Sistema periódico de elementos químicos.

La Tabla Periódica de los Elementos Químicos ( Tabla de Mendeleev ) es una clasificación de los elementos químicos que establece la dependencia de varias propiedades de los elementos en la carga de su núcleo atómico . El sistema es una expresión gráfica de la ley periódica , descubierta por el científico ruso D. I. Mendeleev en 1869 y que establece la dependencia de las propiedades de los elementos de su peso atómico (en términos modernos, de la masa atómica ).

La versión original fue desarrollada por D. I. Mendeleev en 1869 y llevada a la forma gráfica tradicional en 1871. En total se han propuesto varios centenares [1] de variantes de representación del sistema periódico (curvas analíticas, tablas, figuras geométricas, etc.). En la versión moderna del sistema, se supone que los elementos se reducen a una tabla bidimensional, en la que cada columna ( grupo ) determina las principales propiedades físicas y químicas, y las filas representan períodos que son similares entre sí a un cierto punto.

Historial de descubrimientos

A mediados del siglo XIX , se habían descubierto 63 elementos químicos, y los intentos de encontrar patrones en este conjunto se hicieron repetidamente. En 1829, Johann Döbereiner publicó la “ley de las tríadas” que había encontrado: la masa atómica de muchos elementos es aproximadamente igual a la media aritmética de otros dos elementos que están cerca del original en propiedades químicas ( estroncio , calcio y bario ; cloro , bromo y yodo , etc.). El primer intento de ordenar los elementos en orden ascendente de pesos atómicos fue realizado por Alexandre Emile Chancourtois (1862), quien creó el "tornillo de telurio" al colocar los elementos en una hélice y notó la frecuente repetición cíclica de las propiedades químicas a lo largo de la vertical. Estos modelos no llamaron la atención de la comunidad científica.

En 1866, el químico y músico John Alexander Newlands propuso su propia versión del sistema periódico , cuyo modelo ("la ley de las octavas") se parecía un poco al de Mendeleev, pero se vio comprometido por los persistentes intentos del autor de encontrar una armonía musical mística en el mesa. En la misma década, se hicieron varios intentos más para sistematizar los elementos químicos, y Julius Lothar Meyer (1864) estuvo más cerca de la versión final . Sin embargo, la principal diferencia entre su modelo era que la periodicidad se basaba en la valencia , que no es única y constante para un solo elemento y, por lo tanto, dicha tabla no podía pretender ser una descripción completa de la física de los elementos y no reflejaba la ley periodica

Según la leyenda, la idea de un sistema de elementos químicos se le ocurrió a Mendeleev en un sueño, pero se sabe que una vez, cuando se le preguntó cómo descubrió el sistema periódico, el científico respondió: “Lo he estado pensando durante tal vez veinte años, pero piensas: estaba sentado y de repente… hecho” [2] .

Después de haber escrito en las tarjetas las propiedades principales de cada elemento (en ese momento se conocían 63 de ellos, de los cuales uno, didymium Di, más tarde resultó ser una mezcla de dos elementos recién descubiertos, praseodimio y neodimio ), Mendeleev comienza a reorganizar estos tarjetas muchas veces, componga filas de ellas con elementos de propiedades similares, haga coincidir las filas una con la otra [3] .

Como resultado de este "solitario químico", el 17 de febrero (1 de marzo) de 1869 se completó la primera versión integral de la Tabla Periódica de los Elementos Químicos, que se denominó "Experimento de un sistema de elementos basado en su peso atómico". y similitud química" [4] , en el que los elementos se disponían en diecinueve filas horizontales (filas de elementos similares que se convirtieron en los prototipos de los períodos del sistema moderno) y seis columnas verticales (prototipos de futuros grupos ). Esta fecha marca el descubrimiento por Mendeleev de la Ley Periódica , pero es más correcto considerar esta fecha como el comienzo del descubrimiento.

