¿Por qué la tabla periódica tiene la estructura que tiene?

Fue el ruso, Mendeleev, en la década de 1860, el principal responsable de la estructura de la tabla periódica, en un momento en que solo se conocían unos 60 elementos.

Se dio cuenta de una serie de patrones. Por ejemplo, si los elementos estaban dispuestos de acuerdo con sus masas atómicas, encontró que justo antes de un metal muy reactivo (como el sodio), había un gas reactivo (como el flúor). Así que en lugar de escribir los elementos en una sola columna, hizo una tabla en la que las columnas (ahora llamados grupos) tenían elementos con propiedades similares. Por ejemplo, un grupo, los metales alcalinos, tenían litio, sodio, potasio y rubidio. (El cesio no había sido descubierto todavía, creo).

Otra columna contenía los halógenos: flúor, cloro, bromo y yodo.

Encontró que cada metal alcalino reaccionaba de manera similar con cada halógeno.

Cuando organizó la tabla periódica, pudo encontrar “agujeros” en la tabla, los cuales, según él, representaban elementos que no se habían descubierto. Según su posición, él podía predecir su masa atómica y algunas propiedades químicas.

Este fue un tremendo descubrimiento y, por supuesto, todavía usamos su tabla periódica, aunque de una manera un tanto modificada.

La estructura de los átomos no se conocía entonces, por lo que no sabía acerca de los electrones. Más tarde, los químicos encontrarían que la estructura electrónica de los átomos que forman un elemento determina la mayoría de sus propiedades químicas.

Al atravesar, son los orbitales los que dan a los elementos las características químicas de enlace. Bajando son los efectos especiales de la relatividad que aprietan los orbitales que hacen que los inferiores sean más densos y más metálicos.

Al atravesar está el orbital S con dos electrones, por lo que la primera fila tiene dos elementos. Luego está el orbital P con seis electrones, de modo que las siguientes dos filas tienen 8, 2 de S, 6 de P. Luego está el orbital D con 10, de modo que las siguientes dos filas tienen 18, 2 de S, 6 de P, 10 de D. A continuación se muestran los orbitales F que aparecen dos filas más abajo.

En teoría, esta progresión de los orbitales podría continuar hasta donde pudiéramos llegar. Cada dos filas aparecería un nuevo orbital con 4 electrones más. En la práctica, después del uranio, cada elemento más pesado es radioactivo con vidas medias cada vez más cortas. Los elementos más rápidamente llegan al punto en el que no viven, lo suficiente como para tener propiedades químicas que puedan medirse.

Los orbitales están a punto de cruzar las filas. Ir de fila en fila se trata de la masa del núcleo, la carga del núcleo y el hecho de que las cargas más altas significan movimientos más rápidos en los orbitales. La relatividad especial ocurre dentro del átomo. Los orbitales se hacen más pequeños y los elementos se vuelven más densos. Los electrones internos se mueven más rápido, protegiendo la carga del núcleo mejor haciendo que los electrones externos se unan con menos firmeza haciendo que cada fila sea más metálica.

Esos son los dos sistemas que se combinan para formar el patrón de propiedades en la tabla periódica.

De izquierda a derecha, los elementos están ordenados por el número de protones que tienen en orden creciente.

Los elementos se colocan en diferentes filas según la cantidad de conchas que tienen. Por ejemplo, el helio está en la primera fila porque tiene una sola capa, mientras que el potasio está en la cuarta fila porque tiene 4 capas.

Los elementos en la misma columna tienen la misma cantidad de electrones de valencia.

Las series Lanthanide y Actinide (también conocidas como las 2 filas en la parte inferior que no están conectadas a la tabla periódica principal) se colocan de esa manera para ahorrar espacio y asegurarse de que la tabla periódica no se extienda demasiado. Estas series de lantánidos están entre Ba y Hf; la serie de actínidos se encuentra entre Ra y Rf y directamente debajo de la serie de lantánidos.

La tabla periódica es una obra de arte que se ha elaborado a lo largo de muchos años y se ha hecho lo más eficiente y útil posible, a la vez que sigue siendo fácil de leer y seguir.

Se basa en el número atómico de elementos, y muy elegante. De hecho, es un poco de genio puro, ya que incluso tiene espacio para elementos adicionales, aún por descubrir, desde su inicio. Y de hecho, varios elementos recién descubiertos se han incorporado desde entonces.