TAULA PERIÒDICA D'ELEMENTS: HISTÒRIA, ESTRUCTURA, ELEMENTS - QUIMICA - 2026

La taula periòdica dels elements és una eina que permet consultar les propietats químiques dels 118 elements coneguts fins ara. És indispensable a l'hora de realitzar càlculs estequiomètrics, predir les propietats físiques d'un element, classificar-los, i trobar propietats periòdiques entre tots ells.

Els àtoms es tornen més pesats a mesura que els seus nuclis afegeixen protons i neutrons, els quals han també estar acompanyats de nous electrons; en cas contrari, no seria possible l'electroneutralitat. Així, alguns àtoms són molt lleugers, com l'hidrogen, i altres, superpesats, com el oganesón.

A qui se li deu tal cor en la química? A l'científic Dmitri Mendeléiev, qui en 1869 (fa gairebé 150 anys) va publicar, després d'una dècada d'estudis teòrics i experiments, la primera taula periòdica en un intent d'organitzar els 62 elements coneguts en aquell temps.

Per a això, Mendeléiev es va basar en les propietats químiques, del temps que paral·lelament Lothar Meyer va publicar una altra taula periòdica que estava organitzada d'acord a les propietats físiques dels elements.

Inicialment, la taula contenia "espais buits", els elements no havien estat coneguts per aquells anys. No obstant això, Mendeléiev va ser capaç de predir amb apreciable exactitud diverses de les seves propietats. Alguns d'aquests elements van ser: germani (a qual va anomenar eka-silici) i gal·li (eka-alumini).

Les primeres taules periòdiques ordenaven els elements en funció de les seves masses atòmiques. Aquest ordenament deixava entreveure alguna periodicitat (repetició i semblança) en les propietats químiques dels elements; no obstant això, els elements de transició no concordaven amb aquest ordre, i tampoc els gasos nobles.

Per aquesta raó, va ser necessari ordenar els elements considerant el nombre atòmic (nombre de protons), en lloc de la massa atòmica. D'aquí, al costat de l'ardu treball i contribucions de molts autors, es va perfeccionar i va completar la taula periòdica Mendeléiev.

Història de la taula periòdica

elements

L'ús d'elements com la base per descriure a l'entorn (més precisament, a la naturalesa) s'ha utilitzat des de l'Antiguitat. No obstant això, en aquella època es feia referència a aquests com les fases i estats de la matèria, i no de la manera en què es referència a partir de l'Edat Mitjana.

Els antics grecs tenien la creença que el planeta que habitem estava format pels quatre elements fonamentals: foc, terra, aigua i aire.

D'altra banda, a l'antiga Xina la quantitat d'elements eren cinc i, a diferència dels grecs, aquests excloïen l'aire i incloïen a el metall i la fusta.

El primer descobriment científic es va fer en 1669 per l'alemany Henning Brand, qui va descobrir el fòsfor; a partir d'aquella data, tots els elements posteriors van quedar registrats.

Val aclarir que alguns elements com l'or i el coure ja eren coneguts abans de l'fòsfor; la diferència és que mai van ser registrats.

simbologia

Els alquimistes (antecessors dels químics actuals) li van col·locar noms als elements amb relació a les constel·lacions, als seus descobridors i als llocs on aquests van ser descoberts.

L'any 1808 Dalton va proposar una sèrie de dibuixos (símbols) per a representar als elements. Després, aquest sistema de notació va ser reemplaçat pel de Jhon Berzelius (utilitzat fins a la data actual), ja que el model de Dalton es va anar complicant a mesura que apareixien nous elements.

Evolució de l'esquema

Els primers intents per a la creació d'un mapa que organitzés la informació dels elements químics ocórrer al segle XIX amb les Tríades de Döbereiner (1817).

Amb el pas dels anys, nous elements es van anar trobant, donant origen a nous models d'organització fins a arribar a el qual actualment s'utilitza.

Cargol tel·lúric de Chancourtois (1862)

Alexander Emile Beguyer de Chancourtois va dissenyar un hèlix de paper on mostrava un gràfic d'espirals (cargol tel·lúric).

