Evolución de la Tabla Periódica: De Meyer y Mendeleiev a la Carga Nuclear Efectiva

Historia del Sistema Periódico

En 1869, el científico alemán Lothar Meyer y el científico ruso Dmitri Mendeléiev, trabajando por separado, llegaron a las mismas conclusiones y elaboraron una tabla periódica basada en la ley periódica.

Ley Periódica

La ley periódica establece que cuando los elementos se organizan en orden creciente de sus masas atómicas, algunas propiedades se repiten periódicamente.

Tablas Periódicas de Meyer y Mendeléiev

La tabla periódica de Meyer se organizaba en orden creciente de los volúmenes atómicos, mientras que la de Mendeléiev se basaba en el orden creciente de las masas atómicas. Ambos enfoques llegaron al mismo resultado.

Contribuciones de Mendeléiev

Mendeléiev, basándose en la ley periódica, dejó espacios en blanco para elementos que aún estaban por descubrir. También corrigió los valores de algunas masas atómicas, ya que estas no concordaban con las que les correspondían según la ley periódica. Entre los elementos a los que corrigió sus masas atómicas se encontraban el indio y el uranio. Cuando se mejoraron las técnicas experimentales, se comprobó que los cálculos realizados por Mendeléiev eran exactos.

Desafíos de la Tabla Periódica de Mendeléiev

La tabla periódica de Mendeléiev presentaba tres problemas principales:

1. Gases Nobles: Inicialmente, no previó un grupo formado por los gases nobles y se negaba a aceptar elementos que no fueran capaces de reaccionar y formar compuestos. Tras el descubrimiento del helio y el argón, William Ramsay, descubridor de este último, les asignó su posición en un nuevo grupo entre los halógenos y los alcalinos. La ley periódica fue capaz de predecir la existencia de los otros elementos del grupo (neón, kriptón, etc.). Cuando estos se descubrieron, Mendeléiev cambió su opinión y consideró que Ramsay había ayudado a reforzar la ley periódica.
2. Lantánidos y Actínidos: La tabla de Mendeléiev no situaba correctamente los lantánidos y los actínidos.
3. Anomalías en el Orden: Existían tres grupos de elementos que, si se situaban en orden creciente de sus masas atómicas, no cumplían la condición de que elementos con propiedades similares se encontraran en el mismo grupo. Mendeléiev pensó que esto se debía a un error en la estimación de las masas atómicas y alteró el orden de estos grupos para lograr la correspondencia entre grupo y propiedades similares. Mendeléiev había acertado en el orden asignado, pero no en la razón de este orden.

Apantallamiento Electrónico

El núcleo del átomo ejerce una fuerza de atracción sobre cada uno de los electrones. Esta fuerza no es igual para los electrones internos que para los externos, ya que los electrones internos protegen o apantallan a los electrones externos de la fuerza atractiva del núcleo. El apantallamiento se produce por la repulsión entre los electrones del átomo.

El efecto de apantallamiento lo sufre el último electrón del nivel energético más externo. Hay dos tipos de apantallamiento:

• El que ejercen los electrones de core (electrones internos).
• El que ejercen los electrones que están en el mismo nivel energético que el último electrón.

Los electrones de core producen un apantallamiento máximo (A=1).

Los electrones del nivel de valencia ejercerán un apantallamiento menor.

Carga Nuclear Efectiva

Debido al efecto del apantallamiento, el electrón del último nivel recibe con menor intensidad la fuerza atractiva total de la carga de los protones que hay en el núcleo. La carga nuclear efectiva viene dada por la expresión: $Z^* = Z - a$

Donde $Z$ es el número atómico del elemento y $a$ es el factor de apantallamiento.

Tendencias de la Carga Nuclear Efectiva

• En un periodo: La carga nuclear efectiva aumenta de izquierda a derecha porque aumenta el número atómico ($Z$) y el apantallamiento ($a$) no aumenta en la misma proporción.
• En un grupo: La carga nuclear efectiva no varía significativamente porque el número atómico ($Z$) y el apantallamiento ($a$) aumentan de forma similar.

Radio Atómico

Definiremos el radio atómico de un elemento como la mitad de la distancia internuclear mínima ($d$) que presenta una molécula diatómica de ese elemento en estado sólido.

Tendencias del Radio Atómico

• En un periodo: Los elementos de un mismo periodo incorporan el último electrón al mismo nivel de energía. Por lo tanto, la carga nuclear efectiva aumenta a lo largo del periodo, ejerciendo mayor atracción sobre los electrones del nivel de valencia y disminuyendo el radio atómico.
• En un grupo: En elementos de un mismo grupo, la carga nuclear efectiva no varía significativamente, pero sí aumenta el número de niveles de energía ocupados. Por lo tanto, el radio atómico irá aumentando a lo largo del grupo.