Según la cronología final de las primeras publicaciones de la Tabla periódica [5] , la Tabla se publicó por primera vez el 14 y 15 de marzo (26 y 27 de marzo) de 1869 en la primera edición del libro de texto de Mendeleev "Fundamentos de química" (parte 1 , número 2). Y después de eso, al darse cuenta durante un viaje de dos semanas por las provincias del gran significado de su descubrimiento, Mendeleev, al regresar a St. para enviarlo por correo a "muchos químicos". Posteriormente, a principios de mayo de 1869, se publicó con justificación química la "Experiencia de un sistema de elementos" en el artículo del programa de Mendeleev "Relación de las propiedades con el peso atómico de los elementos" [6] (Journal of the Russian Chemical Society ).

En Europa, la Tabla Periódica se dio a conocer en abril de 1869: la primera publicación de la Tabla Periódica en la prensa internacional, según la cronología exacta [5] , se publicó el 5 de abril (17 de abril) de 1869 en el "Journal of Química práctica" [7] y se convirtió en propiedad de la ciencia mundial.

Y solo después de más de seis meses, en diciembre de 1869, se publicó el trabajo del químico alemán Meyer, quien cambió de opinión a favor de la ley D.I.". Sin embargo, esta conclusión es tendenciosa: L. Meyer en su investigación no fue más allá de la disposición de una parte (28 de 63) de los elementos descubiertos en ese momento en una serie continua y no formuló en absoluto la ley periódica, mientras que D. I. Mendeleev dejó varios lugares libres y predijo una serie de propiedades fundamentales de elementos aún no descubiertos y su existencia misma, así como las propiedades de sus compuestos (ekabor, ekaaluminum, ekasilicium, ekamanganeso, respectivamente, escandio , galio , germanio , tecnecio ). Algunos elementos, a saber, berilio , indio , uranio , torio , cerio , titanio , itrio , tenían un peso atómico determinado incorrectamente en el momento del trabajo de Mendeleev sobre la Ley Periódica y, por lo tanto, Mendeleev corrigió sus pesos atómicos basándose en la ley que descubrió. Ni Debereiner, ni Meyer, ni Newlands, ni de Chancourtua pudieron hacer esto.

En 1871, Mendeleev en "Fundamentos de Química" (parte 2, número 2) publica la segunda versión de la Tabla Periódica ( "El Sistema Natural de los Elementos" ), que tiene una forma más familiar: columnas horizontales[ aclarar ] los elementos analógicos se han convertido en ocho grupos dispuestos verticalmente; las seis columnas verticales de la primera variante se convirtieron en períodos que comenzaban con metal alcalino y terminaban con halógeno . Cada período se dividió en dos filas; elementos de diferentes filas incluidos en el grupo formaron subgrupos.

La esencia del descubrimiento de Mendeleev fue que con un aumento en la masa atómica de los elementos químicos, sus propiedades no cambian de manera monótona, sino periódica. Después de un cierto número de elementos de diferentes propiedades, dispuestos en orden ascendente de peso atómico, sus propiedades comienzan a repetirse. Por ejemplo, el sodio es similar al potasio , el flúor es similar al cloro y el oro  es similar a la plata y el cobre . Por supuesto, las propiedades no se repiten exactamente y se les agregan cambios. La diferencia entre el trabajo de Mendeleev y los trabajos de sus predecesores fue que la base para la clasificación de elementos en Mendeleev no era una, sino dos: masa atómica y similitud química. Para que la periodicidad se observara completamente, Mendeleev tomó medidas muy audaces: corrigió las masas atómicas de algunos elementos (por ejemplo, berilio , indio , uranio , torio , cerio , titanio , itrio ), colocó varios elementos en su sistema contrario a las ideas aceptadas en ese momento sobre su similitud con otros (por ejemplo, el talio , considerado un metal alcalino, lo colocó en el tercer grupo según su máxima valencia real ), dejó celdas vacías en la tabla donde se ubicaron los elementos que aún no estaban descubierto debería haber sido colocado. En 1871, sobre la base de estos trabajos, Mendeleev formuló la Ley periódica , cuya forma mejoró un poco con el tiempo.

