Tabla Periódica De Los Elementos Químicos

El Grafeno Propiedades y Aplicaciones Caracteristicas y Cualidades

El Grafeno Propiedades – Usos y Aplicaciones – Cualidades

Asi como en otras época, por ejemplo en la década de 1930 apareció un material llamado NAILON, que su aplicación masiva revolucionó nuestras vidas, hoy le llegó el turno al GRAFENO.

Los científicos afirman que el GRAFENO, será el material del futuro, pero hablan de un futuro bien cercano, pues ya se han conseguido grandes avances en la investigacion de este nuevo material que tendrá decenas de aplicaciones en nuestra vida diaria.

Imagina un mundo en donde los materiales netálicos ya no se oxidan, el el agua de mar se hace potable fácilmente, o por poco dinero puedes comprar una medicación que eliminará las células madres cancerígenas que han atacado tu cuerpo, no se trata de una película de ficción, estos usos que parecen imposibles, actualmente ya han sido analizados y sus aplicaciones avanzan a pasos de gigantes.

Estas son una de las primeras y mas simples aplicaciones reales de este material «estrella» que podrán multiplicarse en el mundo cuando se logre producir placas de GRAFENO de un átomo de espesor de una forma segura, rápida y económica.

Sus promotores lo venden como un material mágico, sacado de una película de ciencia ficción: en un futuro no muy lejano, aseguran, el grafeno convertirá todo lo que nos rodea –nuestras remeras, las ventanas de los edificios, los vidrios de los automóviles, una simple hoja de papel– en dispositivos electrónicos. El secreto está en sus extraordinarias propiedades.

Realmente asombra!…

cara asombro

Sus promotores lo venden como un material mágico, sacado de una película de ciencia ficción: en un futuro no muy lejano, aseguran, el grafeno convertirá todo lo que nos rodea –nuestras remeras, las ventanas de los edificios, los vidrios de los automóviles, una simple hoja de papel– en dispositivos electrónicos.

El secreto está en sus extraordinarias propiedades.

Para aclarar mejor sus propiedades, aplicaciones y cualidades transcribimos lo que informa el peridosta científico Federico Kukso en su libro «Todo Lo Que Necesitas Saber Sobre Ciencia» sobre este tema:

El GRAFENO, es más resistente y fuerte que el acero, flexible, impermeable y capaz de conducir la electricidad, el grafeno –un «nanomaterial» de carbono de solo un átomo de grosor– promete convertirse en la estrella del siglo XXI.

Si al menos la mitad de lo que se dice sobre él resulta ser cierto, permitirá, por ejemplo, elaborar productos que antes eran difíciles o imposibles de desarrollar: desde computadoras ultrarrápidas a baterías supereficientes, pantallas táctiles flexibles y, también, capas de invisibilidad.

grafeno

El grafeno podría ser el material que le dé a la energía solar el empujón que tanto necesita para coronarse como un tipo de energía rentable y verde, Y Además de ayudar a bajar los precios de la producción de células fotovoltaicas, este material podría incrementar ta cantidad de energía que generan. La adición de grafeno al dióxido de titanio usado en loa paneles solares aumenta su conductividad.

Es el material mas delgado que puedas imaginar, de solo el grosor de un átomo, por que podemos asegurar que un «cuerpo» bidimensional, como una gran placa finísima que la podemos ver y manipular como una hoja de papel.

grafeno flexible

Químicamente tiene la misma estructura química del grafito, el material con que se fabrican los lápices de los niños. En menos de 1 mm. de espesor de grafeno hay unas 3.000.000 de capas encimadas.

Estudiando las propiedades del grafito como transsitor, los científicos rusos Konstantín Novosiólov y Andréi Geim fueron los descubridores de esta novedad en 2004 en la Universidad de Manchester.

En 2010 ambos recibieron el Premio Nobel de Física por descubrir el grafeno, un material que ha cambiado la economía mundial. Y aunque el material más fuerte y delgado de la Tierra casi termina en el cubo de la basura.

descubridores del grafeno

2004: Descubridores del GRAFENO. Konstantín Novosiólov y Andréi Gei

Su descubrimiento fue increíble, podemos decir que fue una especie de serendipia o casualidad, porque ellos necesitaban finas de capas de grafito para ser estudiadas bajo el microscopio. Lo lograron usando cinta adhesiva, ponían una muestra delgada de grafito entre dos cintas adhesivas y la despegaban rápidamente varias veces hasta formar una película de una sola capa.

Inicialmente fue costoso de producir, unos 1,100 U$s para una cantidad parecida a la cabeza de un alfiler, pero al poco tiempo (2015) ya se producía mas de diez gramo por menos de 1000 U$s, y los costos siguen bajando.

Otras de sus propiedades es su elasticidad, y puede estirarse hasta un 25% de su longitud y respecto a su resistencia es mas duro que el diamante. Para graficar su dureza, se dice que hace falta el peso de un elefante sobre una mina de un lápiz para empezar a deformar el grafeno.

grafeno dureza

Como conductor es un material rápido y eficiente para la transmición de electrónica o eléctrica, ya que posee una densidad mucho mejor que la del cobre, elemento conductor por excelencia y usado mundialmente en la fabricación de cables.

Los electrones casi no encuentran resistencia en sus movimientos por lo que se supone tiene un futuro fantástico para la construcción de microprocesadores y baterías de un gran almacenamiento de energía (10 veces mas que las actuales) y a su vez ser recargadas en pocos minutos.

