán Leopold Gmelin ya había identificado diez tríadas, tres grupos de cuatro, y un grupo de cinco. En
En 1857 el químico alemán August Kekulé observó que el carbono está a menudo unido a otros 4 átomos. El metano, por ejemplo, tiene un átomo de carbono y 4 átomos de hidrógeno. Este concepto eventualmente se conocería como «valencia».
Durante la década de los años 60 del siglo XIX, se fueron publicando diferentes intentos de sistematizar los elementos, ya fuera por sus valencias, por sus pesos atómicos, por la periodicidad de sus propiedades físicas y químicas.
Así llegamos a1869, año en el que el profesor de química ruso Dmitri Ivánovich Mendeléyev publica su primera Tabla Periódica en Alemania y, un año después (1870), Julius Lothar Meyer publicó una versión ampliada de la tabla que había creado en 1864, basadas en la periodicidad de los volúmenes atómicos en función de la masa atómica de los elementos.
A estas alturas ya se conocían 63 elementos de los 90 que existen en la naturaleza. Ambos químicos colocaron los elementos por orden creciente de sus masas atómicas, los agruparon en filas o periodos de distinta longitud y situaron en el mismo grupo elementos que tenían propiedades químicas similares, como la valencia. Construyeron sus tablas haciendo una lista de los elementos en filas o columnas en función de su peso atómico y comenzando una nueva fila o columna cuando las características de los elementos comenzaron a repetirse.
¿Por qué se escogió y aceptó la tabla de Mendeléyev?. Por dos razones principalmente, relacionadas con decisiones que tomó al confeccionarla. La primera fue dejar huecos cuando parecía que el elemento correspondiente todavía no había sido descubierto (aunque no fue el primero en hacerlo), pero sí que su tabla periódica podía predecir las propiedades de esos elementos faltantes ( incluso pronosticó las propiedades de algunos de ellos: el galio (Ga), el germanio (Ge), el escandio (Sc); y el tecnecio (Tc), que, aislado químicamente a partir de restos de un sincrotrón en 1937, se convirtió en el primer elemento producido de forma predominantemente artificial).
La segunda decisión fue ignorar el orden sugerido por los pesos atómicos y cambiar los elementos adyacentes, tales como telurio y yodo, para clasificarlos mejor en familias químicas. En 1913, Henry Moseley determinó los valores experimentales de la carga nuclear o número atómico de cada elemento, y demostró que el orden de Mendeléyev corresponde efectivamente al que se obtiene de aumentar el número atómico.
Las tablas periódicas de Mendeléyev utilizaban el peso atómico en lugar del número atómico para organizar los elementos, información determinable con precisión en ese tiempo. El peso atómico funcionó bastante bien para la mayoría de los casos permitiendo predecir las propiedades de los elementos que faltan con mayor precisión que cualquier otro método conocido entonces. La secuencia de números atómicos todavía se utiliza hoy en día incluso aunque se han descubierto y sintetizado nuevos elementos.
En 1871, Mendeléyev publicó su Segunda Tabla Periódica, ordenada en una nueva forma, con grupos de elementos similares dispuestos en columnas en lugar de filas, numeradas I a VIII en correlación con el estado de oxidación del elemento. También hizo predicciones detalladas de las propiedades de los elementos que ya había señalado que faltaban, pero deberían existir.
Aún seguía dando resultados contradictorios, pero significó un gran avance. Esta tabla fue completada con un grupo más, constituido por los gases nobles descubiertos en vida de Mendeléyev, pero que, por sus características, no tenían cabida en la tabla, por lo que hubo de esperar casi treinta años, hasta 1904, con el grupo o valencia cero, quedando la tabla más completa.
Los últimos elementos naturales que pudieron ser descubiertos fueron el francio, en 1939 y el plutonio, que se sintetizó artificialmente en 1940, pero que fue identificado en cantidades ínfimas en la Naturaleza en 1971.
La disposición de la tabla periódica actual se atribuye a Horace Groves Deming, un químico americano que en 1923 publicó una tabla periódica de 18 columnas.
Mecánica cuántica y expansión progresiva de la tabla (SIGLO XX)
La tabla periódica de Mendeléyev presentaba ciertas irregularidades y problemas. En las décadas posteriores tuvo que integrar los descubrimientos de los gases nobles, las «tierras raras» y los elementos radioactivos. Otro problema adicional eran las irregularidades que existían para compaginar el criterio de ordenación por peso atómico creciente y la agrupación por familias con propiedades químicas comunes.
En 1913 Henry Moseley (1867-1919) realizó un estudio sobre los espectros de rayos X. Moseley comprobó que al representar la raíz cuadrada de la frecuencia de la radiación en función del número de orden en el sistema periódico se obtenía una recta, lo cual permitía pensar que este orden no era casual sino reflejo de alguna propiedad de la estructura atómica. Hoy sabemos que esa propiedad es el número atómico (Z) o número de cargas positivas del núcleo.
Durante el primer tercio del siglo XX surgieron los diferentes desarrollos teóricos que dieron lugar a la confección de la teoría de la Mecánica Cuántica. Gracias a estas investigaciones y a desarrollos posteriores, se acepta que la ordenación de los elementos en el sistema periódico está relacionada con la estructura electrónica de los átomos de los diversos elementos, a partir de la cual se pueden predecir sus diferentes propiedades químicas.
En 1945, y en contra del criterio de sus compañeros científicos, Glenn Seaborg, un científico estadounidense, publicó su teoría en la que afirmaba que los actínidos, como los lantánidos, estaban llenando un subnivel f en vez de una cuarta fila en el bloque d, como se pensaba hasta el momento. Posteriormente se encontró que estaba en lo cierto y en 1951 ganó el Premio Nobel de Química por su trabajo en la síntesis de los actínidos.
En 1952, el científico costarricense Gil Chaverri presentó una nueva versión basada en la estructura electrónica de los elementos, que permite ubicar las series de lantánidos y actínidos en una secuencia lógica de acuerdo con su número atómico.
Aunque se producen de forma natural pequeñas cantidades de algunos elementos transuránicos, todos ellos fueron descubiertos por primera vez en laboratorios, el primero de los cuales fue el neptunio, sintetizado en 1939. La producción de estos elementos ha expandido significativamente la tabla periódica. Debido a que muchos son altamente inestables y decaen rápidamente, son difíciles de detectar y caracterizar cuando se producen.
Han existido controversias relativas a la aceptación de las pretensiones y derechos de descubrimiento de algunos elementos, lo que requiere una revisión independiente para determinar cuál de las partes tiene prioridad, y por lo tanto los derechos del nombre. El 30 de diciembre de 2015 la IUPAC reconoció oficialmente los elementos 113, 115, 117, y 118, completando la séptima fila de la tabla periódica. (Nh, nihonio; Mc, moscovio; Ts, teneso; y Og, oganesón).
