Guillermo Alvarado Induni/Mario Espinosa Flores. 9 marzo
Dmitry Ivanovich Mendéleyev y la Tabla Periódica de Elementos. Ilustración: William Sánchez.
Dmitry Ivanovich Mendéleyev y la Tabla Periódica de Elementos. Ilustración: William Sánchez.

En el Génesis (1: 3-29), Dios creó las aguas, el suelo seco y todo lo que hay entre el cielo y la Tierra. Con el robo del fuego por parte de Prometeo a Zeus, para entregárselo a la humanidad, cuenta la mitología griega, se complementaron los cuatro elementos básicos que conformaban el Universo. En efecto, para Empédocles de Agrigento (ca. 490-430 a. C.) y Aristóteles (384-322 a. C.) existían cuatro elementos fundamentales: agua, aire, tierra y fuego. Cada uno de ellos tenía su lugar y su propia naturaleza. El fuego y el aire eran calientes y subían, uno seco y el otro húmedo, respectivamente; mientras que la tierra y el agua bajaban; la primera seca y la segunda húmeda, pero ambas frías.

Se creía que estos cuatro elementos poseían principios: eternos, indestructibles y no engendrados. De este cuarteto se originan los cuatro “humores” o temperamentos de Hipócrates (ca. 460-370/377 a. C.), padre de la medicina, que hasta hoy perduran y que a su vez eran asociados en la antigüedad con un órgano del cuerpo y una de las cuatro estaciones del año: sanguíneo (relacionada con el aire, el hígado y la primavera), colérico (fuego, vesícula y verano), melancólico (tierra, bazo y otoño) y flemático (agua, cerebro e invierno). En el Oriente, otras culturas agregaron otros elementos como el éter o espíritu (India y Japón) o el metal y la madera (China).

Estas ideas de los filósofos presocráticos perduraron por más de 2.000 años. Pasaron por el nacimiento de la alquimia alrededor del siglo I a. C., que tuvo su florecimiento entre los siglos IX y XIII, siguiendo el pensamiento aristotélico, cuando se pretendía la transformación de los metales en oro, además de buscar la famosa piedra filosofal y la fuente de la eterna juventud o elixir de la vida.

Los supuestos cuatro elementos básicos comenzaron a perder su pimacía en los siglos XVII y XVIII, cuando entran en la lista otros candidatos como el oxígeno, el hidrógeno y el nitrógeno; además, se diferencia entre compuestos (el agua, por ejemplo) y mezclas (el aire), distinciones que no existían antes.

El descubrimiento

Antes de 1700 se conocían 12 elementos, luego, entre 1700 y 1799, se descubrieron 21 elementos más. La lista continuó aumentando rápidamente gracias al impulso de desarrollos decisivos como la electrólisis, la radiactividad y la espectroscopía. Entre 1800 y 1849 se agregaroon 24 elementos más a los que se le sumarían otro número igual entre 1850 y 1899; para obtener un total de 81 elementos.

En 1857, el químico inglés William Odling (1829-1921) llamó la atención acerca de que la serie de carbono, nitrógeno, oxígeno y flúor mostraba un aumento regular en peso y una disminución en sus valencias, de 4 en el caso del carbono a 1 en el flúor. Para 1862, Alexandre E. Béguyer (1820-1886) dispuso todos los elementos químicos conocidos en una espiral que dibujó sobre un cilindro, donde cada 16 unidades aparecían por encima de un elemento, con el cual el primero estaba estrechamente relacionado.

En 1869, Alexander Reina Newlands (1820-1886) colocó los elementos en filas de siete, descubriendo que a partir del octavo se encontraban las mismas propiedades del átomo situado en la misma posición en la línea superior. Sin embargo, la regla no se cumplía a partir del decimosétimo, el carbono. La solución la encontró el químico Mendeleyev (escrito también como Mendeleev o Mendéleiev).

El químico y físico costarricense Gil Chaverri Rodríguez (1921-2005). Foto: Cortesía de Daniel Chaverri.
El químico y físico costarricense Gil Chaverri Rodríguez (1921-2005). Foto: Cortesía de Daniel Chaverri.
El padre de la Tabla Periódica

Dmitry Ivanovich Mendéleyev (1834-1907), uno de los más respetados nombres en química, fue el hijo menor de una familia de 17 hijos, que tuvo que emigrar de Tobolska a San Petersburgo. Su origen siberiano le cerró las puertas en las grandes universidades rusas, por lo que a los 21 años se graduó en física y matemáticas en el instituto pedagógico de San Petersburgo, dejando un notable expediente escolar. Mostró particular interés en relacionar las ciencias teóricas con sus aplicaciones industriales, sin dejar de lado los problemas sociales.