Otra cualidad que es muy interesante es que se comporta en forma contraria al resto de otros elementos quimicos, pues cuando se calienta se contrae y cuando se enfría se dilata.

Es sumamente impetrable, ni siquiera un átomo de helio puede atraversarlo y una de sus potenciales aplicaciones futuras es como detector de pérdida de gases.

China es el país que mas avanzado hoy en las investigaciones y el que mas patente tiene en cuanto a aplicaciones o usos.

estructura quimica del grafeno

Sus átomos de carbono se agrupan siguiendo un modelo parecido a un panal de abejas-, transparente, flexible, impermeable, presenta una elevada conductividad eléctrica y, encima, es doscientas veces más resistente que el acero.

celulares grafeno
Celulares flexibles de grafeno

Con el grafeno, los celulares podrían volverse casi tan delgados y flexibles como el papel y prácticamente indestructibles.

grafeno para purificar agua

También se están pensando construir filtros para que pase el agua salada de los océanos y filtre su sal, obteniendo agua potable. También se podría utilizar como purufcador de agua. Hay una forma especifica de grafeno llamada «Graphair» que podria purificar cualquier tipo de líquido sin importar cuan sucio pueda estar.

resitencia del grafeno
Un elemento cortante intentando penetrar una capa de grafeno

Utilizando DOS placas de grafeno, es decir, de apenas dos atomos de espesor se podría crear una armadura corporal sumamente resistente para protección de personal de seguridad. Dos capas de grafeno no dejan penetrar ni al diamante mas duro.

grafeno en la salud

Cientificos de la Universidad de Illinois demostraron que el grafeno puede detectar celulas madre cancérigenas y otros investigadores de la Universidad de Texas inventaron tatuajes con este material para registrar signo vitales de un paciente, como asi también la hidratación y temperatura.

grafeno en la carga de baterias
Cargador de baterías

Baterias con recarga super veloces, de apenas 15 minutos y se las podría cargar mas de 3000 veces.

calzado deportivo de grafeno

Calzados deportivos mas elásticos y resistentes. Zapatillas para deportistas de elite ya fueron testeadas por la Universidad de Manchester. En la imágen vemos uno de los primeros calzados de grafeno, marca inov-8. Se desarrollaron una gama de suelas (G-SERIES) para tenis, con 50% más fuerza, elasticidad y durabilidad con alto rendimiento.

papel luminoso de grafeno

Papeles pintados luminosos con tecnología de electrodos basadas en el grafeno proveerán iluminacion a todo el hogar, reemplazando a la convencional lámpara incandescente o mas modernas de led.

grafeno como pintura

Basta de oxido, pintando cualquier material oxidabel, gracias a su propiedad de impenetrabilidad, se puede evitar cualquier contacto con el oxígeno del aire, y se acabará para siempre la oxidación de los materiales. También ya se frabrica una pintura para pared que mejora la eficiencia energética de los edificios, además de permitir que las paredes respiren, de reducir la humedad y de evitar la proliferación de bacterias.

grafeno en tinturas para cabellos

Uso del grafeno en la belleza, en este caso como tintura de cabello, que muchas de ellas pueden ser tóxicas y hasta dañar el cabello. Investigadores demostraron que el tratamiento con grafeno permanece aún después de lavarlo por 30 veces, ademas en antibacteriano y antiestática. Actualmente está en etapa investigativa y no se consiguen en el mercado.

EL GRAFENO LLEGÓ PARA QUEDARSE…

Materiales que cambiaron el mundo: El grafeno viene a sumarse a una familia de materiales que nos rodean y hacen que nuestras vidas -y el planeta-se muevan como se mueven.

Así, por ejemplo, está el cobre, apreciado por la manera en que conduce la electricidad. Se encuentra en los cables eléctricos y en la mayoría de hilos telefónicos que dan acceso a Internet.

Con germanio, se hicieron los primeros transistores y se lo puede encontrar ahora en la fibra óptica, sistemas de visión nocturna y en amplificadores de guitarra.

Su dominio, sin embargo, fue fugaz. Rápidamente, fue reemplazado por el silicio, el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre, con el que se fabrican los transistores de los chips.

Ahora que se viene con todo el grafeno, los empresarios de Silicon Valley, la Meca tecnológica en San Francisco, EE.UU., ¿cambiarán su nombre por Graphene Valley?

Por ahora, el problema reside en el costo de su producción masiva. Pero estas dificultades no aplacan las esperanzas.

Como dijo recientemente Andrey Gueim, codescubridor del grafeno: «A menudo la imaginación corre más deprisa que la razón, es parte de la naturaleza humana.

Pero en el caso del grafeno sí que hay fuego detrás del humo. Normalmente un material nuevo tarda entre 15 y 30 años en pasar del ámbito académico al industrial. Y después otros 10 para ser producido en serie. Ni siquiera han pasado 5 años y el grafeno ya está en el ámbito industrial».

Fuente Consultada: Todo Lo Que Necesites Saber Sobre Ciencia de Federico Kukso, Editorial Paidos

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Origen de los Elementos Quimicos en la Tierra ¿Como se Formaron?

Origen de los Elementos Químicos en la Tierra
¿Como se Formaron?