La fiabilidad científica de la Ley Periódica se confirmó muy pronto: en 1875-1886 se descubrieron el galio (ekaaluminio), el escandio (ekabor) y el germanio (ekasilicio), cuya existencia, basándose en el sistema periódico, Mendeleev predijo y describió con sorprendente precisión un número de sus propiedades físicas y propiedades químicas.

A principios del siglo XX, con el descubrimiento de la estructura del átomo, se descubrió que la periodicidad de los cambios en las propiedades de los elementos no está determinada por el peso atómico, sino por la carga nuclear , igual al número atómico. y el número de electrones, cuya distribución sobre las capas de electrones del átomo del elemento determina sus propiedades químicas. La carga del núcleo, que corresponde al número del elemento en el sistema periódico, se llama con razón número de Mendeleev .

Un mayor desarrollo del sistema periódico está asociado con el llenado de las celdas vacías de la tabla, en las que se colocaron más y más elementos nuevos: gases nobles , elementos radiactivos naturales y obtenidos artificialmente . En 2010, con la síntesis del elemento 118, se completó el séptimo período del sistema periódico. El problema del límite inferior de la tabla periódica sigue siendo uno de los más importantes de la química teórica moderna [8] .

En el período de 2003 a 2009, la IUPAC aprobó el elemento químico 113, descubierto por especialistas del Instituto Japonés de Ciencias Naturales "Riken". El 28 de noviembre de 2016, el nuevo elemento se denominó nihonio (Nh) [9] . El mismo día, los elementos 115 y 117 fueron nombrados moscovio (Mc) y tennessine (Ts) [9] siguiendo las propuestas de JINR , el Laboratorio Nacional de Oak Ridge , la Universidad de Vanderbilt y el Laboratorio Nacional de Livermore en los Estados Unidos. Al mismo tiempo, el elemento 118 recibió el nombre de oganesson (Og) [9] , en honor al profesor Yuri Oganesyan , quien contribuyó al estudio de los elementos superpesados. El nombre fue propuesto por el Instituto Conjunto para la Investigación Nuclear y el Laboratorio Nacional de Livermore [10] .

Estructura

Las más comunes son las tres formas de la tabla periódica: " corta " (período corto), "larga" (período largo) y "extra larga". En la versión "extra larga", cada período ocupa exactamente una línea. En la versión "larga", los lantánidos y actínidos se eliminan de la tabla general, haciéndola más compacta. En la forma de entrada "breve", además de esto, el cuarto y siguientes períodos ocupan 2 líneas; los símbolos de los elementos de los subgrupos principal y secundario están alineados en relación con los diferentes bordes de las celdas. El hidrógeno a veces se coloca en el grupo 7 (forma "corta") o 17 (forma "larga") de la tabla [11] [12] .

A continuación se muestra una versión larga (formulario de período largo), aprobada por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) como la principal.

También hay una serie de elementos hipotéticos (con números del 119 al 126) a los que se les ha dado un nombre sistemático temporal : Ununennium , Unbinilium , Unbiunium , Unbibium , Unbitrium , Unbiquadium , Unbipentium , Unbihexium . Se han hecho intentos para obtener algunos de estos elementos (excepto 123 y 125), pero no han tenido éxito.

La forma abreviada de la tabla que contiene ocho grupos de elementos [13] fue abolida oficialmente por la IUPAC en 1989 . A pesar de la recomendación de utilizar la forma larga, la forma corta sigue apareciendo en todos los libros de texto escolares de química y en todas las aulas de química de las escuelas, en un gran número de libros de referencia y manuales rusos después de 1989 [14] . De la literatura extranjera moderna, la forma corta está completamente excluida y en su lugar se usa la forma larga. Algunos investigadores asocian esta situación con la compacidad aparentemente racional de la forma corta de la tabla, así como con la inercia, el pensamiento estereotipado y la no percepción de la información moderna (internacional) [15] .

En 1970, Theodor Seaborg propuso una tabla periódica ampliada de elementos . Niels Bohr desarrolló la forma de escalera (piramidal) del sistema periódico. Hay muchas otras formas, rara vez o nada usadas, pero muy originales, de mostrar gráficamente la Ley Periódica [16] [17] . Hoy en día, hay varios cientos de versiones de la tabla, mientras que los científicos ofrecen cada vez más versiones nuevas [18] , incluidas las voluminosas [19] .

