La tabla periódica de los elementos: 150 años de enseñanza de la química.

Por: Rubén Pastene Olivares, Departamento de Química de los Materiales.

Facultad de Química y Biología. Universidad de Santiago de Chile

Como un recurso siempre presente en textos de ciencia, un campo de permanente estudio para los físicos y como referencia obligada para los químicos, el ordenamiento de los elementos químicos en la Tabla Periódica de los Elementos (TPE) aún cautiva a 150 años de su creación.  

Producto de décadas de investigación, exploración y tentativas de ordenamiento, con un propósito fundamental: la comprensión de lo que nos rodea y la constitución de la materia. Por lo que la TPE a través de su representación simbólica, presenta dos dimensiones: un mundo macroscópico, de las sustancias y fenómenos cotidianos y uno sub-microscópico, de los átomos, responsables del comportamiento de la materia. La TPE ha sido el centro de análisis y reflexión, con base en su historia y su desarrollo, planteando problemas a nivel epistemológico y ontológico de forma importante en la enseñanza de la Química.

Cuando Mendeléiev en 1869 presentó la primera tabla periódica a la Sociedad Química Rusa fue la culminación de un siglo de estudios de las propiedades químicas de los elementos. La TPE es, en sí misma, una representación visual de la ley de las propiedades periódicas que establece que, cuando los elementos son ordenados de acuerdo a su masa o número atómico, ciertas propiedades de los elementos se repiten periódicamente.

La historia de Tabla Periódica de los Elementos y el desarrollo de la Química.

Los descubrimientos de Mendeléiev fueron posibles solo a través de su profundo conocimiento de la química y la física de la época. Antes de él, unas 60 clasificaciones ya habían sido propuestas. Entre 1860 y 1869, cinco de ellas aparecieron incluso como publicaciones periódicas. Hasta Mendeléiev, y después de él, la concepción del átomo ha sido profundamente estudiada.

En la época de Aristóteles, Demócrito dio a luz a la teoría atomística, seguida por  Leucipo, Epicuro y Lucrecio. Demócrito sostiene que la materia no es divisible indefinidamente y consiste en partículas que no se pueden subdividir: los átomos. Sin embargo, esta teoría es rápidamente reemplazada por la de Aristóteles, según la cual, lo que existe se puede clasificar en cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego.

Es Robert Boyle quien, en 1661, cambia las concepciones vigentes devolviendo a la Química a la modernidad, rechazando la idea de Aristóteles. Para Boyle, los elementos son "entidades perfectamente independientes y únicas" que ya no necesitan reducirse ni descomponerse más, dos siglos antes de la publicación de las primeras obras de Mendeléiev.

Por qué intentar clasificar los elementos.

La búsqueda de una clasificación se lleva a cabo en el siglo XIX mientras se desarrolla la química. Simultáneamente su enseñanza se vuelve relevante. Al igual que muchos de sus colegas profesores, Mendeleyev busca una manera de enseñar a sus estudiantes los elementos conocidos hasta la fecha. Pero ¿en qué orden? ¿Alfabético, cronológico, en orden natural u otro?           

En 1789,  Antoine-Laurent de Lavoisier realiza el primer intento de clasificación. Se identificaron 37 cuerpos individuales cuando el francés Lavoisier propuso la primera clasificación que consistía en agruparlos según su comportamiento durante ciertas reacciones químicas, incluyendo la luz o el calor.

El átomo, su comprensión se vuelve realidad.

No fue hasta 1808 con el trabajo de los pesos atómicos de Dalton que la concepción del átomo se volvió verdaderamente científica. Existen, según el químico y físico inglés, diferentes tipos de átomos, es decir, esferas llenas compuestas por que tienen masas diferentes. Demostrando así, la posibilidad de calcularlos por deducción.

El químico alemán Döbereiner, en 1817, propuso reunir los elementos en grupos de tres a los que llamó tríadas. Estos elementos fueron reconocidos en base a propiedades similares y bajo la siguiente fórmula: la masa atómica del medio es el promedio de los dos que lo rodeaban. Este modelo, sin embargo, solo se aplica a un pequeño número de elementos conocidos.

Se habían descubierto 60 elementos en 1860 cuando Alexandre-Émile de Chancourtois propuso una representación en espiral, alrededor de un cilindro, de acuerdo con el orden creciente de la masa atómica. Al hacerlo, resulta que los elementos superpuestos tienen propiedades similares.

Con 62 elementos conocidos John Newlands, en 1864, fue el primero en usar la palabra periodicidad y asignar un número atómico a cada elemento. "Cualquier serie de ocho elementos que siguen a un elemento en particular, es una especie de repetición de la anterior, un poco como las ocho notas de una octava en la música", dijo. Así nace la primera tabla periódica.

Por qué la clasificación de Mendeleyev se relaciona con la enseñanza científica

Aunque Mendeléiev aún no estaba al tanto del trabajo reciente de sus colegas europeos llegó a las mismas conclusiones. Al clasificar los elementos en orden creciente de masa atómica, sus propiedades se repitieron en un orden regular. Observando que estos períodos, con los elementos conocidos en ese momento, su imagen estaba incompleta. Para él, sin lugar a duda existían espacios vacíos. Los elementos desconocidos a la fecha deberían estar allí.

La clasificación de Mendeléiev no es inmediatamente aplicada sino que hasta 1875 con el descubrimiento del elemento Galio por el químico francés François Lecoq Boisbaudran. Es en ese entonces que sus contemporáneos se dan cuenta de que Mendeléiev había predicho las principales propiedades de este nuevo elemento hacía seis años antes.

Además de ser un modelo perfectamente funcional, la clasificación de Mendeléiev ha sido extraordinariamente predictiva. Permitió no solo predecir la existencia de nuevos elementos, sino sobre todo predecir sus características y comportamientos. Así, la TPE se convierte en una valiosa herramienta para la comprensión científica de hechos y fenómenos de la naturaleza, y por lo tanto, para la enseñanza de la Química y de la ciencia en general.  

El ordenamiento de los elementos químicos ha pasado por constantes discusiones, controversias y actualizaciones, mostrando en que consiste el trabajo científico, constituyéndose en un caso de desarrollo de un modelo que está íntimamente relacionado con la enseñanza científica.