Explica Isaac Asimov en su libro Breve Historia de la Química, que el hombre primitivo utilizaba instrumentos naturales tal como los encontraba. Una rama podía ser un excelente garrote y una piedra, un inmejorable proyectil. Con el tiempo, descubrió nuevos materiales y aprendió a tallarlos y a pulirlos. Sin embargo, las piedras y maderas no modificaban su composición.

Hacia el año 8000 a.C. se produjeron otros cambios: el hombre aprendió a criar animales y a cultivar las plantas, dejó de ser nómade y se hizo sedentario, considerándose este hecho el comienzo de la civilización.

Mas tarde el hombre descubrió los primeros metales… las ventajas de estos materiales fueron aprovechadas con rapidez: el cobre, que fue el primer metal explotado, resultaba un material maleable y resistente. El hombre advirtió que podía obtenerlo a partir de unas piedras azuladas. Mayor aún fue su asombro cuando, al calentarlo con otro metal, el estaño, obtuvo una mezcla sorprendente: el bronce, que le dio nombre a la etapa siguiente: Edad del Bronce.

Pero la historia no quedó allí: fue descubierto un nuevo metal, el hierro, que aunque escaso resultaba más duro que el cobre. Se inicia así la Edad del Hierro: en esta etapa el desafío fue el perfeccionamiento de las técnicas de fundición, a través de las cuales se pudo extraer hierro de las «piedras» que lo contenían.

Pero bien, la inquietud que nos nace a partir de lo antedicho,…todo ese material usado por el hombre desde su descubrimiento hasta nuestros días, donde incluisve todavía hoy se les encuentran nuevas propiedades y nuevos usos tanto industriales como hogareños, ¿como han llegado a la corteza de nuestro planeta?…¿como se formaron?,…¿en que momento de la historia geológica?,…¿bajo que condiciones aparecieron?.

Una respuesta puede aparecer con solo mirar hacia arriba, hacia el cielo profundo, y pensar que el Universo está constituido por miles de millones de galaxias, sistemas que a su vez contienen miles de millones de estrellas, polvo cósmico y nubes de gases.

Pero, ¿como se formo el Universo? …¿Cuáles son los elementos químicos que lo componen?…. ¿Podemos contestar estas preguntas?

Esta inmensidad hace que no resulte fácil conocer la cantidad y naturaleza de la materia que lo conforma. Todo permite suponer que la materia que forma los cuerpos celestes, y de la cual se tienen datos, constituye sólo un 10% del total de materia existente.

El 90% restante se denomina materia oscura; su estudio se hace muy difícil, pues tiene la característica de que no emite ni absorbe luz y escapa a los métodos de detección.Una de las pocas manifestaciones de esta materia invisible es la interacción gravitatoria que tiene con las estrellas y galaxias.

Estudiando la composición química del 10% de la materia conocida se concluye que el elemento más abundante del Universo es el hidrógeno (H); los restantes se formaron a partir de sucesivas fusiones de núcleos de aquél.

Los de mayor interés para la evolución química y el origen de la vida son: el carbono (C), el nitrógeno (N), el oxígeno (O), el fósforo (P), el azufre (S) y algunos metales como el hierro (Fe), el magnesio (Mg), el sodio (Na), el potasio (K) y el calcio (Ca), que junto con el hidrógeno constituyen los elementos biogénicos.

Llamamos elemento, y mas precisamente elemento quimico a la materia formada por un solo tipo de atomos, por ejemplo si tomamos una muestra de potasio (K) y dividimos por la mitad sucesivamente, cada porción analizada tendra siempre atomos de potasio, hasta que la misma tenga el tamaño mínimo atómico.

La materia se creó durante una violenta explosión (Big Bang) hace unos quince mil millones de años. En una pequeñísima fracción de segundo, los quarks, recién constituidos, se aglomeraron en protones, y éstos, a su vez, se fusionaron para formar núcleos de átomos de helio y de hidrógeno.

Las fuerzas gravitatorias acentuaron las irregularidades existentes en esta primigenia sopa y aglutinaron las regiones más densas hasta dibujar un inmenso tapiz cósmico de galaxias y vacíos (polvo interestelar).

A partir de las densas nubes de gas presentes en el seno de las galaxias nacieron las estrellas.

Pero, ¿cómo surgieron los restantes elementos químicos? ¿Y las moléculas?

En el interior del Sol, al igual que en las restantes estrellas, se producen reacciones de fusión nuclear, en que los núcleos de hidrógeno (es decir, protones) se fusionan y dan núcleos de helio (constituidos por dos protones y dos neutrones), emitiéndose dos positrones, dos neutrinos y energía.

interior de una estrellaPero si la síntesis estelar hubiera culminado con la producción de helio (que también generó la gran explosión inicial), y éste hubiese permanecido confinado en el interior de las estrellas, no habría historia interesante que contar, ni nosotros estaríamos aquí.

Tras una etapa muy dilatada de fusión del hidrógeno, en la que el helio se va acumulando en la zona central, la estrella experimenta un cambio drástico.

La zona central de la estrella se contrae y se calienta, a medida que van encerrándose los nucleones (conjuntos de núcleos de helio) de cuatro en cuatro en los núcleos de helio sintetizados.

La temperatura y la densidad del núcleo aumentan para que se mantenga el equilibrio de presiones. Considerada globalmente, la estrella se hace menos homogénea.

Las reacciones nucleares hasta entonces imposibles se convierten en fuente principal de energía. Y la energía que producen las reacciones nucleares es enorme, del orden de un millón de veces la de una reacción química ordinaria.

