BIOGRAFÍA DE DIMITRI MENDELEIEV
Tabla Periódica de los Elementos Químicos

BIOGRAFÍA Y OBRA DE MENDELEYEV CREADOR DE LA TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS

Tabla Periódica
De Los Elementos
Químicos

 

 

 

 

Ampliar Lavoisier

Michael Faraday

Isaac Newton

Mecánica Clásica

Henry Cavendish

Robert Boyle


Ordenando los elementos:

De vez en cuando llega un científico que sugiere una nueva manera de pensar. Cuando esto ocurre, decimos que la ciencia tiene un nuevo paradigma, un nuevo modelo del mundo natural.

El paradigma que dio sentido a la química y que todavía sustenta el armazón de la ciencia es la tabla periódica, que tiene sus orígenes en el trabajo del químico ruso Dmitri Mendeleyev.

Mendeleyev nació en Tobolsk, Siberia occidental, en 1834, y era el más joven de 14 hijos. Su padre era director de la escuela secundaria local, pero quedó ciego el mismo año en que nació Mendeleyev. Su madre era la hija de un empresario, y volvió a abrir una de las fábricas de su padre para apoyar a su familia. El joven Dimitri no tenía ningún interés por aprender, pero un tutor privado le inspiró el amor por la ciencia.

Cuando tenía trece años murió su padre y ardió la fábrica de su madre. Esta, al no quedarle ya ninguna razón para permanecer en Siberia y deseando mejorar la educación de su hijo, viajó 2.000 kilómetros/1.300 millas hasta Moscú con Dimitri y una hija mayor que él. En Moscú se le negó la entrada en la universidad; así que viajaron otros 650 kilómetros/400 millas hasta San Petersburgo, donde un amigo de su padre le consiguió una beca para estudiar ciencia en el Instituto Pedagógico Central, adjunto a la universidad. Su madre y su hermana murieron un año después, y él fue

 admitido en el hospital del instituto aquejado de tuberculosis. Le dieron dos años de vida, pero sobrevivió.

Tras una larga estancia en el hospital, se convirtió en maestro y conferenciante no pagado de la Universidad de San Petersburgo, dependiendo de las cuotas de los estudiantes privados. Cuando tenía veintidós años, obtuvo una beca para estudiar en el extranjero. Primero fue a París y después a Heidelberg, donde tuvo la suerte de conocer a Bunsen y a Kirchhoff, directores de las investigaciones que sentarían los cimientos de la espectroscopia.

En septiembre de 1860 viajó a Karlsruhe, Alemania, para asistir al Primer Congreso Internacional de Química, que se celebró para sellar una disputa sobre qué sistema era mejor para llegar a los pesos de los elementos individuales. A él acudieron 140 de los químicos más eminentes del mundo, y los discursos que oyó le despertaron un interés que le duró el resto de su vida.

En 1860, la química todavía estaba confusa. En los cincuenta años desde que Dalton perfilase su teoría atómica, varios químicos, sobre todo Berzelio, construyeron sobre los cimientos que puso él, pero todavía no existía un consenso general sobre los aspectos más básicos de esta ciencia. La confusión era tal que existían 20 fórmulas diferentes para describir compuestos bastante simples.

Una contribución significativa a la regularización del tema fue hecha por el químico inglés Edward Frankland. Nacido en Lancashire, en 1825, era aprendiz de farmacéutico que había estudiado química por cuenta propia, con tan buenos resultados que logró un doctorado por la Universidad de Marburgo en Alemania, y se convirtió en profesor de química en el Owens College de Manchester. En 1852 había introducido el concepto de valencia: la idea de que los átomos de cada elemento individual tenían una capacidad específica propia para combínarse con los átomos de otros elementos, y que esto determinaba las proporciones en las que se unían para formar compuestos. El hidrógeno tiene una valencia 1 y el oxígeno una valencia 2, así que un átomo de oxígeno se combinará con dos átomos de hidrógeno para formar una molécula de agua, que se escribe 1120. De forma semejante, un átomo de carbono, que tiene una valencia 4, se combinará con dos átomos de oxígeno, que tiene valencia 2, para formar una molécula de anhídrido carbónico o CO2. Por tanto, la valencia se convirtió en una herramienta útil para el trabajo diario de los químicos... pero el motivo de que los elementos poseyeran esa propiedad no quedaría claro hasta cinco décadas después.

