Ley Periódica
Esta ley es la base de la tabla periódica y establece que las propiedades físicas y químicas de los elementos tienden a repetirse de forma sistemática conforme aumenta el número atómico..
Desarrollo histórico
Como resultado de los descubrimientos que establecieron en firme la teoría atómica de la materia en el primer cuarto del siglo XIX, los científicos pudieron determinar las masas atómicas relativas de los elementos conocidos hasta entonces. El desarrollo de la electroquímica durante ese periodo por parte de los químicos británicos Humphry Davy y Michael Faraday condujo al descubrimiento de nuevos elementos.
En 1829 se habían descubierto los elementos suficientes para que el químico alemán Johann Wolfgang Döbereiner pudiera observar que había ciertos elementos que tenían propiedades muy similares y que se presentaban en triadas: cloro, bromo y yodo; calcio, estroncio y bario; azufre, selenio y teluro, y cobalto, manganeso y hierro. Sin embargo, debido al número limitado de elementos conocidos y a la confusión existente en cuanto a la distinción entre masas atómicas y masas moleculares, los químicos no captaron el significado de las triadas de Döbereiner.
El desarrollo del espectroscopio en 1859 por los físicos alemanes Robert Wilhelm Bunsen y Gustav Robert Kirchhoff, hizo posible el descubrimiento de nuevos elementos. En 1860, en el primer congreso químico internacional celebrado en el mundo, el químico italiano Stanislao Cannizzaro puso de manifiesto el hecho de que algunos elementos (por ejemplo el oxígeno) poseen moléculas que contienen dos átomos. Esta aclaración permitió que los químicos consiguieran una 'lista' consistente de los elementos.
Estos avances dieron un nuevo ímpetu al intento de descubrir las interrelaciones entre las propiedades de los elementos. En 1864, el químico inglés John Alexander Reina Newlands (1838-1898)
clasificó los elementos por orden de masas atómicas crecientes y observó que después de cada siete elementos, en el octavo, se repetían las propiedades del primero. Por analogía con la escala musical, a esta repetición periódica la llamó ley de las octavas. El descubrimiento de Newlands no impresionó a sus contemporáneos, probablemente porque la periodicidad observada sólo se limitaba a un pequeño número de los elementos conocidos. Bajo esta idea, Newlands elaboró una tabla periódica en 1863. </div>
El químico alemán Julius Lothar Meyer (1830-1895) se
basó en estas nociones para determinar los volúmenes atómicos de los elementos.
Para obtenerlos, pesó cantidades en gramos numéricamente iguales al peso atómico de cada elemento por ejemplo un gramo de hidrógeno, 16 gramos de oxígeno, etc.
Después midió el volumen que ocupaban estos pesos a la misma temperatura y presión. Supuso que la diferencia que se apreciaba tenía que reflejar la diferencia real del volumen de un elemento a otro.
Al graficar los valores que obtuvo, en función de los pesos atómicos, observó que se presentaban una serie de ondas con ascenso en el peso atómico que correspondían a un incremento en sus propiedades físicas.
Tras calcular los pesos atómicos y graficar dichos valores, pudo demostrar que el aumento del peso atómico se correspondía a un incremento de las propiedades físicas. Los trabajos de Meyer respecto a la ley periódica fueron publicados en 1870. .
El químico ruso Dmitri Mendeleiev (1
834-1907) , 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.
Formulación de la ley periódica
Mendeléiev y Meyer
La ley química que afirma que las propiedades de todos los elementos son funciones periódicas de sus masas atómicas fue desarrollada independientemente por dos químicos: en 1869 por el ruso Dmitri Mendeléiev y en 1870 por el alemán Julius Lothar Meyer.
En 1869 Mendeleiev descubrió y formuló la ley periódica de la forma siguiente: “Las propiedades de los cuerpos simples así como las formas y propiedades de los compuestos de los elementos se encuentran en dependencia periódica de los pesos atómicos de los elementos”. .
El sistema periódico de los elementos es expresión de la ley periódica, él ordenó los elementos de acuerdo a su masa atómica y situó en una misma columna a aquellos que tenían algo en común. Su tabla, presentada en 1869, se basó en la variación manual de las propiedades químicas. </div> La aceptación universal del la clasificación de Mendeleiev puede considerarse como un verdadero renacimiento del pensamiento químico. Por primera vez fueron relacionadas en un esquema lógico las variaciones de las propiedades de los elementos y sus compuestos, y dejó de ser necesario tratar un elemento como una individualidad totalmente desligada y sin relación con sus vecinos. La clave del éxito de sus esfuerzos fue comprender que los intentos anteriores habían fallado porque todavía quedaba un cierto número de elementos por descubrir, y había que dejar los huecos para esos elementos en la tabla. Por ejemplo, aunque no existía ningún elemento conocido hasta entonces con una masa atómica entre la del calcio(Ca) y la del titanio(Ti), Mendeléiev le dejó un sitio vacante en su sistema periódico. Este lugar fue asignado más tarde al elemento escandio, descubierto en 1879, que tiene unas propiedades que justifican su posición en esa secuencia. El descubrimiento del escandio sólo fue parte de una serie de verificaciones de las predicciones basadas en la ley periódica, y la validación del sistema periódico aceleró el desarrollo de la química inorgánica. </div>
El sistema periódico ha experimentado dos avances principales desde su formulación original por parte de Mendeléiev y Meyer.