Esto se refleja también en las unidades utilizadas: la unidad de energía nuclear es el megatón, que equivale a un millón de toneladas de explosivo químico.

Esta reserva de energía permite que la estrella mantenga su actividad durante unos 10.000 millones de años.

El Sol, por ejemplo, ya tiene cerca de 5.000 millones de años, es decir, ha recorrido menos de la mitad de su vida.

A medida que el gas se va acumulando para formar una estrella, lo primero en constituirse es un disco giratorio de gas y de polvo.

Mientras la estrella se condensa, e polvo se aglutina y crea planetas rocosos, como la Tierra El gas remanente se acumula y origina grandes planetas gaseosos como Júpiter.

Pero lo más interesante es que las cenizas de la combustión nuclear, más allá de la energía producida, no son otra cosa que los elementos de la tabla periódica, que son los materiales que constituyen a los seres vivos.

Con la contracción del núcleo estelar de una estrella producida a medida que ésta envejece (estrella gigante roja), el horno central gana en densidad y calor. Y este aumento de temperatura de la zona central hace que se produzcan fusiones con contactos breves entre núcleos de helio.

La colisión de dos núcleos de helio origina iniciamente una forma de berilio muy inestable, constituida por cuatro protones y cuatro neutrones.

Otro núcleo de helio choca con este blanco efímero y crea un átomo de carbono. La síntesis de carbono es el resultado de una delicada coincidencia entre las energías del helio, del berilio inestable y del carbono resultante. El oxígeno se origina, a su vez, por la fusión de carbono con un núcleo de helio.

evolucion estelar desde la nube de gas hasta agujero negro

En algunas estrellas gigantes rojas, la materia del núcleo, enriquecida con carbono, se desplaza convectivamente hacia las zonas exteriores, pudiendo escapar de la estrella para formar una especie de capullo de grafito.

El combustible acaba por agotarse el corazón o núcleo experimenta una suerte de congelación, convirtiéndose en una enana blanca. Y una enana blanca no cae en el colapso gravitatorio debido a la presión cinética de los gases (el oxígeno y el carbono se hallan en estado cristalino), sino que la presión gravitatoria se equilibra con la repulsión cuántica de sus electrones libres.

La elevada temperatura de la zona central de la enana blanca hace que ocurra una mayor diversidad de reacciones nucleares. La fusión del oxígeno origina azufre y silicio, y la del silicio fabrica hierro.

Una vez que la estrella que ha fabricado un núcleo central de hierro, no hay forma de generar energía mediante la fusión.

La estrella radiando energía a una velocidad asombrosa, se comporta como un adolescente con tarjeta de crédito, consume sus recursos a gran velocidad y se pone al borde del desastre. ¿Qué sucede entonces?

La explosión de una supernova: el núcleo estelar se colapsa en un segundo y se convierte en una estrella de neutrones o un agujero negro.

La materia de dicha zona central alcanza la densidad de los núcleos atómicos y no se puede comprimir más. Se produce una onda de choque que, al llegar a la superficie, produce la explosión de la estrella. La energía total desprendida viene a ser la que se podría emitir durante toda la vida del Sol.

Estas explosiones de supernovas desempeñan un papel especial en el enriquecimiento químico del Universo.

En su avance a través de las estrellas, la onda de choque de la supernova va provocando la síntesis de nuevos elementos.

Así van apareciendo todos los restantes, como el uranio, que son sintetizados gracias a estas ondas.

Violentas explosiones esparcen entonces los elementos, una vez formados, por el espacio interestelar. Y la atracción gravitatoria, por su parte, los moldea en nuevas estrellas y planetas, y el electromagnetismo construye con ellos las moléculas de la vida.

¿Cómo?. En una galaxia espiral, como la Vía Láctea, el gas interestelar se aloja preferentemente en los brazos. La presencia de polvo en el gas dificulta las observaciones ópticas, pues absorbe buena parte de la luz que atraviesa.

ero el polvo, al proteger de la luz ultravioleta los átomos de hidrógeno favorece su combinación en moléculas de hidrógeno, H2. En estos recóndictos remansos de las galaxias se acumulan también otras molécuas como el agua, el monóxido de carbono y el amoníaco. La variedad química de estas moléculas nos sorprendería.

Entonces, podemos afirmar que la composición química de la Tierra es un producto natural secundario de la generación de energía en las estrellas y de los sucesivos ciclos de nacimiento y muerte de estrellas en nuestra galaxia.

El estudio de los elementos químicos presentes en el Universo se realiza principalmente aplicando métodos a distancia». El análisis espectroscópico es uno de los más utilizados. Su origen se remonta a 1666 cuando Isaac Newton separó la luz blanca proveniente del Sol en  los colores que la componen, haciéndola pasar a través de un prisma.

Esta dispersión de la luz blanca da origen al espectro visible, pequeña sección del espectro total de radiaciones electromagnéticas.

Hoy en día se utilizan aparatos más sofisticados, como los espectcrógrafos y espectrómetros, que son capaces de detectar tanto las radiaciones visibles como las de otras regiones del espectro electromagnético. Con la ayuda de estos instrumentos se están obteniendo datos interesantísimos acerca de la composición elemental del Sol, de los planetas solares y de estrellas muy lejanas a la Tierra.