En aquest sistema els elements estan ordenats de forma creixent respecte als seus pesos atòmics. Els elements similars estan alineats verticalment.

Vuitenes de Newlands (1865)

Continuant amb el treball de Döbereiner, el britànic John Alexander Reina Newlands va ordenar els elements químics en ordre creixent respecte als pesos atòmics, observant que cada set elements havia similituds en les seves propietats (no s'inclou l'hidrogen).

Taula de Mendeléyv (1869)

Mendeléyv va ordenar els elements químics en ordre creixent respecte a l'pes atòmic, col·locant en la mateixa columna aquells les propietats eren semblants. Va deixar buits en el seu model de taula periòdica preveient l'aparició de nous elements en el futur (a més de predir les propietats que hauria de tenir).

Els gasos nobles no figuren en la taula de Mendeléyv, ja que encara no havien estat descoberts. A més, Mendeléiv no va considerar a l'hidrogen.

Taula periòdica de Moseley (taula periòdica actual) - 1913

Henry Gwyn Jeffreys Moseley va proposar ordenar els elements químics de la taula periòdica segons el seu nombre atòmic; és a dir, en funció del seu nombre de protons.

Moseley va enunciar la «Llei Periòdica» en 1913: «Quan els elements es posen en ordre dels seus números atòmics, les seves propietats físiques i químiques mostren tendències periòdiques».

Així, cada fila horitzontal o període mostra un tipus de relació, i cada columna o grup mostra un altre.

Com està organitzada? (Estructura i organització)

Es pot observar que el pastís de la taula periòdica posseeix diversos colors. Cada color associa elements amb propietats químiques similars. Hi ha columnes ataronjades, grogues, blaves, morades; caselles verdes, i una diagonal de color verd poma.

Cal notar que les caselles de les columnes de l'mig són de color grisencs, de manera que tots aquests elements han de tenir alguna cosa en comú, i és que són metalls de transició amb orbitals d semiplens.

De la mateixa manera, els elements de les caselles morades, encara que passen de substàncies gasoses, d'un líquid vermellós i fins sòlids negre morat (el iode) i platejat grisenc (àstat), són les seves propietats químiques les que els fan congèneres. Aquestes propietats estan regides per les estructures electròniques dels seus àtoms.

L'organització i estructura de la taula periòdica no és arbitrària, sinó que obeeix una sèrie de propietats periòdiques i patrons de valors determinats per als elements. Per exemple, si el caràcter metàl·lic disminueix d'esquerra a dreta de la taula, no pot esperar-se un element metàl·lic a la cantonada superior dreta.

períodes

Els elements s'ordenen en files o períodes depenent de el nivell energètic dels seus orbitals. Abans de el període 4, quan els elements se succeïen en ordre creixent de la massa atòmica, es trobava que per cada vuit d'ells les propietats químiques tornaven a repetir (llei de les octaves, de John Newlands).

Els metalls de transició es colaven amb altres elements no metàl·lics, com el sofre i el fòsfor. Per aquesta raó, va ser vital l'entrada de la física quàntica i el de les configuracions electròniques per a l'enteniment de les taules periòdiques modernes.

Els orbitals d'una capa energètica es van omplint d'electrons (i els nuclis de protons i neutrons), a mesura que es desplaça al llarg d'un període. Aquesta capa energètica va de la mà amb la mida o radi atòmic; per tant, els elements dels períodes superiors són més petits que aquells que es troben sota.

El H i ​​l'He es troben en el primer (període) nivell energètic; la primera fila de caselles grises, en el quart període; i la fila de caselles ataronjades, en el sisè període. Cal notar que, encara que aquesta última aparenta estar en el supòsit novè període, en realitat pertany a el sisè, just després de la casella groga de Ba.

grups

Recorrent un període es troba que la massa, el nombre de protons i d'electrons augmenten. En una mateixa columna o grup, encara que variïn la massa i els protons, el nombre d'electrons de la capa de valència és el mateix.

