La organización de la tabla periódica

¿Para qué sirve esto?

Piensa en la biblioteca del colegio. Si los libros estuvieran amontonados sin orden, encontrar uno sería una pesadilla. Como están ordenados por temas y por estantes, basta saber dónde está un libro para saber de qué trata. Con los elementos químicos pasa algo parecido: hay más de un centenar, y la tabla periódica los acomoda de tal manera que la casilla de un elemento ya te cuenta mucho de cómo es su átomo y de cómo se comporta.

En esta lección vas a aprender a leer ese orden: qué quieren decir las filas, qué quieren decir las columnas y cómo encontrar un elemento solo con su número atómico.

Antes de empezar necesitas recordar qué es el número atómico Z y cómo se reparten los electrones en los niveles del modelo de Bohr: hasta 2 en el primero, hasta 8 en el segundo y, en este curso, hasta 8 en el tercero.

Una lista ordenada por Z

Cada elemento tiene un número atómico Z, que es la cantidad de protones de su núcleo. No hay dos elementos con el mismo Z: el hidrógeno tiene 1, el helio 2, el litio 3, y así sucesivamente, sin saltarse ningún número. La tabla periódica pone los elementos en orden de Z, de izquierda a derecha y de arriba abajo, como se leen las palabras de un libro.

Lo interesante es dónde se corta cada fila. La tabla no salta de renglón cuando se acaba el espacio, sino cuando el último nivel llega a 8 electrones (a 2 en el primer periodo). Así, los elementos que quedan uno debajo del otro tienen su último nivel parecido, y por eso se parecen en su comportamiento químico.

Las filas: los periodos

Las filas horizontales se llaman periodos. El número del periodo dice cuántos niveles con electrones tiene el átomo en el modelo de Bohr:

• el hidrógeno y el helio tienen electrones solo en el primer nivel: periodo 1;
• del litio al neón, los electrones ocupan dos niveles: periodo 2;
• del sodio al argón, ocupan tres niveles: periodo 3;
• el potasio y el calcio estrenan el cuarto nivel: periodo 4.

Para saber el periodo de un elemento con Z ≤ 20 basta repartir sus Z electrones en niveles (2, luego 8, luego 8) y contar los niveles que se usaron.

Las columnas: los grupos

Las columnas se llaman grupos y van numeradas del 1 al 18. Aquí entra el modelo de Lewis que ya conoces: en los grupos principales, los elementos de una misma columna tienen el mismo número de electrones de valencia, los del último nivel.

• En el grupo 1 todos tienen 1 electrón de valencia, y en el grupo 2, 2.
• En los grupos 13 a 18, la cifra de las unidades del grupo es el número de electrones de valencia: el grupo 13 tiene 3, el 14 tiene 4, y así hasta el grupo 18, que tiene 8.
• La excepción es el helio: está en el grupo 18 con sus compañeros, aunque solo tiene 2 electrones, porque su único nivel ya está lleno, como el último nivel de los demás.

¿Y los grupos 3 a 12? Empiezan en el periodo 4, justo después del calcio, y sus elementos no siguen esta regla sencilla. Los estudiarás en 10.º. Esta es la parte de la tabla que llega hasta el calcio, con los grupos principales:

Lo que dice una casilla

Cada casilla de la tabla trae, por lo menos, el símbolo del elemento, su nombre, su número atómico y su masa atómica, que es la masa promedio de los átomos de ese elemento, medida en unidades de masa atómica (u); por eso suele tener decimales. En las cuentas la escribimos Mₘ: Mₘ(K) es la masa atómica del potasio, en u.

La masa atómica no es el número másico A. Como viste en la unidad anterior, A cuenta las partículas del núcleo de un átomo concreto, siempre es entero y te lo da el enunciado. Lo que sí pasa es que, en casi todos los elementos con Z ≤ 20, la masa atómica redondeada al entero coincide con el A del átomo más frecuente del elemento, y sirve para estimarlo. No siempre funciona: el cloro tiene una masa atómica de 35,5 u, y su átomo más frecuente es el cloro-35, no el cloro-36. Con Z y A puedes contar las tres partículas de un átomo neutro: Z protones, Z electrones y A − Z neutrones.

La idea de Mendeléiev

La tabla no apareció de un día para otro. El químico ruso Dmitri Mendeléiev tuvo la idea clave: ordenar los elementos conocidos de modo que los de propiedades parecidas quedaran en la misma columna, aunque para eso tuviera que dejar casillas vacías. Esas casillas eran predicciones: ahí debía haber elementos que nadie había encontrado todavía, y Mendeléiev se atrevió a describir cómo serían. Cuando por fin se descubrieron, se parecían mucho a lo que él había anunciado.

Él trabajaba con las masas de los átomos, que era lo que se podía medir. Hoy sabemos que el orden verdadero lo da Z, y no la masa: en el tercer ejemplo vas a ver un caso en que las dos cosas no coinciden.

En resumen

• La tabla periódica ordena los elementos por su número atómico Z, no por su masa.

• Las filas son los periodos; para Z ≤ 20, el periodo es el número de niveles con electrones del modelo de Bohr.

• Las columnas son los grupos; en los grupos principales, sus elementos tienen el mismo número de electrones de valencia y propiedades parecidas.

• En los grupos 1 y 2, el grupo es el número de electrones de valencia; en los grupos 13 a 18, es ese número más 10 (el helio es la excepción).

• Con Z y A se cuentan los protones, los electrones y los neutrones (A − Z); A lo da el enunciado, y la masa atómica redondeada de la casilla sirve para estimar el A del átomo más frecuente, aunque no siempre (el cloro, con 35,5 u, es sobre todo cloro-35).

Vocabulario

Tabla periódica

Organización de todos los elementos químicos en orden de número atómico, en filas y columnas, de modo que los de propiedades parecidas quedan en la misma columna.

Periodo

Cada fila horizontal de la tabla periódica. Los elementos de un mismo periodo tienen el mismo número de niveles con electrones.

Grupo

Cada columna de la tabla periódica. En los grupos principales, sus elementos tienen el mismo número de electrones de valencia y propiedades químicas parecidas.

Electrones de valencia

Los electrones del último nivel de un átomo.

Número atómico (Z)

El número de protones del núcleo; en un átomo neutro, también el número de electrones. Cada elemento tiene el suyo.