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HISTORIA DE LOS ELEMENTOS QUIMICOS: En la Edad Media, los alquimistas, antecesores de los químicos, tenían como meta fundamental modificar su ser interior para alcanzar un estado espiritual más elevado y pensaban que con la transmutación de los metales en oro podían lograrlo. Esta transmutación, conocida como la Gran Obra, debía realizarse en presencia de la piedra filosofal, cuya preparación fue la tarea que se impusieron los alquimistas.

En el siglo XIII, el objetivo de la alquimia incorporó la búsqueda del elixir de la larga vida, infusión de la piedra filosofal, que debía eliminar la enfermedad y prolongar la vida.

Durante el siglo XVII, a un alquimista alemán, Henning Brand , se le ocurrió la idea de que para encontrar la piedra filosofal debía fabricar oro a partir de la orina humana (¿quizá por el color?). Juntó durante varios días cinco litros de orina y la calentó hasta la ebullición luego de dejarla reposar durante dos semanas.

Al final, después de eliminar toda el agua, le quedó un residuo sólido. Brand mezcló este residuo con arena, lo calentó fuertemente y recogió los vapores que salían en un recipiente vacío.

Al enfriarse el vapor, sobre las paredes del recipiente se formó un sólido blanco: ¡cuál sería su asombro al ver que aquella sustancia brillaba en la oscuridad!

Brand había aislado el fósforo (del griego, «portador de luz»). El fósforo resplandece porque se combina lentamente con el oxígeno del aire, proceso durante el cual emite energía luminosa. Brand no conocía las propiedades del fósforo, pero aislar un elemento en 1669 resultó un descubrimiento espectacular.

En el siglo XVII el interés de los químicos se centraba en el descubrimiento de nuevos elementos gaseosos, y así fue como, entre 1766 y 1774, Henry Cavendish (1731-1810) identificó el hidrógeno, Daniel Rutherford (1749-1819), el nitrógeno y Cari Scheele (1742-1786), el cloro.

Además, al calentar mo-nóxido de mercurio, Joseph Priestley (1733-1804) obtuvo dos vapores: uno se condensó en gotitas, el mercurio, pero el otro, ¿qué era?. Priestley juntó ese gas en un recipiente e hizo algunos ensayos: si introducía una astilla de madera, ardía; si acercaba ratones vivos, éstos se volvían muy activos. En vista de lo cual, Priestley inhaló un poco de ese gas y notó que se sentía muy «ligero y cómodo».

A este gas lo llamó aire deflogistizado; hoy sabemos que era oxígeno.

Sin saberlo, Priestley fue la primera persona que usó la mascarilla de oxígeno.

La lista de elementos aislados e identificados se amplió a través de los años y en el siglo XIX surgió la necesidad de ordenarlos. Estos y otros descubrimientos realizados por innumerables científicos, sumados a las nuevas tecnologías, hoy permiten afirmar que, de alguna manera, las metas de los alquimistas se han alcanzado. Los químicos son capaces de sintetizar sustancias que benefician a la humanidad de múltiples formas.

Por ejemplo, se han obtenido casi 1.500 isótopos radiactivos artificiales, que se usan en medicina y en la industria.

El elixir que cura todas las enfermedades no se ha obtenido, pero sí se han sintetizado decenas de miles de productos para combatir y prevenir enfermedades y que han aumentado la expectativa y la calidad de vida del hombre.

Fuente Consultada:
QUIMICA I – Sistemas Materiales – Estructura de la Materia  – Mónica P. Alegría, Alejandro Bosack, Alejandra Dal Fávero y otros Editorial Santillana

 

 

 

Biografia de Mendeleiev Dimitri Historia de la Tabla Periodica

Biografía y Obra de Dimitri Mendeleiev
Historia de la Tabla de los Elementos Químicos

En 1869, un científico ruso logra por primera vez llamar la atención de sus colegas europeos. Acaba de publicar una tabla de elementos químicos que se conuertirá en la guía fundamental de la química moderna y que todauía perdura.

Dimitri Ivanovich Mendeléiev, nacido en 1834, ordenó los elementos de acuerdo a su peso atómico y favoreció con ello un mejor conocimiento de los mismos y el desarrollo de la química moderna.

Los elementos químicos son sustancias simples que no pueden descomponerse en otros más sencillos mediante recursos químicos comunes.

Biografía:

Dimitri Mendeleiev (1834-1907), natural de Tobolsk, este librepensador ruso se hace célebre par sus trabajos en química. Es el menor de catorce hermanos y se educa en la Universidad de San Petersburgo.

Posteriormente, realiza diferentes viajes por el continente.

De manera paralela al trabajo de Mayer llega a inventar la tabla periódica, que ordena los elementos químicos de acuerdo con su peso atómico y los agrupa teniendo en cuenta sus valencias.

Su trabajo adquiere notoriedad luego de ordenar los 63 elementos conocidos en su época y descubrir que algunas características de los elementos de la lista se repiten con periodicidad.

Por ejemplo, se presenta un cíclico aumento y disminución en las valencias. Al agrupar elementos de valencia similar, Mendeleiev encuentra que éstos poseen características y propiedades parecidas.

Al ordenar los elementos conocidos de acuerdo con los patrones por él enunciados, conformando la tabla periódica, quedan algunos espacios vacíos. Mendeleiev se apresura a afirmar que a esos espacios corresponden elementos que aún no se han descubierto.

Yendo más allá, se atreve a describir las diferentes características que deben tener los elementos que faltan por descubrir. Los espacios pronto son ocupados, tras el descubrimiento efectivo del galio, el escandio y el germanio.

