Dmitri Mendeléyev y la Creación de la Tabla Periódica

Dmitri Ivánovich Mendeléyev (1834-1907) creó una tabla periódica ordenando los elementos conocidos en columnas y filas de manera similar a la actual. Cambió de lugar algunos elementos para que coincidieran sus propiedades con las de su entorno y dejó espacios para elementos aún no descubiertos.

Sus predicciones sobre la masa atómica, los tipos de compuestos y las propiedades de los elementos desconocidos fueron muy precisas. En el caso del eka-silicio, llegó incluso a predecir el lugar donde podría encontrarse basándose en la similitud con los elementos de su entorno en la tabla.

Propiedades Periódicas de los Elementos

Energía de Ionización

La energía de ionización es la necesaria para separar un electrón en su estado fundamental de un átomo. En los gases nobles esta energía es muy alta, ya que su configuración electrónica es la más estable, y por tanto habrá que proporcionar mucha energía para conseguir arrancar un electrón.

Relación de las Propiedades con la Tabla Periódica

La tabla periódica es importante porque permite obtener información sobre las propiedades de los elementos de forma sencilla. La periodicidad de algunas propiedades físicas y químicas, en función de la posición de los elementos, facilita comprender las relaciones entre ellos.

Los elementos de un mismo grupo presentan comportamientos químicos similares debido a su configuración electrónica de valencia. Las columnas contiguas tienen propiedades más parecidas que las alejadas. Por ejemplo, los elementos del grupo 2 tienden a ceder electrones a los no metales y forman compuestos iónicos con estructuras cristalinas estables. Los gases nobles, al tener la capa de valencia completa, casi no reaccionan, aunque hay excepciones.

La tabla periódica también refleja periodicidad en propiedades físicas, como el radio atómico, que aumenta hacia la izquierda y hacia abajo. Otras propiedades periódicas importantes son la afinidad electrónica, el potencial de ionización y la electronegatividad, que influyen en la capacidad de un elemento de captar, ceder o compartir electrones. Estas propiedades ayudan a predecir el tipo de enlaces que formarán los elementos: iónicos, covalentes o metálicos, o si no formarán compuestos, como los gases nobles.

En general, la posición de un elemento en la tabla permite predecir su comportamiento químico y sus propiedades, aprovechando la similitud con elementos cercanos.

Tipos de Enlaces y Estabilidad Atómica

Fuerzas Intermoleculares

Las moléculas con enlace covalente (donde los átomos comparten electrones) pueden atraerse entre sí mediante fuerzas electrostáticas, llamadas fuerzas intermoleculares.

• Esto sucede gracias a la electronegatividad de los átomos: es decir, la capacidad de un átomo para atraer hacia sí los electrones compartidos en el enlace.

Formación de un Enlace Polar

Cuando dos átomos diferentes se enlazan, la distribución de electrones no queda equilibrada. El proceso es el siguiente:

1. La distribución de electrones no queda equilibrada.
2. El átomo más electronegativo atrae más electrones, acumulando carga negativa.
3. El átomo menos electronegativo tiene déficit de electrones, quedando con carga positiva.

Esto crea dos polos eléctricos y se dice que el enlace es polar.

La Regla del Octeto y sus Limitaciones

Walter Kossel y Gilbert Lewis explicaron la formación de enlaces iónicos y covalentes, atribuyendo la estabilidad de los gases nobles a su capa electrónica externa completa. Lewis propuso que los átomos tienden a tener ocho electrones en su capa más externa (regla del octeto) para alcanzar estabilidad, cediendo, captando o compartiendo electrones.

Esta regla es útil para predecir enlaces, especialmente en los tres primeros periodos de la tabla periódica. Sin embargo, tiene limitaciones:

• El hidrógeno es estable con solo dos electrones.
• Algunos elementos del tercer periodo o superiores pueden tener más de ocho electrones en su capa externa, formando un octeto expandido.

Propiedades de los Compuestos Químicos

Compuestos Iónicos

Algunas de las propiedades más destacadas de los compuestos iónicos son las siguientes:

• Sólidos y duros: A temperatura ambiente se presentan formando redes cristalinas. Aunque son duros, son frágiles frente a impactos, ya que un desplazamiento de los iones provoca repulsiones entre iones de la misma carga.
• Puntos de fusión y ebullición elevados: La separación de las partículas es difícil debido a las fuertes atracciones electrostáticas de la estructura iónica.
• Solubilidad: Son solubles en disolventes polares, como el agua, capaces de separar las cargas eléctricas y romper la red cristalina. En cambio, en disolventes apolares (orgánicos) generalmente no se disuelven.
• Conductividad eléctrica: En estado sólido es nula, ya que los iones están fijos. Cuando están disueltos o fundidos, los iones pueden moverse libremente y la conductividad es elevada.
• Conductividad térmica: Es muy baja en estado sólido debido a la limitada movilidad de los iones dentro de la estructura.

Compuestos Covalentes

Las sustancias covalentes pueden presentarse en forma molecular o en redes, por lo que sus propiedades son muy diferentes según el caso.

Sustancias Moleculares

Los átomos están unidos formando moléculas que, a temperatura ambiente, pueden ser:

• Gaseosas: (O₂, H₂, N₂, CH₄, etc.)
• Líquidas: (H₂O, Br₂, etanol, ácido acético, etc.)
• Sólidas: (I₂, naftaleno, glucosa, etc.)

Sus propiedades generales son:

• Sus temperaturas de fusión y ebullición son relativamente bajas.
• La solubilidad es elevada en disolventes orgánicos, excepto en agua y disolventes polares no similares.
• Como no tienen cargas eléctricas netas, la conductividad eléctrica es prácticamente nula.

Sustancias en Red (Macromoléculas)

Algunos compuestos covalentes forman macroestructuras de átomos unidos covalentemente. Se trata de cristales con un número muy elevado de átomos iguales o diferentes.

Ejemplos:

• Carbono: diamante y grafito.
• Silicio: sílice (SiO₂), presente en minerales como cuarzo, ópalo y arena.

Estos compuestos presentan puntos de fusión y ebullición muy altos, son duros, malos conductores de la electricidad y generalmente insolubles.

El Enlace Metálico y Propiedades de los Metales

El enlace metálico es el responsable de la unión de los átomos de los metales entre sí. Estos átomos se agrupan muy próximos unos de otros, formando estructuras compactas y redes cristalinas.

• Estado y puntos de fusión: La mayoría de los metales son sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio, que funde a −38,4 °C. Los puntos de fusión y ebullición varían mucho según el metal: el galio funde a 29,8 °C, mientras que el wolframio alcanza los 3410 °C.
• Ductilidad y maleabilidad: Los metales pueden estirarse en hilos (ductilidad) o formar láminas (maleabilidad).
• Brillo y reflexión de la luz: Sus superficies son pulidas y reflejan la luz, lo que les da el típico brillo plateado.
• Conductividad: La conductividad eléctrica y térmica de los metales es muy elevada, ya que los electrones responsables del enlace tienen gran libertad de movimiento y se desplazan con facilidad incluso con pequeñas aportaciones energéticas.