Una contribución importante a la comprensión de los elementos fue la de otro portavoz en la conferencia, el italiano Stanislao Cannizzaro. Hijo de un magistrado, nació en Palermo, Sicilia, en 1826. Tuvo una carrera pintoresca, que incluía el destierro en París por su participación en una insurrección contra el rey de Nápoles en 1848. Más tarde pudo volver a Italia, y en el momento que se celebró la conferencia era profesor de química en Génova. En 1858había publicado un folleto en el que establecía por primera vez la distinción crucial entre átomos y moléculas.
 

El libro de texto de Mendeleyev

Los discursos de Cannizzaro en Karlsruhe tuvieron un efecto poderoso en Mendeleyev. Este volvió a Rusia convencido de la verdad de la afirmación de Cannizzaro, de que la única medida racional del peso de un elemento era la del peso de sus átomos individuales. Esta seguridad inspiraría sus investigaciones futuras.

En su vuelta a San Petersburgo, en 1861, obtuvo un puesto de profesor en el Instituto Técnico, y rápidamente se convirtió en un evangelista de las últimas ideas en química, casi desconocidas en Rusia. Al descubrir que no existía ningún libro de texto ruso sobre química orgánica (la química de los compuestos que forman la base de la materia viviente), decidió escribir uno... y lo terminó en dos meses.

En 1866, cuando tenía treinta y dos años, se convirtió en profesor de química de la universidad. Poco después empezó a escribir un libro de texto titulado Los principios de la química, cuyo primer volumen apareció en 1868. Fue un libro que se traduciría a muchos idiomas y que se convirtió en el texto estándar para dos generaciones de estudiantes. Estaba escribiendo el segundo volumen cuando hizo el descubrimiento que ordenó los elementos y aseguró su fama.

El sueño de Mendeleyev

Hacía tiempo que se sabía que ciertos elementos compartían propiedades similares, y los químicos habían empezado a preguntar-se si sería posible clasificarlos tal como Linneo había clasificado a los animales. En 1864, el químico inglés John Newlands atrajo atención al hecho de que, silos elementos se colocan según el orden de sus pesos atómicos, la tabla resultante mostraba una periodicidad, lo que significaba que algunas características similares se repetían a intervalos regulares. Expresó esa idea en una regla que llamó la ley de los octavos, dado que esas características similares parecían repetirse cada ocho lugares de la tabla. Pero cuando anunció su «descubrimiento» en una reunión de químicos, fue ridiculizado.

Mendeleyev era consciente del trabajo de Newlands, pero no le gustaba la manera en que lo expresaba. En particular, detestaba la forma en que algunos elementos parecían haber sido metidos con calzador para mantener la impresión de periodicidad. Cuando empezó el segundo volumen de su libro de texto, intentó encontrar algo que le proporcionara un armazón para entender la relación de un elemento con otro pero que le librara de los defectos que percibía en el esquema de Newlands. Estaba convencido de que la química no podría ser una verdadera ciencia hasta que se identificasen unos principios fundamentales subyacentes en la práctica.

El principio organizativo de su libro era agrupar los elementos según sus propiedades compartidas. En febrero de 1869 ya había escrito dos capítulos del segundo volumen y estaba ponderando el siguiente grupo de elementos sobre el que debía escribir. Se encontraba bajo una gran presión. Sus reflexiones sobre la clasificación de los elementos le daban la sensación de que el principio que buscaba estaba casi a su alcance. Había escrito los nombres y los pesos de los elementos conocidos en una serie de tarjetas que reestructuraba una y otra vez, poniendo a prueba su paciencia. Las circunstancias le obligaban a realizar un viaje y temió que si no encontraba la solución antes de partir, perdería la concentración y

perdería su oportunidad. Durante tres días y gran parte de sus respectivas noches luchó con el problema, hasta quedar atontado por la falta de sueño. El día en que se suponía que debía partir, se durmió sobre su escritorio. Mientras dormía, su cerebro continuó barajando las tarjetas y, cuando despertó, comprendió que tenía la solución.
 