Per exemple, a la primera columna o grup, l'H té un sol electró en l'orbital 1s ¹, a l'igual que el Li (2s ¹), el sodi (3s ¹), el potassi (4s ¹) i així fins el franci (7s ¹). Aquest número 1 denota que aquests elements tot just posseeixen un electró valència, i per tant, pertanyen a al grup 1 (IA). Cada element està en períodes diferents.

Sense comptar a l'hidrogen, de casella verda, els elements sota d'ell són de caselles ataronjades i se'ls criden metalls alcalins. Una casella més a la dreta en qualsevol període, es troba el grup o la columna 2; és a dir, els seus elements tenen dos electrons de valència.

Però a l'moure un pas més a la dreta, sense els coneixements dels orbitals d, s'arriba a el grup de l'bor (B) o grup 13 (IIIA); en lloc de el grup 3 (IIIB) o de l'escandi (Sc). Prenent en consideració l'ompliment dels orbitals d, es comença a recórrer els períodes de les caselles grisenques: els metalls de transició.

Números de protons vs electrons de valència

A l'estudiar la taula periòdica pot sorgir una confusió entre el nombre atòmic Z o nombre de protons totals en el nucli, i la quantitat d'electrons de valència. Per exemple, el carboni té un Z = 6, és a dir, té sis protons i per tant 6 electrons (en cas contrari no podria ser un àtom amb càrrega neutra).

Però, d'aquests sis electrons, quatre són de valència. Per aquesta raó la seva configuració electrònica és 2s ² 2p ². denota els dos electrons 1s ² de la capa tancada, i teòricament no participen en la formació d'enllaços químics.

Així mateix, pel fet que el carboni té quatre electrons de valència, "convenientment" se situa en el grup 14 (IVA) de la taula periòdica.

Els elements per sota de l'carboni (Si, Ge, Sn, Pb i Fl) posseeixen nombres atòmics (i masses atòmiques) més superiors; però tots tenen en comú els quatre electrons de valència. Això és clau per a l'enteniment de per què un element pertany a un grup i no a un altre.

Elements de la taula periòdica

bloc s

Com acaba d'explicar-se, els grups 1 i 2 es caracteritzen per tenir un o dos electrons en orbitals s. Aquests orbitals són de geometria esfèrica, ia mesura que es descendeix per qualsevol d'aquests grups, els elements van adquirint capes les quals incrementen la mida dels seus àtoms.

Per presentar fortes tendències en les seves propietats químiques i maneres de reaccionar, a aquests elements se'ls s'organitza com el bloc s. Per tant, els metalls alcalins i els metalls alcalinoterris pertanyen a aquest bloc. La configuració electrònica dels elements d'aquest bloc és ns (1s, 2s, etc.).

Encara que l'element heli estigui a l'extrem superior dret de la taula, la seva configuració electrònica és 1s ² i pertany per tant a aquest bloc.

bloc p

A diferència de l'bloc s, els elements d'aquest bloc presenten orbitals s completament plens, mentre que els seus orbitals p continuen omplint-se amb electrons. Les configuracions electròniques dels elements pertanyents a aquest bloc són de l'tipus ns ² np ^1-6 (els orbitals p poden tenir un o fins a sis electrons per omplir).

Llavors, ¿en quina part de la taula periòdica es troba aquest bloc? A la dreta: les caselles verdes, morades i blaves; és a dir, els elements no metàl·lics i els metalls pesants, com el bismut (Bi) i el plom (Pb).

Començant pel bor, amb configuració electrònica ns ² np ¹, el carboni a la seva dreta afegeix un altre electró: 2s ² 2p ². Seguidament, les configuracions electròniques dels altres elements de el període 2 de l'bloc p són: 2s ² 2p ³ (nitrogen), 2s ² 2p ⁴ (oxigen), 2s ² 2p ⁵ (fluor) i 2s ² 2p ⁶ (neó).

Si es baixa als períodes inferiors, es tindrà el nivell energètic 3: 3s ² 3p ^1-6, i així successivament fins al final de l'bloc p.

Cal notar que el més important d'aquest bloc és que, a partir d'el període 4, els seus elements tenen els orbitals d completament plens (caselles blaves des d'ara a la dreta). En resum: el bloc s està a l'esquerra de la taula periòdica, i el bloc p, a la dreta.

elements representatius

Quins són els elements representatius? Són aquells que d'una banda perd fàcilment electrons, o de l'altra, els guanyen per completar l'octet de valència. En altres paraules: són els elements dels blocs si p.