Los nuevos elementos responden, en gran medida, a las predicciones del químico ruso. Profesor de la Universidad de San Petersburgo, muere rodeado de inmensa fama internacional, pero con la desconfianza del gobierno de su país, que no acepta sus posiciones políticas.

Historia: Ordenando los elementos:

Biografia y Obra de Dimitri MendeleievDe vez en cuando llega un científico que sugiere una nueva manera de pensar. Cuando esto ocurre, decimos que la ciencia tiene un nuevo paradigma, un nuevo modelo del mundo natural.

El paradigma que dio sentido a la química y que todavía sustenta el armazón de la ciencia es la tabla periódica, que tiene sus orígenes en el trabajo del químico ruso Dmitri Mendeleyev.

Mendeleyev nació en Tobolsk, Siberia occidental, en 1834, y era el más joven de 14 hijos. Su padre era director de la escuela secundaria local, pero quedó ciego el mismo año en que nació Mendeleyev.

Su madre era la hija de un empresario, y volvió a abrir una de las fábricas de su padre para apoyar a su familia.

El joven Dimitri no tenía ningún interés por aprender, pero un tutor privado le inspiró el amor por la ciencia.

Cuando tenía trece años murió su padre y ardió la fábrica de su madre.

Esta, al no quedarle ya ninguna razón para permanecer en Siberia y deseando mejorar la educación de su hijo, viajó 2.000 kilómetros/1.300 millas hasta Moscú con Dimitri y una hija mayor que él.

En Moscú se le negó la entrada en la universidad; así que viajaron otros 650 kilómetros/400 millas hasta San Petersburgo, donde un amigo de su padre le consiguió una beca para estudiar ciencia en el Instituto Pedagógico Central, adjunto a la universidad.

Su madre y su hermana murieron un año después, y él fue admitido en el hospital del instituto aquejado de tuberculosis.

Le dieron dos años de vida, pero sobrevivió.

Tras una larga estancia en el hospital, se convirtió en maestro y conferenciante no pagado de la Universidad de San Petersburgo, dependiendo de las cuotas de los estudiantes privados.

Cuando tenía veintidós años, obtuvo una beca para estudiar en el extranjero.

Primero fue a París y después a Heidelberg, donde tuvo la suerte de conocer a Bunsen y a Kirchhoff, directores de las investigaciones que sentarían los cimientos de la espectroscopia.

En septiembre de 1860 viajó a Karlsruhe, Alemania, para asistir al Primer Congreso Internacional de Química, que se celebró para sellar una disputa sobre qué sistema era mejor para llegar a los pesos de los elementos individuales.

A él acudieron 140 de los químicos más eminentes del mundo, y los discursos que oyó le despertaron un interés que le duró el resto de su vida.

En 1860, la química todavía estaba confusa.

En los cincuenta años desde que Dalton perfilase su teoría atómica, varios químicos, sobre todo Berzelio, construyeron sobre los cimientos que puso él, pero todavía no existía un consenso general sobre los aspectos más básicos de esta ciencia.

La confusión era tal que existían 20 fórmulas diferentes para describir compuestos bastante simples.

Una contribución significativa a la regularización del tema fue hecha por el químico inglés Edward Frankland.

Nacido en Lancashire, en 1825, era aprendiz de farmacéutico que había estudiado química por cuenta propia, con tan buenos resultados que logró un doctorado por la Universidad de Marburgo en Alemania, y se convirtió en profesor de química en el Owens College de Manchester.

En 1852 había introducido el concepto de valencia: la idea de que los átomos de cada elemento individual tenían una capacidad específica propia para combínarse con los átomos de otros elementos, y que esto determinaba las proporciones en las que se unían para formar compuestos.

El hidrógeno tiene una valencia 1 y el oxígeno una valencia 2, así que un átomo de oxígeno se combinará con dos átomos de hidrógeno para formar una molécula de agua, que se escribe 1120.

De forma semejante, un átomo de carbono, que tiene una valencia 4, se combinará con dos átomos de oxígeno, que tiene valencia 2, para formar una molécula de anhídrido carbónico o CO2. Por tanto, la valencia se convirtió en una herramienta útil para el trabajo diario de los químicos… pero el motivo de que los elementos poseyeran esa propiedad no quedaría claro hasta cinco décadas después.

Una contribución importante a la comprensión de los elementos fue la de otro portavoz en la conferencia, el italiano Stanislao Cannizzaro.

Hijo de un magistrado, nació en Palermo, Sicilia, en 1826.

Tuvo una carrera pintoresca, que incluía el destierro en París por su participación en una insurrección contra el rey de Nápoles en 1848. Más tarde pudo volver a Italia, y en el momento que se celebró la conferencia era profesor de química en Génova.

En 1858había publicado un folleto en el que establecía por primera vez la distinción crucial entre átomos y moléculas.

El libro de texto de Mendeleyev

Los discursos de Cannizzaro en Karlsruhe tuvieron un efecto poderoso en Mendeleyev. Este volvió a Rusia convencido de la verdad de la afirmación de Cannizzaro, de que la única medida racional del peso de un elemento era la del peso de sus átomos individuales. Esta seguridad inspiraría sus investigaciones futuras.

En su vuelta a San Petersburgo, en 1861, obtuvo un puesto de profesor en el Instituto Técnico, y rápidamente se convirtió en un evangelista de las últimas ideas en química, casi desconocidas en Rusia.