Grupos

Grupo o familia: una de las columnas de la tabla periódica. Por regla general, los grupos se caracterizan por tendencias periódicas más pronunciadas que los períodos o bloques. Las modernas teorías mecánicas cuánticas de la estructura atómica explican la comunidad de grupos por el hecho de que los elementos dentro del mismo grupo suelen tener las mismas configuraciones electrónicas en sus capas de valencia [20] . En consecuencia, los elementos que pertenecen al mismo grupo tradicionalmente tienen características químicas similares y muestran un patrón claro en el cambio de propiedades a medida que aumenta el número atómico [21] . Sin embargo, en algunas áreas de la tabla, como el d-box y el f-box , las similitudes horizontales pueden ser tan importantes o incluso más pronunciadas que las verticales [22] [23] [24] .

De acuerdo con el sistema internacional de nombres, a los grupos se les asignan números del 1 al 18 en la dirección de izquierda a derecha, desde metales alcalinos hasta gases nobles [25] . Anteriormente, se usaban números romanos para identificarlos . En la práctica estadounidense, después de los números romanos, también se colocaba la letra A (si el grupo estaba ubicado en el bloque s o el bloque p ) o B (si el grupo estaba en el bloque d ). Los identificadores utilizados entonces corresponden al último dígito de los indicadores numéricos modernos. Por ejemplo, los elementos del grupo 4 correspondían al nombre IVB, y los que ahora se conocen como grupo 14 - IVA. En Europa se utilizó un sistema similar, con la salvedad de que la letra A se refería a los grupos hasta el décimo inclusive, y la B a los grupos posteriores al décimo inclusive. Los grupos 8, 9 y 10, además, a menudo se consideraban como un grupo ternario con el identificador VIII. En 1988 entró en vigor la nueva notación IUPAC y los antiguos nombres de grupos cayeron en desuso [26] .

A algunos de estos grupos se les han asignado nombres triviales, no sistemáticos (por ejemplo, " metales alcalinotérreos ", " halógenos ", etc.); sin embargo, algunos de ellos rara vez se usan. Los grupos del tercero al decimocuarto inclusive no tienen tales denominaciones, y se identifican o bien por el número o bien por el nombre del primer representante (“ titanio ”, “ cobalto ”, etc.), ya que presentan un grado menor de de similitud entre ellos o menor correspondencia con patrones verticales [25] .

Los elementos que pertenecen al mismo grupo tienden a mostrar ciertas tendencias en radio atómico , energía de ionización y electronegatividad . De arriba hacia abajo dentro del grupo, el radio del átomo aumenta (cuanto más niveles de energía llenos tiene, más lejos del núcleo están los electrones de valencia ), y la energía de ionización disminuye (los enlaces en el átomo se debilitan y, por lo tanto, se se vuelve más fácil quitar un electrón), así como la electronegatividad (que, a su vez, también se debe a un aumento en la distancia entre los electrones de valencia y el núcleo) [27] . Sin embargo, existen excepciones a estos patrones; por ejemplo, en el grupo 11, la electronegatividad aumenta de arriba hacia abajo y no disminuye [28] .

Períodos

El período  es una fila en la tabla periódica. Aunque los grupos, como se mencionó anteriormente, se caracterizan por tendencias y patrones más significativos, también hay áreas donde la dirección horizontal es más significativa e indicativa que la vertical; por ejemplo, esto se refiere al bloque f, donde los lantánidos y actínidos forman dos importantes secuencias horizontales de elementos [29] .