La tabla periódica

El secreto que el inconsciente de Mendeleyev había vislumbrado mientras dormía, era que los elementos podían colocarse en filas horizontales en orden ascendente según su peso atómico, y en columnas verticales según sus características químicas... dejando huecos allí donde las pautas parecían requerirlos.

Publicó estas ideas en un escrito titulado Relación entre las propiedades de los elementos y su peso atómico. Este contenía su ley periódica, que señalaba que si los elementos conocidos se listaran según un orden de peso atómico ascendente:

1. Mostrarían una pauta repetitiva de valencias ascendentes y descendentes (la proporción en que se combinan con otros elementos).

2. Formarían grupos que muestran una pauta recurrente de otras características.

Una consecuencia del descubrimiento de Mendeleyev fue que pudo recolocar 17 elementos en la tabla basándose en sus propiedades químicas, implicando que sus pesos atómicos aceptados eran incorrectos. También fue capaz, gracias a los huecos de su tabla, de postular la existencia de tres elementos hasta entonces desconocidos e incluso prever sus propiedades.

La reacción inicial al escrito de Mendeleyev fue tan precavida como la que habían recibido los anteriores intentos de ordenar los elementos, pero cuando se descubrió que los pesos atómico s aceptados de algunos elementos eran realmente incorrectos, sus ideas comenzaron a ser tomadas en serio. Y quince años después, los tres huecos de su tabla se rellenaron gracias al descubrimiento del galio (1875), el escandio (1879) y el germanio (1886), y todos ellos poseían las características que había predicho. Aunque no fue el primero en sugerir que era posible colocar los elementos en un orden que mostrara su periodicidad, Mendeleyev, a diferencia de sus predecesores, demostró que había una lógica subyacente que dictaba su tabla.

En 1876, tras muchos años de matrimonio infeliz, se divorció de su primera esposa. Según la ley rusa no podía volver a casarse durante siete años, pero se había enamorado de una preciosa estudiante de arte de origen cosaco. Incapaz de esperar, se casó con ella y fue acusado de bigamia, pero el zar se negó a castigarlo, diciendo: «Mendeleyev tiene dos esposas, pero Rusia sólo tiene un Mendeleyev». Este segundo matrimonio fue feliz. Tuvieron dos hijas y dos hijos a los que amó, y años de trabajo productivo en un estudio amueblado con los dibujos de sus héroes hechos por su esposa: Newton, Faraday y Lavoisier.

La física tras la química:

Desde que fue creada, la tabla de Mendeleyev se ha visto modificada. La versión moderna (véase la página 146) refleja el conocimiento adquirido desde su época. También contiene 109 elementos, comparados con los 63 que él conocía. Pero su tabla sigue siendo reconocible porque descubrió la relación fundamental entre los elementos, aunque no tenía la más mínima idea de cómo se unían sus átomos.

Los elementos del 1 (hidrógeno) al 92 (uranio) son naturales, ingredientes básicos de los que está hecho el mundo, el resto es creación del hombre. Todos los elementos están formados por unas partículas elementales sumamente pequeñas llamadas protones, neutrones y electrones. Todos los átomos de todos los elementos tienen un núcleo compuesto de protones y neutrones, y alrededor de éste giran los electrones como los planetas giran alrededor del Sol. Así como el Sol contiene la mayoría de la masa del sistema solar, el núcleo contiene la mayoría de la masa del átomo. Y así como los planetas están separados del Sol por inmensos espacios vacíos, las órbitas de los electrones están separadas del núcleo central por inmensos espacios vacíos. Lo que determina el peso atómico de un elemento es el número de neutrones y protones que contiene el núcleo (un protón pesa 1,836 veces más que un electrón), pero son el número y la disposición de los electrones los que determinan las propiedades químicas de un elemento, porque cuando los átomos se combinan, los que se unen son sus electrones.