Els seus grups es distingien dels altres mitjançant una lletra A a la fin. Així, hi havia vuit grups: de l'IA a l'VIIIA. Però actualment, el sistema de numeració utilitzat en les taules periòdiques modernes és el aràbic, de l'1 a l'18, incloent els metalls de transició.

Per aquesta raó el grup de l'bor pot ser el IIIA, o 13 (3 + 10), el grup de l'carboni, IVA o 14; i el dels gasos nobles, l'últim a la dreta de la taula, VIIIA o 18.

Metalls de transició

Els metalls de transició són tots els elements de les caselles grisenques. Al llarg dels seus períodes, es van omplint les seves orbitals d, els quals són cinc i poden per tant tenir deu electrons. Com han de tenir deu electrons per omplir aquests orbitals, llavors ha d'haver deu grups o columnes.

A cadascun d'aquests grups en el vell sistema de numeració se li designava amb nombres romans i una lletra B a la fin. El primer grup, el de l'escandi, era el IIIB (3), el de el ferro, cobalt i níquel VIIIB per tenir reactivitats molt semblants (8, 9 i 10), i el de zinc IIB (12).

Com pot apreciar-se, és molt més senzill reconèixer els grups per números aràbics que utilitzant els números romans.

Metalls de transició interna

A partir del període 6 de la taula periòdica, els orbitals f comencen a estar energèticament disponibles. Aquests s'han d'omplir primer que els orbitals d; i per tant, els seus elements usualment es col·loquen a part per no allargar massa la taula.

Els dos últims períodes, l'ataronjat i el grisenc, són els metalls de transició interna, també anomenats lantànids (terres rares) i actínids. Són set orbitals f, els quals necessiten catorze electrons per omplir, i per tant, ha d'haver catorze grups.

Si se sumen aquests grups a la taula periòdica, hi haurà 32 en total (18 + 14) i es tindrà una versió "allargada":

Font: By Sandbh, from Wikimedia Commons

La fila rosat clar correspon als lantanoides, mentre que la fila rosat fosc els actinoides. El lantani, La amb Z = 57, l'actini, Ac amb Z = 89, i tot el bloc f pertanyen a el mateix grup de l'escandi. Per què? Perquè el escandi té un orbital nd ¹, el qual està present en la resta dels lantanoides i actinoides.

El La i el Ac tenen configuracions de valència 5d ¹ 6s ² i 6d ¹ 7s ². A mesura que es desplaça a la dreta per les dues files, els orbitals 4f i 5f comencen a omplir-se. Un cop plens, s'arriba als elements luteci, Lu, i laurenci, Lr.

Metalls i no-metalls

Deixant enrere el pastís de la taula periòdica, resulta més convenient recórrer a la de la imatge superior, fins i tot en la seva forma allargada. De moment la gran majoria dels elements esmentats han estat metalls.

A temperatura ambient, tots els metalls són substàncies sòlides (excepte el mercuri, que és líquid) de color grisenc platejat (a excepció de l'coure i de l'or). Així mateix, solen ser durs i brillants; encara que els de l'bloc s són tous i fràgils. Aquests elements es caracteritzen per la seva facilitat de perdre electrons i formar cations M ⁺.

En el cas dels lantanoides, perden els tres electrons 5d ¹ 6s ² per convertir-se en cations trivalents M ³⁺ (com el La ³⁺). El ceri, per la seva banda, és capaç de perdre quatre electrons (Ce ⁴⁺).

D'altra banda, els elements no metàl·lics componen la menor part de la taula periòdica. Són gasos o sòlids amb àtoms enllaçats covalentment (com el sofre i el fòsfor). Tots se situen en el bloc p; més precisament, a la part alta d'aquest, doncs descendint als períodes inferiors augmenta el caràcter metàl·lic (Bi, Pb, Po).

