Breve historia de la química (17 page)

Fig. 15. El gráfico de Meyer representaba los volúmenes de un peso

fijo de los distintos elementos.

Dicha
tabla periódica de elementos
era más clara y llamativa que un gráfico, y Mendeleiev evitó el error de Newlands de insistir en la repetición de períodos iguales.

Mendeleiev publicó su tabla en 1869, un año antes de que Meyer publicase su trabajo (véase figura 16). Pero la razón de que la mayor parte del mérito en el descubrimien to de la tabla periódica se le haya atribuido a él y no a los demás contribuyentes, no es sólo una cuestión de prioridad, sino que reside en el uso espectacular que Mendeleiev hizo de su tabla.

Fig. 16. Primera edición de la tabla periódica de los elementos de

Mendeleiev, aparecida en
el Journal of the Russian Chemical Society
, en 1869.

Con el fin de que los elementos cumpliesen la condición de tener la misma valencia cuando estuviesen en una columna determinada, Mendeleiev se vio obligado en uno o dos casos a colocar un elemento de peso atómico ligeramente superior delante de otro de peso atómico inferior. Así, el teluro (peso atómico 17,6, valencia 2) tuvo que colocarlo delante del yodo (peso atómico 126,9, valencia 1) con el fin de mantener el teluro en la columna de valencia 2 y el yodo en la columna de valencia l
^[18]
.

Por si esto fuera poco, descubrió que era necesario dejar huecos enteros en su tabla. En lugar de considerar estos huecos como imperfecciones de la tabla, Mendeleiev los tomó intrépidamente como representantes de elementos todavía no descubiertos.

En 1871 se fijó de modo especial en tres huecos: los que quedaban junto a los elementos boro, aluminio y silicio en la tabla, tal como se había modificado aquel año. Llegó incluso a dar nombres a los elementos desconocidos, que —insistió— correspondían a aquellos huecos: eka-boro, eka-aluminio, eka-silicio («eka» es la palabra sánscrita que significa «uno»). También predijo varias propiedades de tales elementos, estimando que la predicción debía hacerse a partir de las propiedades de los elementos situados encima y debajo de los huecos de la tabla, siguiendo y completando así el razonamiento de Dobereiner.

El mundo de la química seguía siendo escéptico, y quizá hubiese continuado siéndolo si las audaces predicciones de Mendeleiev no se hubiesen verificado de modo espectacular. Este hecho se debió en primer lugar al uso de un nuevo instrumento químico: el espectroscopio.

Rellenando los huecos

En 1814, un óptico alemán, Joseph von Fraunhofer (1787-1826), estaba experimentando los excelentes prismas que él mismo fabricaba. Hacía que la luz pasase primero a través de una rendija, y a continuación a través de sus prismas tringulares de vidrio. Halló que la luz formaba un espectro de colores, cruzado por una serie de líneas oscuras. Contó unas seiscientas de estas líneas, anotando cuidadosamente sus posiciones.

Estas líneas estaban destinadas a proporcionar una sorprendente información a finales de la década de 1850, gracias al físico alemán Gustav Robert Kirchhoff (1824-87), trabajando en colaboración con el químico alemán Robert Wilhelms Bunsen (1811-99).

La fuente básica de luz que usaban era el
mechero Bunsen
, inventado por Bunsen y conocido desde entonces por cualquier estudiante que se inicia en el laboratorio químico. Este ingenio quema una mezcla de gas y aire para producir una llama caliente y escasamente luminosa. Cuando Kirchhoff colocó cristales de diversos compuestos en la llama, ardieron con luz de diferentes colores. Al pasar esta luz a través del prisma se separaba en líneas luminosas.

Cada elemento, mostró Kirchhoff, produce un modelo característico de líneas luminosas cuando se calienta hasta la incandescencia, un modelo que es diferente del de cualquier otro elemento. Kirchhoff había inventado así un método de obtener la «huella dactilar» de cada elemento por la luz que producía al calentarlo. Una vez que los elementos fueron identificados, pudo dar la vuelta a su razonamiento y deducir los elementos de un cristal desconocido a partir de las líneas brillantes del espectro producido por éste. El ingenio utilizado para analizar los elementos de esta manera se llamó
espectroscopio
(ver figura 17).

