SIGLO DEL PROGRESO

La Ley de Leyes: La Tabla Periódica

Cannizzaro y el Congreso de Karlsruhe
Cuando murió Berzelius, la química estaba en un desorden completo. No había acuerdo sobre los conceptos de “átomo”, “molécula” y “equivalente”. Las fórmulas de los compuestos variaban de laboratorio en laboratorio lo que traía como consecuencia la no uniformidad de las tablas de pesos moleculares. Para aclarar toda esta confusión, el químico alemán Friedrich August Kekulé (1829 – 1896) convocó a una reunión de químicos de todos los países en la ciudad de Karlsruhe, en Alemania. Cuarenta y cinco químicos prominentes aceptaron que sus nombres fueran usados en las invitaciones y la reunión, el primer congreso internacional de química, se realizó el 6 de septiembre de 1860. Como era de esperarse, no se llegó a un acuerdo general; sin embargo, la labor que hizo Stanislao Cannizzaro (1826 – 1910) para dar a conocer el trabajo de su compatriota Avogadro fue uno de los logros, y tal vez el más importante, que se dio en el congreso. Cannizzaro hizo una fuerte defensa del trabajo de Avogadro y al final del congreso, cuando todos salían para sus lugares de trabajo y al parecer con la misma confusión en la que habían llegado, un amigo de Cannizzaro distribuyó un artículo del científico italiano. En este artículo Cannizzaro desarrollaba históricamente los conceptos de átomo y molécula a partir de la hipótesis de Avogadro y mostraba cómo varias partes del trabajo de su compatriota habían sido aceptadas por Berzelius, Dumas y Gerhardt, pero ninguno había aceptado el trabajo por completo. Con resultados Cannizzaro mostró lo valioso de las ideas de Avogadro y dio en una tabla los pesos moleculares correctos de muchos compuestos.

De esta manera las ideas de Avogadro comenzaron a difundirse por toda parte con el consecuente reconocimiento de su trabajo, aunque muy tarde para que su autor pudiera disfrutar de eso. El primero en ver lo acertado de estas ideas fue Lothar Mayer quien las incorporó en sus investigaciones y las hizo muy populares. Gradualmente, los químicos aceptaron la distinción entre átomo y molécula y las nuevas tablas de compuestos se basaron en este hecho. Con renovada confianza, los químicos orgánicos construyeron estructuras complejas pero los químicos inorgánicos, quienes a través de muchos años habían acumulado una serie de hechos empíricos sobre los elementos, no avanzaban como ellos querían. No obstante, pronto comenzó a verse una esperanza de hallar un comportamiento sistemático de los elementos.


LA TABLA PERIODICA DE LOS ELEMENTOS

Desde que Boyle dio la definición operacional de elemento, la lista de sustancias que merecían tener ese título comenzó a aumentar. Para la mitad del siglo XIX se conocían más de 60 elementos y la necesidad de elaborar una tabla que agrupara y diera cuenta de las propiedades de ellos se hizo evidente. Después de muchos intentos, el científico que tuvo éxito en la construcción de dicha tabla fue el químico ruso Mendeleev quien además pudo predecir elementos que aún no habían sido descubiertos convirtiéndose su trabajo en uno de los mayores logros de la ciencia del siglo pasado.

El primer intento por generalizar las relaciones entre los elementos fue hecho por Johann Wolfgang Döbereiner en 1829 cuando se percató que habían grupos compuestos por tres elementos con propiedades químicas similares. Algunas de las “tríadas” eran: cloro, bromo y yodo; hierro, cobalto y manganeso; calcio, estroncio y bario. En cada uno de estos casos el peso atómico del elemento de la mitad de la “triada” era la media aritmética de los pesos de los otros dos. No obstante no hubo más progreso en estas clasificaciones debido a la confusión que antes se mencionó sobre los pesos moleculares de los compuestos.

Después de los trabajos de Cannizzaro en los que se aclaraban los problemas sobre los pesos atómicos se hicieron otros intentos de clasificación como el del geólogo francés Béguyer de Chancourtois en 1863 quien acomodó los elementos, basado en sus pesos, en una espiral alrededor de un cilindro, pero su trabajo fue ignorado. La siguiente clasificación le correspondió a John Alexander Reina Newlands cuando en 1864 arregló los elementos según sus pesos atómicos y notó que “el octavo elemento, comenzando desde uno dado, es una clase de repetición del primero, al igual que la octava nota en una octava musical”. A este patrón de repetición lo llamó la “ley de las octavas”. Lo importante del trabajo de Newlands fue el énfasis que puso en los nuevos pesos atómicos propuestos por Cannizzaro ya que cuando ellos se usaban, la regularidad de observaba de inmediato.

Como es común en la historia de la ciencia, cuando existe un problema con los datos suficientes para ser resuelto, la solución suele aparecer de manera casi que simultánea en diferentes partes. Esto fue lo que pasó con la ley periódica de los elementos pues fue descubierta independientemente por Julius Lothar Meyer en Alemania y Dmitri Ivanovich Mendeleev en Rusia, aunque el mayor reconocimiento por este trabajo se le da a éste último por razones que se harán obvias en el siguiente apartado.

