La tabla moderna es una lista de elementos basada en el número de protones en el núcleo. Esa es la carga positiva del núcleo. Luego se organiza en filas y columnas basadas en patrones repetitivos de similitud química dentro de esa serie, otras palabras, “periodicidad”. Por eso se llama tabla periódica. Es muy parecido a las escalas en la música. Todo esto se hizo antes de que siquiera supiéramos que había un núcleo, y mucho menos que se trataba de una carga positiva concentrada. ¿Cómo? Bueno, la masa del núcleo casi se correlaciona bien con esa carga, y los químicos pesaron todo cuidadosamente desde los días de Antoine Lavoisier, el genio científico francés. Lamentablemente su cabeza fue tomada por la guillotina. Organizar los elementos en grupos de química similar es algo natural, pero el ruso Mendeleyev publicó el intento más exitoso, y la mesa moderna lleva su nombre. Podría decorar este post con algunas fotos más tarde.
Desde entonces, hemos aprendido que la base de los patrones y sub-patrones que se repiten en esta serie se debe a las cargas eléctricas negativas que principalmente habitan el espacio alrededor de este núcleo en un patrón propio. El electrón es responsable de una bola de pelusa negativa de carga eléctrica, tiene una carga opuesta al núcleo positivo para equilibrar las cosas, pero es mucho más ligero y ocupa mucho más espacio. Algo así como un factor de 10,000 de hecho.
Se hicieron algunas correcciones a la tabla después de que la estructura de los átomos finalmente se decodificó, pero el hallazgo notable es que la estructura de la tabla es completamente atribuible a la teoría atómica de los electrones alrededor del núcleo. Es un triunfo sobresaliente del reduccionismo. A principios del siglo XX, todas las piezas de este rompecabezas encajaron y nació la química moderna.
La razón por la que los electrones caen en patrones es porque están regidos por relaciones matemáticas, y la razón es que todo movimiento está gobernado por un conjunto de relaciones matemáticas, que se conoce como la teoría cuántica del movimiento. El éxito de Newton resultó ser simplemente la primera etapa en nuestra comprensión. La nueva teoría incluyó la mecánica de Newton en un marco más elegante. Resultó que el universo mismo opera en un patrón que puede ser descrito matemáticamente, y es notablemente regular en este aspecto. Regular en el sentido de ser universal. Ahora que podemos ver atrás en el tiempo mirando hacia atrás en el espacio, podemos ver que el universo estuvo una vez en un estado densamente caliente. Pero ese estado densamente caliente es notablemente uniforme, no importa de qué manera en el cielo giras la cabeza. Es como si el universo fuera como una gran campana que una vez fue golpeada para hacerla sonar cuando estaba estrechamente conectada y ha conservado esa misma firma incluso después de que las partes hayan estado fuera de comunicación durante mucho tiempo.
La regularidad y la previsibilidad de la química descansan en la garantía absoluta de que no importa dónde los recoja, todos los átomos son idénticos, y los patrones dentro de ellos se basan en reglas universales, tranquilizadoras e idénticas. Esa previsibilidad tal vez sorprenda a una cultura humana que debe ver el mundo como un lugar caótico, inquieto e impredecible. Se establecen las constantes universales que corresponden a algún timbre primitivo. Estas se denominan “constantes físicas” del universo y determinan que, en ciertas escalas de tamaño, habrá una especie de “condensación” de propiedades. Los átomos de este mundo aparecen en una escala de tamaño precisa, determinada por la “Constante de Planck”. Si ese número único tuviera un valor diferente, el mundo sería muy diferente. Pero claro, es lo que es.
Podrías imaginar que el universo no era una campana gigante, sino que era cada campana posible imaginable, y todas existen en cierto sentido. La campana que somos tú y yo puede ser solo un patrón de esa campana, quizás la única que se mantiene unida de tal manera que podamos existir nosotros mismos, pero si quieres explicaciones realmente profundas, la idea de explicar el tipo de explicación se acaba. vapor. Porque explicar es una cosa relativa de todos modos.