Fig 17. El espectroscopio, que se utilizó en el descubrimiento de

diversos elementos, capacitó a los investigadores para comparar los

espectros de líneas luminosas de los metales incandescentes.

Como sabemos en la actualidad, la luz se produce como resultado de ciertos fenómenos que ocurren dentro del átomo. En cada tipo de átomo este fenómeno se da de un modo particular. Por lo tanto, cada elemento emitirá luz de una cierta longitud de onda y no de otra.

Al incidir luz sobre vapor, esos mismos fenómenos que tienen lugar dentro de los átomos del vapor ocurren a la inversa. La luz de cierta longitud de onda es entonces absorbida en vez de emitida. Es más, puesto que en ambos casos están implicados los mismos fenómenos (en un sentido en un caso, en sentido contrario en el otro), las longitudes de onda de la luz absorbida por el vapor en un conjunto de condiciones determinado son exactamente las mismas que las que ese vapor particular emitiría bajo otro conjunto de condiciones.

Las líneas oscuras del espectro de la luz solar eran debidas muy probablemente a la absorción de la luz del cuerpo incandescente del Sol por los gases de su relativamente fría atmósfera. Los vapores de la atmósfera solar absorbían luz, y de la posición de las líneas oscuras resultantes podría deducirse qué elementos estaban presentes en la atmósfera solar.

El espectroscopio se usó para mostrar que el Sol (así como las estrellas y el material gaseoso interestelar) estaba formado por elementos idénticos a los de la Tierra. Esta conclusión desbarató finalmente la creencia de Aristóteles (véase pág. 21) de que los cuerpos celestes estaban hechos de sustancias de naturaleza distinta a aquellas de las que está formada la Tierra.

El espectroscopio ofrecía un nuevo y poderoso método para la detección de nuevos elementos. Si un mineral incandescente revelaba líneas espectrales pertenecientes a un elemento no conocido, parecía razonable suponer que estaba en juego un elemento nuevo.

Bunsen y Kirchhoff comprobaron hábilmente esta suposición cuando, en 1860, examinaron un mineral con líneas espectrales desconocidas y empezaron a estudiarlo por si se trataba de un nuevo elemento. Encontraron el elemento y probaron que era un metal alcalino, relacionado en sus propiedades con el sodio y el potasio. Lo llamaron
cesio
, del vocablo latino que significa «azul cielo», debido al color de la línea más prominente de su espectro. En 1861 repitieron su triunfo al descubrir otro metal alcalino más, el
rubidio
, de la palabra latina que significa rojo, de nuevo por el color de la línea del espectro.

Otros químicos empezaron a hacer uso de esta nueva herramienta. Uno de ellos fue el químico francés Paul Emile Lecoq de Boisbaudran (1838-1912), que pasó quince años estudiando los minerales de su Pirineo natal por medio del espectroscopio. En 1875 rastreó ciertas líneas desconocidas y halló un nuevo elemento en el mineral de cinc. Lo llamó
galio
, de Galia (Francia).

Algún tiempo después preparó una cantidad suficiente del nuevo elemento para estudiar sus propiedades. Mendeleiev leyó la comunicación de Lecoq de Boisbaudran e inmediatamente señaló que el nuevo elemento no era sino su propio eka-aluminio. Una investigación posterior confirmó la identificación; la predicción de Mendeleiev de las propiedades del eka-aluminio correspondía en todo a las del galio.

Los otros dos elementos predichos por Mendeleiev se encontraron por medio de viejas técnicas. En 1879, un químico sueco, Lars Fredrick Nilson (1840-99), descubrió un nuevo elemento al que llamó
escandio
(de Escandinavia). Cuando sus propiedades fueron publicadas, uno de los colegas de Nilson, el químico sueco Per Theodor Cleve (1840-1905), señaló inmediatamente su parecido con la descripción del eka-boro de Mendeleiev.

Por último, en 1866, un químico alemán, Clemens Alexander Winkler (1838-1904), analizando un mineral de plata, halló que todos los elementos conocidos que contenía alcanzaban solamente el 93 por 100 de su peso. Investigando el restante 7 por 100, encontró un nuevo elemento que llamó
germanio
(de Alemania). Éste venía a ser el eka-silicio de Mendeleiev.