La primera revisión extendió el sistema para incluir toda una nueva familia de elementos cuya existencia era completamente insospechada en el siglo XIX. Este grupo comprendía los tres primeros elementos de los gases nobles o inertes, argón, helio y neón, descubiertos en la atmósfera entre 1894 y 1898 por el físico británico John William Strutt y el químico británico William Ramsay.
El segundo avance fue la interpretación de la causa de la periodicidad de los elementos en términos de la teoría de Bohr (1913) sobre la estructura electrónica del átomo.
Las bases de todo el desarrollo moderno de la química fueron sentadas en el periódo que siguió a la propuesta de Mendeliev y al desarrollo sobre la estructura atómica.
Formulación moderna de la ley periódica
El sistema periódico como indicó Mendeleiev, en 1889, no solo esperaba nuevas aplicaciones, sino también perfeccionamientos, un desarrollo minucioso y unas nuevas fuerzas científicas que lo impulsaran y añadió, en 1905, después de haber sido descubiertos los gases nobles “… a la ley periódica el futuro no lo amenaza con la destrucción, sino que solo promete superestructuras y desarrollo”.
Después de realizadas las correciones de masas atómicas y después del descubrimiento de nuevos elementos que fueron ocupando las casillas vacías de la tabla de Mendeliev, persistían, sin embargo, algunas anomalías en la tabla periódica.
Por ejemplo: a)El níquel (Ni), que se parece más al paladio (Pd) y al platino (Pt), y debe quedar en el mismo grupo, tiene una masa atómica menor que el cobalto (Co), no debiendo situarse antes que esté en la tabla. b)El argón (Ar), que pertenece por sus propiedades al grupo de los gases nobles, tiene una masa atómica superior a la del potasio (K) que debe seguirle en orden sucesivo en la tabla. c)El teluro (Tl) que tiene una masa atómica superior al yodo (I) es muy semejante al azufre (S) y al selenio (Se), y debe estar antes que el yodo para encajar en el grupo del oxígeno (O).
De acuerdo con todo esto se hizo evidente que la masa atómica creciente es un criterio de ordenamiento imperfecto para la estructuración de la tabla periódica.
Realmente las causas de estas anomalías están en que las masas atómicas son las masas promedio de las mezclas de isótopos que constituyen cada elemento y están en relación con las cantidades relativas de cada clase de átomo en la mezcla isotópica. Es decir, que la masa atómica no es una propiedad de clase de átomo, sino del elemento o conjunto de átomos de igual carga nuclear.
La masa atómica depende de la abundancia de cada isótopo en la mezcla y varía de acuerdo con esto para cada elemento. </div>
La siguiente etapa importante en el desarrollo de la ley periódica, está vinculada con los trabajos de H.G. Moseley
, quien, en 1912, estudiando los espectros de rayos X, descubrió que las líneas características de los espectros de rayos X de los distintos elementos variaban su frecuencia en una cantidad constante al pasar de un elemento al siguiente en la tabla periódica.
Este descubrimiento le condujo a una modificación fundamental de la ley periódica de Mendeleiev: las propiedades físicas y químicas de los elementos y sus compuestos se encuentran en dependencia periódica de la carga del núcleo de los átomos de los elementos.
Se requiere como criterio de ordenamiento en la tabla una propiedad más relacionada con la propia estructura de los átomos. En 1913 Moseley encontró que experimentalmente la carga nuclear (Z) es una constante física de los átomos y que está intimamente relacionada con su estructura, siendo igual al número atómico.
La experiencia de Moseley consistió en estudiar el espectro de rayos X de un gran número de elementos en la que hizo incidir un haz de rayos catódicos para provocar la emisión de rayos X. el haz de rayos X emitido por cada sustancia, después de atravesar una red de disfracción, se hizo llegar a una placa fotográfica, obteniéndose el espectro de rayos X correspondiente.
A partir del descubrimiento de la ley de Moseley, la tabla periódica tiene como fundamento la carga nuclear y no el peso atómico. Este cambio de interpretación de la ley periódica no puede sugerir ninguna objeción de principio, puesto que la precisión de los postulados generales sobre la base de nuevos datos experimentales es una condición indispensable para el desarrollo de la ciencia.
Cuando se analizaron las longitudes de onda y números de onda de las rayas correspondientes a las distintas series del espectro de rayos X se encontró que cumplen la relación
Donde σ y C son constantes que dependen del tipo de serie de espectros. A la ecuación anterior se le denomina ley de Moseley.
Estos resultados mostraron que existe una magnitud fundamental que aumenta regularmente al pasar de un elemento a otro (aumenta en unidad). Esta magnitud es evidentemente la carga eléctrica del núcleo o carga nuclear (Z).
Cuando los elementos se disponen en el orden sucesivo de sus cargas nucleares desaparecen las anomalías que se presentaban al ordenarlos según sus masas atómicas crecientes. La carga nuclear se corresponde con el número de orden en la tabla periódica o número atómico.
De acuerdo con esto, la ley periódica se expresa actualmente de la siguiente forma:.
“Las propiedades de los elementos son funciones periódicas de sus números atómicos”, postulado conocido como la Ley periódica de Moseley. Es decir, las propiedades de los elementos varían periódicamente cuando se ordenan según sus cargas nucleares y cada cierto número de elementos las propiedades se repiten.
Algunas consideraciones filosóficas acerca de la importancia de la ley periódica
Fuente