Dentro de un período, los elementos muestran ciertos patrones en los tres aspectos anteriores (radio atómico, energía de ionización y electronegatividad ), así como en la energía de afinidad electrónica . En la dirección "de izquierda a derecha", el radio atómico generalmente disminuye (debido al hecho de que cada elemento posterior tiene un aumento en el número de partículas cargadas y los electrones son atraídos más cerca del núcleo [30] ), y en paralelo con aumenta la energía de ionización (cuanto más fuerte es el enlace en el átomo, más energía se requiere para eliminar un electrón). La electronegatividad también aumenta en consecuencia [27] . En cuanto a la energía de afinidad electrónica, los metales del lado izquierdo de la tabla se caracterizan por un menor valor de este indicador, y los no metales del lado derecho, respectivamente, por uno mayor, a excepción de los gases nobles [31 ] .

Bloques

En vista de la importancia de la capa externa de electrones de un átomo, varias regiones de la tabla periódica se describen a veces como bloques, nombrados según la capa en la que se encuentra el último electrón [32] . El bloque S incluye los dos primeros grupos , es decir, los metales alcalinos y alcalinotérreos, así como el hidrógeno y el helio ; El bloque p consta de los últimos seis grupos (del 13 al 18, según el estándar de nomenclatura de la IUPAC, o del IIIA al VIIIA, según el sistema americano) e incluye, entre otros elementos, todos los metaloides . Bloque D: estos son grupos del 3 al 12 (IUPAC), también son del IIIB al IIB (sistema americano), que incluyen todos los metales de transición . El bloque F , que normalmente se saca de la mesa, consta de lantánidos y actínidos [33] .

Otros patrones periódicos

Además de las enumeradas anteriormente, algunas otras características de los elementos también corresponden a la ley periódica:

• Configuración electrónica . La organización de los electrones exhibe un cierto patrón periódico repetitivo. Los electrones ocupan una secuencia de capas, que se identifican con números (capa 1, capa 2, etc.), y estas a su vez constan de subniveles identificados con las letras s, p, d, f y g. A medida que aumenta el número atómico, los electrones llenan gradualmente estas capas; cada vez que un electrón ocupa por primera vez una nueva capa, comienza un nuevo período en la tabla. Las similitudes en la configuración electrónica determinan la similitud de las propiedades de los elementos (cuya observación, de hecho, condujo al descubrimiento de la ley periódica ) [34] [35] .
• Metalicidad / no metalicidad . A medida que disminuyen los indicadores de energía de ionización, electronegatividad y afinidad electrónica, los elementos adquieren rasgos característicos de los metales, y a medida que aumentan, por el contrario, para los no metales [36] . De acuerdo con las leyes de las características mencionadas, los metales más pronunciados se ubican al comienzo del período y los no metales, al final. En grupos, en cambio, a medida que se avanza de arriba hacia abajo, las propiedades metálicas aumentan, aunque con algunas excepciones a la regla general. La combinación de patrones horizontales y verticales le da a la línea divisoria condicional entre metales y no metales un aspecto escalonado; los elementos ubicados a lo largo de esta línea a veces se definen como metaloides [37] [38] .

Significado

El sistema periódico de D. I. Mendeleev se ha convertido en un hito importante en el desarrollo de la ciencia atómica y molecular. Gracias a ella se predijo la existencia de elementos químicos desconocidos para la ciencia, se estableció su posición con respecto a los conocidos en la tabla y sus propiedades. Más tarde, muchos elementos fueron descubiertos y cayeron en los lugares predichos por Mendeleev en su tabla [39] . Gracias a ella, se formó un concepto moderno de elemento químico , se aclararon ideas sobre sustancias simples y compuestos.

El papel predictivo del sistema periódico, mostrado por el mismo Mendeleev, se manifestó en el siglo XX al evaluar las propiedades químicas de los elementos transuránicos .

Desarrollada en el siglo XIX como parte de la ciencia de la química , la tabla periódica fue una sistematización lista para usar de los tipos de átomos para las nuevas secciones de la física que se desarrollaron a principios del siglo XX: la física atómica y la física nuclear . Durante el estudio del átomo por los métodos de la física, se encontró que el número de serie del elemento en la tabla periódica ( número atómico , también llamado número de Mendeleev ), es una medida de la carga eléctrica del núcleo atómico de este elemento, el número de la fila horizontal (período) en la tabla determina el número de capas de electrones del átomo , y el número de la fila vertical (grupo) es la estructura cuántica de la capa de electrones superior, a la que los elementos del grupo debido a la similitud de las propiedades químicas.

