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12 cosas que no sabías de la Tabla Periódica... y la reflexión de un físico

Gerardo Herrera Corral 12 / Aug / 19
De la simplicidad del hidrógeno a las partículas que forman los protones, o al elemento “mexicano” nunca reconocido... conoce las curiosidades de la herramienta que describe todo lo que existe

La gran diversidad que vemos en la naturaleza  —los minerales y los vegetales, los líquidos, el aire, las estrellas, los animales, y todo lo que nos rodea— es el resultado de combinar tres partículas: protones, neutrones y electrones. Esta reflexión debería ser suficiente para mostrarnos la profunda relación que existe entre lo incontable y lo simple; la conexión entre lo complejo y lo elemental y, el curioso vínculo que hay entre el infinito de las formas y la sencillez del contenido.

Como en el cuento de Jorge Luis Borges La biblioteca de Babel que parece infinita a la vista de los seres humanos, pero los libros están limitados por el número de páginas y el número de líneas que hay en ellos. La Tabla Periódica de los Elementos Químicos (TPEQ) es el resumen de esa grandiosa diversidad:

1. El más simple de los átomos es el de hidrógeno. Consiste de solo un protón en su núcleo y un electrón en su derredor. Este es el primero de 118 átomos de elementos químicos conocidos.

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La Tabla Periódica de los Elementos Químicos agrupa los elementos a partir de su número atómico | Foto: Especial

2. Al hidrógeno le sigue en complejidad el helio que está formado por un núcleo que contiene dos protones y dos neutrones rodeado por dos electrones. Luego viene una serie larga de elementos con más protones, neutrones y electrones en su estructura.

3. El hidrógeno y el helio fueron los primeros elementos en formarse después del Big Bang. Aparecieron en los primeros tres minutos del universo en arreglos con uno, dos o tres neutrones, pero siempre con el mismo número de protones. Después de la gran explosión tuvieron que pasar millones de años para que se produjeran los elementos más pesados.

4. A los arreglos con el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones se les llama isótopos. El hidrógeno tiene dos isótopos llamados deuterio y tritio. Los núcleos de éstos contienen un solo protón, pero el deuterio contiene además un neutrón y el tritio dos neutrones. Todos ellos, (hidrógeno, deuterio y tritio) son orbitados por un solo electrón.  

Al hidrógeno le sigue en complejidad el helio que está formado por un núcleo que contiene dos protones y dos neutrones rodeado por dos electrones. Luego viene una serie larga de elementos con más protones, neutrones y electrones en su estructura. En la imagen la estructura del carbono, el cual cuenta con seis protones
Foto: Especial

5. Los protones y los neutrones son, a su vez, la agrupación de dos tipos de quarks: el quark “arriba” y el quark “abajo”. Los quarks son las partículas elementales de las que se construye todo lo que nos rodea. El protón está constituido por dos quarks “arriba” y un quark “abajo”. El neutrón esta formado por dos quarks “abajo” y un quark “arriba”.

6. Los isótopos son arreglos diferentes porque contienen más neutrones que los átomos correspondientes de ese elemento, pero tienen las mismas propiedades químicas porque la carga eléctrica —que está dada por los protones—, es lo que define su comportamiento con otros átomos, y ésta es la misma en todos los isótopos de un elemento.

7. En general se conocen 253 isótopos estables de los diferentes elementos en la TPEQ. Otros 33 son inestables, pero tienen una vida muy larga —de más de 100 millones de años—. Existen, además, 52 isótopos que viven menos de 100 millones de años. Estos isótopos inestables se desintegraron tan rápido que ya no es posible encontrarlos en la Tierra. De manera que, en total, existen 338 isótopos conocidos.

8. El átomo de hidrógeno es muy simple, y en la escuela uno aprende a visualizarlo como un pequeño sistema planetario en que el núcleo, con un solo protón, ocupa el lugar del Sol mientras el electrón gira en su derredor. El modelo es útil para visualizar a todos los átomos, pero la mecánica cuántica nos enseña que la representación es incorrecta.

9. En la clasificación del arreglo de protones neutrones y electrones han participado muchos científicos al largo de la historia. Sin embargo, pocos saben que, entre ellos, se cuenta a un químico costarricense, Gil Chaverri Rodríguez (1921-2005), quien reacomodó los elementos en 1951. Para hacerlo consideró la estructura electrónica de los átomos contribuyendo al desarrollo de lo que actualmente conocemos como la TPEQ.
 

En la imagen Gil Chaverri Rodríguez reacomodó los elementos en 1951. Para hacerlo consideró la estructura electrónica de los átomos contribuyendo al desarrollo de lo que actualmente conocemos como la TPEQ.
Foto: Conicit

10. De los 118 elementos químicos conocidos solo 94 pueden ser encontrados en la naturaleza. Los restantes son producidos de manera artificial.

11. A pesar de que han transcurrido 150 años desde que fue formulada, la Tabla Periódica de los Elementos Químicos no está completa. Se piensa que hay átomos que esperan a ser producidos de manera artificial. No sabemos a ciencia cierta cuál es el número de protones máximo que puede haber en un núcleo atómico, por ahora, el máximo alcanzado es 118.

12. El elemento vanadio fue encontrado por Andrés Manuel del Río Fernández (1764 -1849) en una muestra de mineral procedente de Zimapán, Hidalgo, México. Lo llamó eritronio, por el color rojo que formaba al calentarse. Desafortunadamente, la información no fue confirmada por un químico francés que equivocadamente pensó que era cromo. La falla en la confirmación tuvo como consecuencia que la primera observación del elemento quedara en el olvido. El elemento fue redescubierto en 1830 por Nils Sefström quien lo llamó vanadio.
 

A pesar de ser legítimo el hallazgo del hispano-mexicano, Andrés Manuel de Río, nunca fue oficializado porque se confundió el elemento con el cromo
Foto: Especial

En la multitud de arreglos que generan los elementos químicos está la vida misma y, con la vida, todas sus manifestaciones. En protones, neutrones y electrones está cifrado el universo. 
En esa biblioteca cósmica está todo: es el universo que en su grandeza y eternidad abarca todas las opciones. Lo mismo contiene libros con la repetición de un sólo grafema, que innumerables versiones del Quijote de la Mancha en todos los idiomas conocidos. Contiene todos los libros con todos los errores que hay en ellos. Ahí están “las autobiografías de los arcángeles y la relación verídica de tu muerte”. Como bien decía Borges: “basta con que un libro sea posible, para que exista”... En algún lugar de esta inmensa biblioteca. 

Autor: Gerardo Herrera Corral
Es profesor titular del Departamento de Física del Centro de Investigación y De Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (CINVESTAV). Es líder del trabajo de los científicos mexicanos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN). Es autor de los libros "El Universo, la historia más grande jamás contada" y "El azaroso arte del engaño", entre otros.