Dmitri Ivanovich Mendeleev
Mendeleev nació en 1834 en Tobolska, Siberia y fue el décimo cuarto hijo de un profesor. A pesar de la dificultades que tuvo por ser de Siberia para entrar a la universidad logró hacerlo en 1850 el mismo año en que su madre, la persona que más influyó para que se dedicara a la ciencia, murió. En abril de 1869 Mendeleev publicó su ley periódica en ruso y Meyer la publicó en 1.870 en alemán. Ambos ordenaron los elementos de acuerdo al incremento del peso atómico y se percataron de la repetición periódica de las propiedades en las familias de los elementos y ambos dejaron espacios vacíos, pero Mendeleev fue más intrépido que Meyer a la hora de hacer especulaciones. Mendeleev afirmó que si el peso atómico de un elemento causaba que fuera colocado en un grupo erróneo entonces dicho valor debía ser equivocado. Sin embargo, y por lo que más se recuerda el trabajo de Mendeleev, es que predijo la existencia elementos aún sin descubrir que deberían ocupar los espacios vacíos en su tabla y además, fue capaz de predecir las propiedades físicas y químicas de estos elementos aún desconocidos. Pero dejemos que Mendeleev haga sus propias descripciones con respecto a uno de estos elementos:

“De este modo, es posible predecir las propiedades de elementos aún no conocidos, especialmente, cuando a su alrededor se encuentran elementos bien conocidos. Por ejemplo, en la posición IV, 5 falta un elemento. Estos elementos desconocidos se representan colocando a la primera sílaba del elemento que le precede en el mismo grupo, el prefijo eka -que en sánscrito significa uno. El elemento IV, 5 sigue al elemento IV, 3 que es el silicio; por tanto, llamo a este elemento desconocido ekasilicio, y su símbolo es Es. Después, habrá que ver las propiedades que ha de tener este elemento teniendo en cuenta las del silicio, aluminio, zinc y arsénico, que son conocidas. Su peso atómico será, aproximadamente, 72, formará un óxido elevado EsO2, y un óxido más bajo EsO, formará compuestos de fórmula general EsX4 y compuestos más bajos, químicamente inestables, de la forma EsX2 ... Dará compuestos volátiles organometálicos; por ejemplo Es(CH3)4, Es(CH3)3Cl y Es(C2H5)4 que hervirá a unos 160 º, etc.; también dará un anhidro de un ácido coloidal débil, el Es metálico se obtendrá fácilmente de sus óxidos y del K2EsF6, por reducción; el EsS2 se asemejará al SnS2 y al SiS2 y, probablemente, será soluble en sulfuro amónico; la densidad del Es será próxima a 5,5 y la del EsO2, próxima a 4,7, etc...”.

En 1887, C. Winckler descubrió un metal, al que ahora se le llama germanio, y con símbolo Ge, que correspondía al ekasilicio predicho por Mendeleev. Las propiedades de este nuevo metal son: peso atómico de 72.32 y densidad 5.47 g/cm3; forma un óxido, GeO2, de densidad 4.703 g/cm3; forma un compuesto organometálico, Ge(C2H5)4 que hierve aproximadamente a 160 ºC; forma un compuesto líquido GeCl4, con punto de ebullición de 86ºC y densidad 1.9 g/cm3. Como puede verse, las predicciones de Mendeleev fueron acertadas. De esta misma manera este químico ruso describió las propiedades de otros dos elementos desconocidos en esa época y que estaban ubicados en la posición III, 4 y III,5 de su tabla. Estos elementos fueron descubiertos posteriormente -conocidos actualmente como galio y escandio- y de nuevo, sus predicciones fueron correctas.

Estas predicciones tan notables hicieron que la tabla de Mendeleev fuera generalmente aceptada, aunque faltarían algunas modificaciones para llegar a la tabla periódica moderna, entre ellas la adición en el lugar 57 de un conjunto de quince elementos, muy parecidos químicamente, conocidos como “tierras raras o serie del lantano” y en el lugar 89 de doce elementos que forman la “serie del actinio”. Es de aclarar que en época de Mendeleev muy pocos de estos elementos se habían descubierto. Otro descubrimiento que tocó añadir a la tabla periódica fue la de los gases nobles. El primer representante de este grupo en ser descubierto fue el argón, en 1894, cuando Lord Rayleig y William Ramsay estaban estudiando el porqué el nitrógeno presente en la atmósfera presentaba una densidad diferente del nitrógeno encontrado en otras fuentes. Puesto que éste nuevo elemento y otro más que había sido descubierto en la atmósfera del sol por medio de técnicas espectroscópicas no tenían cabida dentro de la tabla de Mendeleev, Ramsay sugirió que había un nuevo grupo de elementos, el grupo cero, y concentró sus esfuerzos en hallar más de estos elementos lo cual se vio fructificado en 1898 cuando descubrió el kriptón, el neón y el xenón. El último miembro de la familia, el radón, fue descubierto por Ernest Rutherford en 1900 cuando trabajaba con el torio.

En la misma época del descubrimiento de los gases nobles, se comenzaría a encontrar evidencias de la existencia de los átomos, es decir, los átomos ya no eran simples construcciones mentales que cautivaban a ciertos científicos sino que estaban mostrando su realidad, tan extraña, que a la postre cambió por completo la forma de pensar de los científicos. Pero antes de comenzar la última etapa en el camino hacia la concepción moderna de átomo se estudiará el aporte de otro grupo de científicos que creían en los átomos, los gestores de la teoría cinética de los gases.