La aparición del sistema periódico y el descubrimiento de la ley periódica abrieron una nueva era verdaderamente científica en la historia de la química y varias ciencias relacionadas: en lugar de información dispersa sobre elementos y compuestos, D. I. Mendeleev y sus seguidores crearon un sistema armonioso. , sobre cuya base fue posible generalizar, sacar conclusiones, anticipar.

Por decisión de la ONU , 2019 fue declarado Año Internacional de la Tabla Periódica de los Elementos Químicos [40] .

Véase también

• Tablas periódicas alternativas
• Forma abreviada de la Tabla Periódica de los Elementos
• Ley periódica

Notas

1. ↑ El libro (V. M. Potapov, G. N. Khomchenko. "Química". - M., 1982, p. 26) afirma que hay más de 400 de ellos.
2. ↑ Evseev, Anton . Mitos asociados con el gran científico Dmitry Mendeleev  (ruso) , Pravda.Ru  (18 de noviembre de 2011). Archivado desde el original el 7 de noviembre de 2017. Consultado el 4 de noviembre de 2017.
3. ↑ Ley periódica: prehistoria, descubrimiento, desarrollo (enlace inaccesible) . Museo-archivo de D.I. Mendeleev. Consultado el 1 de septiembre de 2012. Archivado desde el original el 5 de marzo de 2016. (indefinido) 
4. ↑ Sistema periódico de elementos / D.N. Trifonov  // Gran Enciclopedia Soviética  / cap. edición A. M. Projorov . - 3ra ed. - M  .: Enciclopedia Soviética , 1975. - T. 19: Otomí - Yeso. - S. 413-417.
5. ↑ 1 2 Druzhinin PA El enigma de la "Tabla de Mendeleev": La historia de la publicación del descubrimiento de D.I. Ley periódica de Mendeleev. - Moscú: Nueva Revista Literaria, 2019. - 164 p. — ISBN 978-5-4448-0976-1 .
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7. ↑ Mendeleiev, Dmitri (1869). “Versuche eines Systems der Elemente nach ihren Atomgewichten und chemischen Functionen” [Sistema de elementos según sus pesos atómicos y funciones químicas]. Journal für Praktische Chemie . 106 : 251. Archivado desde el original el 26 de febrero de 2021 . Consultado el 04-05-2020 . Parámetro obsoleto utilizado |deadlink=( ayuda )
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9. ↑ 1 2 3 IUPAC anuncia los nombres de los elementos 113, 115, 117 y  118 . IUPAC (30 de noviembre de 2016). Consultado el 24 de octubre de 2018. Archivado desde el original el 29 de julio de 2018.
10. ↑ Dos nuevos elementos de la tabla periódica recibieron nombres "rusos" . IA REGNUM. (1 de diciembre de 2016). Consultado el 2 de diciembre de 2016. Archivado desde el original el 2 de diciembre de 2016. (indefinido)
11. ↑ Nekrasov B.V., Fundamentos de química general, volumen 1, 1973 , p. 29
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13. ↑ Ejemplo Archivado el 18 de enero de 2009 en la tabla de formato corto de Wayback Machine .
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16. ↑ Por ejemplo, en 1997, B. F. Makhov publicó el libro "Sistema periódico cuántico simétrico de elementos", en el que los elementos con un término espectral 1 s 0 sirven como límites de filas horizontales, períodos y díadas . Las coordenadas de un elemento particular en la tabla son un conjunto de cuatro números cuánticos.
17. ↑ Trifonov D. N. Estructura y límites del sistema periódico. - M. : Atomizdat, 1969. - 271 p.
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Enlaces

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En catálogos bibliográficos BNE : XX532419 BNF : 122746941 TIERRA : 4125872-1 J9U : 987007364980405171 LCCN : sh85099885 , no2010151385 , n2002011571 , sh2014000656 NKC : ph124041 VIAF : 186605590 , 184014738 WorldCat VIAF : 186605590 , 184014738