Así, dentro de los quince años siguientes a la descripción por Mendeleiev de tres elementos desconocidos, todos habían sido descubiertos y se halló que sus descripciones coincidían con asombrosa exactitud. Nadie podía dudar, después de esto, de la validez o utilidad de la tabla periódica.

Los nuevos elementos por grupos

El sistema de Mendeleiev aún tenía que resistir el impacto del descubrimiento de nuevos elementos adicionales, para los que podría, o no podría, encontrarse sitio en la tabla periódica.

Ya en 1794, por ejemplo, el químico finlandés Johan Gadolin (1760-1852) había descubierto un nuevo óxido metálico (o
tierra)
en un mineral obtenido de la cantera de Ytterby, cerca de Estocolmo, Suecia. Como la nueva tierra era mucho menos corriente que otras como la sílice, caliza y magnesia, se le dio el nombre de
tierra rara.
Gadolin llamó a su óxido
iterbio
, por la cantera de procedencia; quince años después, se obtuvo el elemento
iterbio.
Los minerales de tierras raras se analizaron a mediados del siglo xix y se averiguó que contenían todo un grupo de elementos, los llamados
tierras raras.
El químico sueco Carl Gustav Mosander (1797-1858), por ejemplo, descubrió no menos de cuatro tierras raras a finales de los años 30 y comienzo de los 40 del pasado siglo. Eran el
lantano, erbio, terbio y didimio.
En realidad eran cinco, puesto que cuarenta años después, en 1885, el químico austríaco Carl Auer, Barón von Welsbach (1858-1929), halló que el didimio era una mezcla de dos elementos, que llamó
praseodimio
y
neodimio.
Lecoq de Boisbaudran descubrió otros dos, el
samario
, en 1879, y el
disprosio
en 1886. Cleve también descubrió dos:
holmio
y
tulio
, ambos en 1879. Hacia 1907, cuando el químico francés Georges Urbain (1872-1938) descubrió la tierra rara
lutecio
, se había descubierto ya un total de catorce de tales elementos.

Las tierras raras poseían propiedades químicas muy similares, y todas tenían una valencia de 3. Cabría suponer que deberían entrar todas en una única columna de la tabla periódica. Pero tal ordenamiento era imposible. Ninguna columna era suficientemente larga para contener catorce elementos. Además, las catorce tierras raras tenían unos pesos atómicos muy próximos. Sobre la base de los pesos atómicos debían colocarse todas ellas en una sola fila horizontal, en un solo período. Podía hacerse sitio para ellas en el sexto período, que era más largo que el cuarto y el quinto, igual que éstos eran más largos que el segundo y el tercero. La similitud en propiedades de las tierras raras permaneció, no obstante, sin explicar hasta 1920 (véase pág. 227). Hasta entonces, esa falta de explicación arrojó ciertas sombras sobre la tabla periódica.

Había otro grupo de elementos cuya existencia era completamente inesperada en tiempo de Mendeleiev, y que no causaron tantos problemas. En realidad, encajaron perfectamente en la tabla periódica.

El conocimiento relativo a ellos llegó con el trabajo del físico inglés John William Strutt, lord Rayleigh (1842-1919), en 1880, quien estaba midiendo con gran cuidado los pesos atómicos del oxígeno, hidrógeno y nitrógeno. En el caso del nitrógeno halló que el peso atómico variaba con la fuente del gas. El nitrógeno del aire parecía tener un peso atómico ligeramente más alto que el nitrógeno de los compuestos del suelo.

Un químico escocés, William Ramsay (1852-1916), se interesó en este problema y recordó que Cavendish (véase página 61), en un experimento olvidado hacía mucho, había tratado de combinar el nitrógeno del aire con el oxígeno. Halló que al final se liberaban unas burbujas de un gas que no podía combinarse con el oxígeno en ninguna circunstancia. Esas burbujas finales podrían no haber sido nitrógeno. ¿Sería que el nitrógeno, tal como se extrae normalmente del aire, contiene otro gas levemente más denso a modo de impureza, y que fuese ese gas el que hacía que el nitrógeno del aire pareciese un poco más pesado de lo que cabría esperar?