A més, els no metalls en lloc de perdre electrons, els guanya. Així, formen anions X ^- amb diferents càrregues negatives: -1 per als halògens (grup 17), i -2 per als calcògens (grup 16, el de l'oxigen).

famílies metàl·liques

Dins dels metalls ha una classificació interna per diferenciar-los entre si:

-Els metalls de el grup 1 són els alcalins

-Grup 2, metalls alcalinoterris (Sr. Becambara)

-Grup 3 (IIIB) família de l'escandi. Aquesta família està conformada per l'escandi, capçal de el grup, de l'itri I, de l'lantani, actini, i tots els lantanoides i actinoides.

-Grup 4 (IVB), família de l'titani: Tu, Zr (zirconi), Hf (hafni) i Rf (rutherfordi). Quants electrons de valència tenen? La resposta està en el seu grup.

-Grup 5 (VB), família de l'vanadi. Grup 6 (VIB), família de l'crom. I així successivament fins a la família de l'zinc, grup 12 (IIB).

metal·loides

El caràcter metàl·lic augmenta de dreta a esquerra, i de dalt a baix. Però, ¿quina és la frontera entre aquests dos tipus d'elements químics? Aquesta frontera està composta per elements coneguts com metal·loides, els quals posseeixen característiques tant de metalls com de no metalls.

Els metal·loides poden apreciar-se en la taula periòdica en la "escala" que comença amb el bor, i acaba en l'element radioactiu àstat. Aquests elements són:

-B: bor

-Silicio: Si

-Ge: germani

-Es: arsènic

-SB: antimoni

-Et: tel·luri

-At: àstat

Cada un d'aquests set elements exhibeix propietats intermèdies, les quals varien d'acord a l'entorn químic o la temperatura. Una d'aquestes propietats és la semiconducción, és a dir, els metal·loides són semiconductors.

gasos

En les condicions terrestres, els elements gasosos són aquells no metalls lleugers, com el nitrogen, oxigen i el fluor. Així mateix, el clor, l'hidrogen i els gasos nobles entren en aquesta classificació. De tots ells, els més emblemàtics són els gasos nobles, per la seva baixa tendència a reaccionar i comportar-se com àtoms lliures.

Aquests últims es troba en el grup 18 de la taula periòdica i són:

-Helio, He

-Neón, Ne

-Argón, Ar

-kriptón, Kr

-Xenón, Xe

-Radón, Rn

-I el més recent de tots, el gas noble sintètic oganesón, Og.

Tots els gasos nobles tenen en comú la configuració de valència ns ² np ⁶; és a dir, tenen complet el octet de valència.

Estats d'agregació dels elements a altres temperatures

Els elements estan en estat sòlid, líquid o gasós depenent de la temperatura i la força de les seves interaccions. Si la temperatura de la Terra es refredés fins a rondar el zero absolut (0K), llavors tots els elements es congelarien; a excepció, de l'heli, el qual condensaria.

A aquesta temperatura extrema, la resta dels gasos es trobarien en forma de gel.

A l'altre extrem, si la temperatura fos de 6000K aproximadament, "tots" els elements es trobarien en estat gasós. En aquestes condicions, literalment podrien observar núvols d'or, de plata, de plom i altres metalls.

Usos i aplicacions

La taula periòdica per si sola sempre ha estat i serà, una eina de consulta dels símbols, masses atòmiques, estructures i altres propietats dels elements. És d'enorme utilitat a l'hora de realitzar càlculs estequiomètrics, els quals estan a l'ordre del dia en moltes tasques dins i fora de laboratori.

No només això, sinó que a més la taula periòdica permet comparar els elements d'un mateix grup o període. Així, es pot predir com seran certs compostos dels elements.

Predicció de les fórmules dels òxids

Per exemple, per als òxids dels metalls alcalins, per tenir un sol electró de valència, i per tant una valència +1, s'espera que la fórmula dels seus òxids sigui de l'tipus M ₂ O. Això es comprova amb l'òxid d'hidrogen, l'aigua, H ₂ O. També amb els òxids de sodi, Na ₂ O, i de potassi, K ₂ O.