En la Universidad de Heidelberg (Alemania) trabajó en estrecha colaboración con Roberto Bunsen (de ahí el nombre del famoso quemador). Posteriores estudios en Francia y Alemania lo capacitaron para asistir del 3 al 5 de setiembre de 1860 al Congreso Internacional de Químicos en Karlsruhe (Alemania), primera reunión internacional de química del mundo, en la que se discutió acaloradamente la hipótesis de Avogadro. Para entonces, muchos químicos habían seguido con interés la secuencia de los pesos atómicos de los diferentes elementos y habían logrado notar alguna forma de conexión entre estos pesos y sus propiedades químicas, así como varias tablas.

No obstante, fue Mendéleyev quien le dio a la secuencia de estas relaciones un orden lógico y la consideró una “ley de la naturaleza” en 1869, al descubrir el patrón de la ahora célebre Tabla Periódica. Los elementos los ordenó, de manera creciente, por su número atómico (igual a un incremento en el número de protones en el núcleo), conformada por los 63 elementos conocidos en su tiempo, pero había tres lugares vacíos para elementos que no se habían descubierto.

Muchos científicos se burlaron de él, pero rápidamente fue totalmente reivindicado. El galio se descubrió en 1875, el escandio en 1879 y el germanio en 1886, justo en los lugares vacíos y con las propiedades predichas. Anunció también algunos otros errores que se habían cometido en algunos pesos y acertó. En 1869 escribió Principios de química, trabajo que se convirtió en un libro de referencia para todos los tratados en este campo. Casi obtuvo el Premio Nobel de Química en 1906, pero, por un voto, su nominación no llegó al conteo final; es decir, nunca ganó el prestigio que implica dicho galardón.

Sus descubrimientos fueron celebrados por muchos, incluso por Karl Marx. Sin embargo, también surgieron algunos problemas con la tabla mendeleieviana entre 1794 y 1913. Se descubrieron gases para los cuales no se había previsto ningún lugar en la Tabla Periódica. El problema se resolvió creando un nuevo grupo (columna) en la tabla para los gases nobles o inertes. Asimismo, se incorporaron las tierras raras, que incluyen 17 elementos químicos: escandio, itrios y los 15 elementos del grupo de los lantánidos.

Celebración

Estamos en el 150 aniversario de la creación de la tabla periódica de los elementos químicos por Mendéleyev, considerado uno de los padres de la química moderna; por esto, la UNESCO estableció el 2019 para celebrar este acontecimiento.

Es una forma de reconocer la función crucial que desempeñan las ciencias fundamentales y, especialmente, la química, la física, la biología y la geología, a la hora de aportar soluciones a muchos de los desafíos que afrontan los Estados miembros en esferas vitales del conocimiento científico, el desarrollo sostenible y el bien de la humanidad. Asimismo, se rendirá homenaje al reciente descubrimiento y denominación de cuatro elementos superpesados con los números atómicos, para los cuales existen diferentes versiones no oficiales aún: 113 (nihonio), 115 (moscovio), 117 (teneso) y 118 (oganesón), como resultado de una estrecha colaboración científica internacional.

A la Tabla Periódica se le han realizado modificaciones y existen varias versiones de ella. Una de ellas es la de Gil Chaverri Rodríguez (1921-2005), químico costarricense, quien arregló la Tabla Periódica en 1952 (J. Chemical Education), basado en la estructura electrónica de los elementos, ubicando las series de lantánidos y actínidos en la secuencia lógica de acuerdo con su número atómico.

Dicha tabla la utilizamos todos obligatoriamente cuando se estudia e investiga química y la observábamos colgar en el Auditorio de la Escuela de Química de la Universidad de Costa Rica, como un merecido tributo al científico tico. En la actualidad, se incluyen 118 elementos químicos; los primeros 92 existen naturalmente, algunos en pequeñas cantidades.

*El primer autor es geólogo y miembro de las academias nacionales de Ciencias y de la de Geografía e Historia; el segundo autor es químico catedrático retirado de la UCR y la UCIMED, quien trabaja por cuenta propia.