Los números de la tabla periódica son números atómicos y representan el número de protones del núcleo. También corresponden al número de electrones que giran en torno al núcleo, porque cada átomo contiene el mismo número de protones que de electrones. Los electrones tienen una carga negativa, que es equilibrada por la carga positiva de los protones. El peso atómico de un elemento depende del número total de protones y neutrones en el núcleo, y tiende a aumentar a medida que crece el número atómico, pero algunos elementos tienen versiones múltiples, los llamados isótopos. Por ejemplo, el uranio natural (de número atómico 92) tiene dos versiones: el uranio 235, con 92 protones y 143 neutrones, por tanto con un peso atómico de 235; y el uranio 238, con 92 protones y 146 neutrones, y un peso atómico de 238 (igual a 238 átomos de hidrógeno).

Las columnas verticales son llamadas «grupos»: son familias de elementos con propiedades similares. Así, la columna de la derecha contiene los gases «nobles» o «inertes»: el helio, el neón, etc. También suelen ser llamados gases «perezosos» (argos es «perezoso» en griego), porque son lentos para combinarse con otros elementos. Esto los hace útiles para llenar globos aerostáticos (el helio es más seguro que el hidrógeno) y lámparas fluorescentes (el argón).

LOS ÁTOMOS Y LA ORDENACIÓN PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
La idea de que la materia estaba constituida por unos noventa tipos de unidades fundamentales no acababa de convencer a los científicos.. Hemos visto cómo durante el siglo XIX se iban acumulando pruebas, procedentes de varias fuentes, de que el átomo no era tan simple como una minúscula bola de billar, y que para explicar las interacciones entre los átomos, era necesario que éstos tuvieran una estructura más complicada.

En 1815, William Prout sugirió que todos los átomos estaban formados por átomos de hidrógeno, y como prueba
de su hipótesis adujo el hecho de que todos los pesos atómicos conocidos hasta entonces eran, aproximadamente, números enteros. La hipótesis de Prout ganó inmediatamente muchos adeptos, cuyo entusiasmo disminuyó cuando Jean Seats demostró, con exactas medidas, que el cloro tenia un peso atómico de 35,46.

Los intentos de relacionar las propiedades químicas de los elementos con sus. pesos atómicos prosiguieron entonces con renovado ardor, pero no tuvieron éxito hasta después de 1860, cuando John Newlands tabuló los elementos, ordenándolos según sus pesos atómicos, y observó que existía cierta regularidad en las propiedades químicas de los elementos, que se repetían por octavas. De este modo, enunció su ley, denominada Ley de las octavas y la relacionó con la escala musical, proporción que los científicos de su época acogieron con ironía.

Entre 1868 y 1870, una serie de trabajos de J. L. Meyer y D. Mendeleiev establecieron claramente los principios del "sistema periódico de los elementos". La Tabla Periódica sistematizó inmediatamente la química inorgánica, hizo posible la predicción de las propiedades de elementos aún desconocidos, y puso de manifiesto la existencia de una regularidad estructural de la constitución atómica.

Estudios más finos revelaron ciertas anomalías en la disposición de los elementos, según sus pesos atómicos. Por ejemplo, cuando William Ramsay descubrió los gases nobles (1894-1897), encontró que el argón tenía un peso atómico de 39,88, que era evidentemente mayor que el del potasio (39,10), mientras éste ocupaba un lugar posterior al argón en la Tabla Periódica.

Tales excepciones indicaban que se desconocían ciertos hechos fundamentales, relativos a la estructura atómica. La respuesta iba a ser encontrada como resultado de experimentos realizados en un campo ajeno a la química: las descargas eléctricas a través de gases.

Ver: Naturaleza de la Materia

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