Per als altres grups, els seus òxids han de tenir fórmula general M ₂ O _n, on n és igual a el nombre de grup (si l'element és de el bloc p, es calcula n-10). Així, el carboni, que pertany a el grup 14, forma CO ₂ (C ₂ O ₄ /2) EXEMPLAR; el sofre, de el grup 16, SO ₃ (S ₂ O ₆ /2) EXEMPLAR; i el nitrogen, de el grup 15, N ₂ O ₅.

Tanmateix, això no s'aplica per als metalls de transició. Això es deu al fet que, el ferro, encara que pertanyi a el grup 8, no pot perdre 8 electrons sinó a 2 o 3. Per tant, en lloc de memoritzar les fórmules, és més important atendre les valències de cada element.

Valències dels elements

Les taula periòdiques (algunes) mostren les valències possibles per a cada element. Coneixent aquestes, es pot estimar per avançat la nomenclatura d'un compost i la seva fórmula química. Les valències, com es va esmentar anteriorment, es relacionen amb el número de grup; tot i que no s'aplica per a tots els grups.

Les valències depenen més de l'estructura electrònica dels àtoms, i de quins electrons realment poden perdre o guanyar.

A el conèixer el nombre d'electrons de valència, es pot igualment iniciar amb l'estructura de Lewis d'un compost a partir d'aquesta informació. La taula periòdica per tant, permet als estudiants i professionals esbossar estructures i donar pas a un sondeig de les possibles geometries i estructures moleculars.

Taules periòdiques digitals

Avui dia la tecnologia ha permès que les taules periòdiques siguin més versàtils i aportin major informació a l'abast de tothom. Diverses d'elles porten il·lustracions cridaneres de cada element, a més d'un breu resum de les seves principals usos.

La manera en què s'interactua amb elles agilitza la seva comprensió i estudi. La taula periòdica ha de ser una eina que resulti agradable a la vista, de fàcil exploració, i el mètode més efectiu per conèixer els seus elements químics és recórrer-la de períodes a grups.

Importància de la taula periòdica

Actualment, la taula periòdica és l'instrument d'organització més important de la química a causa de les detallades relacions dels seus elements. El seu ús és imprescindible tant per a estudiants i docents com per a investigadors i molts professionals dedicats a la branca de la química i enginyeria.

Amb tan sols mirar la taula periòdica, s'obté una quantitat i informació immensa de manera ràpida i eficaç, com per exemple:

- El liti (Li), el beril·li (Be) i el bor (B) condueixen l'electricitat.

- El liti és un metall alcalí, el beril·li és un metall alcalinotérreo i el bor és no metall.

- El liti és el millor conductor dels tres nomenats, seguit pel beril·li i, finalment, el bor (semiconductor).

Així, mitjançant la ubicació d'aquests elements en la taula periòdica es pot concloure instantàniament la seva tendència a la conductivitat elèctrica.

referències

1. Scerri, I. (2007). The periodic table: its story and its significance. Oxford New York: Oxford University Press.
2. Scerri, I. (2011). The periodic table: a very short introduction. Oxford New York: Oxford University Press.
3. Moore, J. (2003). Chemistry for dummies. New York, NY: Wiley Pub.
4. Venable, FP. (1896). The Development of the Periodic Law. Easton, Pennsilvània: Chemical Publishing Company.
5. Ball, P. (2002). The ingredients: a guided tour of the elements. Oxford New York: Oxford University Press.
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Química. (8va ed.). Cengage Learning.
7. Royal Society of Chemistry. (2018). Periodic Table. Recuperat de: rsc.org
8. Richard C. Banks. (Gener de 2001). The Periodic Table. Recuperat de: chemistry.boisestate.edu
9. Physics 2000. (sf). The Origin of the Periodic Table. Recuperat de: physics.bk.psu.edu
10. King K. & Nazarewicz W. (07 de juny del 2018). Is there an end to the periodic table? Recuperat de: msutoday.msu.edu
11. Dr. Doug Stewart. (2018). The Periodic Table. Recuperat de: chemicool.com
12. Mendez A. (16 d'abril de 2010). Taula periòdica de Mendeleiev. Recuperat de: quimica.laguia2000.com