Al descubrir que no existía ningún libro de texto ruso sobre química orgánica (la química de los compuestos que forman la base de la materia viviente), decidió escribir uno… y lo terminó en dos meses.

En 1866, cuando tenía treinta y dos años, se convirtió en profesor de química de la universidad. Poco después empezó a escribir un libro de texto titulado

Los principios de la química, cuyo primer volumen apareció en 1868. Fue un libro que se traduciría a muchos idiomas y que se convirtió en el texto estándar para dos generaciones de estudiantes.

Estaba escribiendo el segundo volumen cuando hizo el descubrimiento que ordenó los elementos y aseguró su fama.

El sueño de Mendeleiev

Hacía tiempo que se sabía que ciertos elementos compartían propiedades similares, y los químicos habían empezado a preguntar-se si sería posible clasificarlos tal como Linneo había clasificado a los animales.

En 1864, el químico inglés John Newlands atrajo atención al hecho de que, silos elementos se colocan según el orden de sus pesos atómicos, la tabla resultante mostraba una periodicidad, lo que significaba que algunas características similares se repetían a intervalos regulares.

Expresó esa idea en una regla que llamó la ley de los octavos, dado que esas características similares parecían repetirse cada ocho lugares de la tabla.

Pero cuando anunció su «descubrimiento» en una reunión de químicos, fue ridiculizado.

Mendeleyev era consciente del trabajo de Newlands, pero no le gustaba la manera en que lo expresaba.

En particular, detestaba la forma en que algunos elementos parecían haber sido metidos con calzador para mantener la impresión de periodicidad.

Cuando empezó el segundo volumen de su libro de texto, intentó encontrar algo que le proporcionara un armazón para entender la relación de un elemento con otro pero que le librara de los defectos que percibía en el esquema de Newlands. Estaba convencido de que la química no podría ser una verdadera ciencia hasta que se identificasen unos principios fundamentales subyacentes en la práctica.

El principio organizativo de su libro era agrupar los elementos según sus propiedades compartidas. En febrero de 1869 ya había escrito dos capítulos del segundo volumen y estaba ponderando el siguiente grupo de elementos sobre el que debía escribir.

Se encontraba bajo una gran presión. Sus reflexiones sobre la clasificación de los elementos le daban la sensación de que el principio que buscaba estaba casi a su alcance.

Había escrito los nombres y los pesos de los elementos conocidos en una serie de tarjetas que reestructuraba una y otra vez, poniendo a prueba su paciencia.

Las circunstancias le obligaban a realizar un viaje y temió que si no encontraba la solución antes de partir, perdería la concentración y

perdería su oportunidad.

Durante tres días y gran parte de sus respectivas noches luchó con el problema, hasta quedar atontado por la falta de sueño.

El día en que se suponía que debía partir, se durmió sobre su escritorio. Mientras dormía, su cerebro continuó barajando las tarjetas y, cuando despertó, comprendió que tenía lasolución.

La tabla periódica

El secreto que el inconsciente de Mendeleyev había vislumbrado mientras dormía, era que los elementos podían colocarse en filas horizontales en orden ascendente según su peso atómico, y en columnas verticales según sus características químicas… dejando huecos allí donde las pautas parecían requerirlos.

Publicó estas ideas en un escrito titulado Relación entre las propiedades de los elementos y su peso atómico.Este contenía su ley periódica, que señalaba que si los elementos conocidos se listaran según un orden de peso atómico ascendente:

1. Mostrarían una pauta repetitiva de valencias ascendentes y descendentes (la proporción en que se combinan con otros elementos).

2. Formarían grupos que muestran una pauta recurrente de otras características.

Una consecuencia del descubrimiento de Mendeleyev fue que pudo recolocar 17 elementos en la tabla basándose en sus propiedades químicas, implicando que sus pesos atómicos aceptados eran incorrectos.

También fue capaz, gracias a los huecos de su tabla, de postular la existencia de tres elementos hasta entonces desconocidos e incluso prever sus propiedades.

La reacción inicial al escrito de Mendeleyev fue tan precavida como la que habían recibido los anteriores intentos de ordenar los elementos, pero cuando se descubrió que los pesos atómicos aceptados de algunos elementos eran realmente incorrectos, sus ideas comenzaron a ser tomadas en serio.

Y quince años después, los tres huecos de su tabla se rellenaron gracias al descubrimiento del galio (1875), el escandio (1879) y el germanio (1886), y todos ellos poseían las características que había predicho.

Mendeléiev ordenó los 53 elementos entonces conocidos, a partir del hidrógeno, cuyo número atómico es 1, y dejó espacios en blanco donde caerían elementos aún no descubiertos, pero que debían existir según la ley periódica. En 2004 se incorporó a la Tabla el elemento número 111, llamado Roentgenio (Rg), en honor de W. K. Róntgen, descubridor de los rayos X.

Aunque no fue el primero en sugerir que era posible colocar los elementos en un orden que mostrara su periodicidad, Mendeleyev, a diferencia de sus predecesores, demostró que había una lógica subyacente que dictaba su tabla.

En 1876, tras muchos años de matrimonio infeliz, se divorció de su primera esposa. Según la ley rusa no podía volver a casarse durante siete años, pero se había enamorado de una preciosa estudiante de arte de origen cosaco.

Incapaz de esperar, se casó con ella y fue acusado de bigamia, pero el zar se negó a castigarlo, diciendo: «Mendeleyev tiene dos esposas, pero Rusia sólo tiene un Mendeleyev».