Basta con decir que la tabla periódica es evidencia de que hay un orden subyacente simple para gran parte de lo que se presenta como caos. Eso se refleja en la biología, aunque los humanos parecemos ser tan diferentes entre nosotros y con otras criaturas, debajo de esa apariencia social hay un mundo de regularidad de pasos de bloqueo y nano-maquinaria de bioquímica y genética. Los conceptos biológicos de genotipo vs fenotipo lo describen bien. En química, la tabla periódica es como una taxonomía, el fenotipo. La teoría atómica proporciona el genotipo.
Puede interesarle cómo los patrones de electrones se acumulan en forma regular, con más detalle. Bueno, primero debes tener una propiedad de los electrones que los mantenga separados en algún sentido. Esto se denomina propiedad “estadística”, principalmente porque afecta su capacidad de contar. En el extraño y maravilloso mundo cuántico en el que realmente vivimos, el concepto de contabilidad es más primordial que el conteo real que hacemos. Si pudiéramos cambiar la cuenta de algo en un volumen de espacio de alguna manera, entonces podríamos imaginar que la cuenta en sí misma podría moverse como una ola. Los electrones en el átomo son contables, afortunadamente, como resulta, debido al hecho de que se “excluyen” entre sí en un átomo. Serían contables solo en pares si no fuera también por el hecho feliz de que el espacio-tiempo nos permite también diferenciar a cada miembro, dándoles una propiedad llamada spin.
El nombre de este principio se llama “Principio de exclusión de Pauli”. Evita que el mundo se derrumbe sobre sí mismo para hacer un gran agujero negro. Determina las propiedades físicas y químicas, hace que los metales brillantemente metálicos.
Los electrones que rodean un átomo deben agregarse progresivamente al espacio a su alrededor, ocupando patrones armónicos como la música, al igual que los tonos de llamada de una hipocampana tridimensional. El resultado es un modelo “shell”. Estas conchas se completan en el interior, pero la capa más externa se conoce como la concha de valencia. Es en esta capa exterior donde tiene lugar toda la química. Ocurre un mercado de trueque, con la energía como moneda. Un sistema de arbitraje. Robando a Peter para pagarle a Paul. Y a medida que transcurre, dos átomos pueden aportar un electrón a un “enlace de pareja” para que “suenen juntos” para perseguir mi analogía de campana, y así los átomos aislados se conviertan en parte de ensamblajes coordinados.
Es aquí donde se manifiesta el carácter de los elementos. La periodicidad corresponde al llenado progresivo de envolturas de electrones y subcascaras.
Tomemos un ejemplo simple. En el extremo izquierdo tenemos una columna de litio, sodio, potasio. La similitud entre el sodio y el potasio se conoce desde tiempos inmemoriales. Ambos tienen un solo electrón de valencia que se expulsa en una posición aislada. Si los electrones fueran como los planetas (no son como las nubes), ese electrón de valencia sería el pobre Plutón solitario. Puede ser fácilmente robado por átomos codiciosos como el oxígeno. Las similitudes químicas en el comportamiento se traducen a simiaridad estructural. Más que similares, podemos llamarlos homólogos.
Los detalles de la fórmula matemática se resolvieron estudiando la luz que los elementos absorben y emiten cuando se excitan. Si N es un número 1,2,3,4,5 … entonces los niveles de energía aparecen como [math] 1 / N ^ {2} [/ math]. Las transiciones de energía en las conchas luego siguen un patrón [math] 1 / {N {_2}} ^ {2} -1 / {N {_1}} ^ {2} [/ math] El conteo cuántico simple está profundamente integrado en la estructura atómica de los átomos. Hay varios números cuánticos involucrados, al igual que las escalas de la música, que conducen a subescalas.