Este segundo matrimonio fue feliz.

Tuvieron dos hijas y dos hijos a los que amó, y años de trabajo productivo en un estudio amueblado con los dibujos de sus héroes hechos por su esposa: Newton, Faraday y Lavoisier.

La física tras la química:

Desde que fue creada, la tabla de Mendeleyev se ha visto modificada. La versión moderna (véase la página 146) refleja el conocimiento adquirido desde su época.

También contiene 109 elementos, comparados con los 63 que él conocía. Pero su tabla sigue siendo reconocible porque descubrió la relación fundamental entre los elementos, aunque no tenía la más mínima idea de cómo se unían sus átomos.

Los elementos del 1 (hidrógeno) al 92 (uranio) son naturales, ingredientes básicos de los que está hecho el mundo, el resto es creación del hombre. Todos los elementos están formados por unas partículas elementales sumamente pequeñas llamadas protones, neutrones y electrones.

Todos los átomos de todos los elementos tienen un núcleo compuesto de protones y neutrones, y alrededor de éste giran los electrones como los planetas giran alrededor del Sol.

Así como el Sol contiene la mayoría de la masa del sistema solar, el núcleo contiene la mayoría de la masa del átomo.

Y así como los planetas están separados del Sol por inmensos espacios vacíos, las órbitas de los electrones están separadas del núcleo central por inmensos espacios vacíos.

Lo que determina el peso atómico de un elemento es el número de neutrones y protones que contiene el núcleo (un protón pesa 1,836 veces más que un electrón), pero son el número y la disposición de los electrones los que determinan las propiedades químicas de un elemento, porque cuando los átomos se combinan, los que se unen son sus electrones.

Los números de la tabla periódica son números atómicos y representan el número de protones del núcleo.

También corresponden al número de electrones que giran en torno al núcleo, porque cada átomo contiene el mismo número de protones que de electrones.

Los electrones tienen una carga negativa, que es equilibrada por la carga positiva de los protones.

El peso atómico de un elemento depende del número total de protones y neutrones en el núcleo, y tiende a aumentar a medida que crece el número atómico, pero algunos elementos tienen versiones múltiples, los llamados isótopos.

Por ejemplo, el uranio natural (de número atómico 92) tiene dos versiones: el uranio 235, con 92 protones y 143 neutrones, por tanto con un peso atómico de 235; y el uranio 238, con 92 protones y 146 neutrones, y un peso atómico de 238 (igual a 238 átomos de hidrógeno).

Las columnas verticales son llamadas «grupos»: son familias de elementos con propiedades similares.

Así, la columna de la derecha contiene los gases «nobles» o «inertes»: el helio, el neón, etc. También suelen ser llamados gases «perezosos» (argos es «perezoso» en griego), porque son lentos para combinarse con otros elementos.

Esto los hace útiles para llenar globos aerostáticos (el helio es más seguro que el hidrógeno) y lámparas fluorescentes (el argón).

LOS ÁTOMOS Y LA ORDENACIÓN PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
La idea de que la materia estaba constituida por unos noventa tipos de unidades fundamentales no acababa de convencer a los científicos.

Hemos visto cómo durante el siglo XIX se iban acumulando pruebas, procedentes de varias fuentes, de que el átomo no era tan simple como una minúscula bola de billar, y que para explicar las interacciones entre los átomos, era necesario que éstos tuvieran una estructura más complicada.

En 1815, William Prout sugirió que todos los átomos estaban formados por átomos de hidrógeno, y como prueba de su hipótesis adujo el hecho de que todos los pesos atómicos conocidos hasta entonces eran, aproximadamente, números enteros.

La hipótesis de Prout ganó inmediatamente muchos adeptos, cuyo entusiasmo disminuyó cuando Jean Seats demostró, con exactas medidas, que el cloro tenia un peso atómico de 35,46.

Los intentos de relacionar las propiedades químicas de los elementos con sus. pesos atómicos prosiguieron entonces con renovado ardor, pero no tuvieron éxito hasta después de 1860, cuando John Newlands tabuló los elementos, ordenándolos según sus pesos atómicos, y observó que existía cierta regularidad en las propiedades químicas de los elementos, que se repetían por octavas.

De este modo, enunció su ley, denominada Ley de las octavas y la relacionó con la escala musical, proporción que los científicos de su época acogieron con ironía.

Entre 1868 y 1870, una serie de trabajos de J. L. Meyer y D. Mendeleiev establecieron claramente los principios del «sistema periódico de los elementos».

La Tabla Periódica sistematizó inmediatamente la química inorgánica, hizo posible la predicción de las propiedades de elementos aún desconocidos, y puso de manifiesto la existencia de una regularidad estructural de la constitución atómica.

Estudios más finos revelaron ciertas anomalías en la disposición de los elementos, según sus pesos atómicos. Por ejemplo, cuando William Ramsay descubrió los gases nobles (1894-1897), encontró que el argón tenía un peso atómico de 39,88, que era evidentemente mayor que el del potasio (39,10), mientras éste ocupaba un lugar posterior al argón en la Tabla Periódica.

Tales excepciones indicaban que se desconocían ciertos hechos fundamentales, relativos a la estructura atómica. La respuesta iba a ser encontrada como resultado de experimentos realizados en un campo ajeno a la química: las descargas eléctricas a través de gases.

Ver: Naturaleza de la Materia