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EL AÑO INTERNACIONAL DE LA TABLA PERIÓDICA

Dimitri Mendeleiev (Museo de la Ciencia de Valladolid)

La ONU, a través de la UNESCO, ha declarado 2019 como Año Internacional de la Tabla Periódica. Esta declaración hace homenaje a la publicación, un 17 de febrero de 1869, de la ordenación de los elementos propuesta por Dimitri Mendeleiev a la Sociedad Química Rusa, y recogida de forma resumida en Zeitschrift für Chemie.

La necesidad de ordenar los constituyentes básicos de todo lo que nos rodea empieza muy pronto en nuestra Historia. Los cuatro elementos aristotélicos (tierra, agua, fuego y aire) son un primer intento de establecer esos componentes básicos, que caló tan fuerte como idea que perduró hasta llegado el Renacimiento.

Existen precedentes de ordenaciones más científicas de los elementos conocidos anteriores a la tabla de Dimitri Mendeleiev. Con anterioridad, en 1817, J. W. Döbereiner, cuando aún se conocían muy pocos elementos químicos, intuyo la existencia de las tríadas o grupos de elementos con propiedades parecidas, con la característica de que el peso atómico del elemento central era la media aritmética aproximada de los pesos atómicos de los elementos extremos; éste era el caso por ejemplo, del litio, sodio y potasio, o del cloro, bromo y yodo, o del azufre, selenio y telurio. También, A. E. de Chancourtois, en 1862, estableció una hélice telúrica o tornillo telúrico, situando los elementos químicos en orden de pesos atómicos crecientes sobre una hélice, con 16 elementos por vuelta. De esta manera observó que muchos de los elementos de propiedades análogas quedaban ubicados en la generatriz del cilindro, unos encima de otros; enunció de esta manera una ley que decía que las propiedades de los elementos son las propiedades de los números. En 1868, J. A. Newlands había ordenado los elementos en agrupaciones lineales, enunciando su ley de las octavas, en la que afirmaba que si se situaban todos los elementos en un orden creciente de pesos atómicos después de cada siete elementos, aparecía un octavo cuyas propiedades son similares a las del primero, pero Dimitri desconocía este trabajo y por otra parte el suyo lo superó con creces.

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Primera Tabla Periódica de Mendeleiev. En ruso, la titula: “Proyecto de sistema de elementos: basado en sus masas atómicas y características químicas”.

En 1869, hace 150 años, este químico ruso publicó la primera versión de la Tabla Periódica con una orientación similar a la actual: que sirviera de guía para entender las propiedades de los elementos y sus compuestos conocidos, y predecir las de futuros compuestos y elementos. La aportación de este químico ruso fue ordenar los elementos en función de su peso atómico, pero, al mismo tiempo, en función de sus valencias, o modos de combinación más habituales. De tal manera que esa ordenación llevaba a una serie de columnas y de filas donde se veían variaciones periódicas de las propiedades. Al mismo tiempo ofrecía la posibilidad de dejar huecos para elementos todavía no encontrados en función de esa variación periódica, prediciendo incluso las propiedades de algunos de ellos. Hay que recordar que en su época solo se conocían 63 elementos. Esos huecos se llenaron posteriormente, confirmando las hipótesis de Mendeleiev (galio, escandio y germanio). Eso sí, no predijo el grupo de los gases nobles, ni de los elementos lantánidos o actínidos. Hay que tener en cuenta la falta de seguridad y precisión sobre los pesos atómicos en aquella época. Simultáneamente a Mendeléiev, pero de forma independiente, J. L. Meyer llegó a una clasificación prácticamente igual, pero este último se basó en las propiedades físicas de los elementos y no en las químicas como Dmitri Mendeléiev.

La tabla periódica actual no se ordena en función de los pesos atómicos puesto que no existe esa periodicidad regular, sino que se establece en función del número atómico. El número atómico es el número de protones que cada elemento tiene en su núcleo y, a partir de ahí, es también el número de electrones que tiene en su corteza rodeando a dicho núcleo. Son esos electrones, sobre todo los más externos, los que determinan en gran parte la química de cada elemento. Así pues una ordenación más adecuada es en función de ese número atómico. Esta distribución de la tabla tal y como la conocemos ahora, con columnas y filas ordenadas de izquierda a derecha, grupos y periodos, todavía está en discusión para que nos permita tener una ordenación más correcta en cuanto a propiedades atómicas y macroscópicas.

Tabla Periódica de la Facultad de CC. y TT. Químicas de Ciudad Real.

Recientemente, la IUPAC ha confirmado el nombre de los últimos elementos obtenidos, nihonio, moscovio, teneso y oganesón. Estos elementos, artificiales y obtenidos mediante aceleradores de partículas y reactores nucleares, terminan el período 7 de la Tabla Periódica. Ya ha comenzado la búsqueda de los elementos ultrapesados.

En estas semanas, se han publicado las dos mitades de una entrevista en la más que recomendable página de divulgación científica Cienciaes.com, dirigida por el físico y divulgador científico Ángel Rodríguez Lozano para llegar a todo aquel que sienta inquietud por el estudio de la Naturaleza y las leyes que la gobiernan. En esa entrevista, intentamos hacer nuestro pequeño homenaje a esta efemérides y hablar de los elementos a lo largo de la Historia.

http://cienciaes.com/entrevistas/2019/03/25/tabla-periodica-1/

http://cienciaes.com/entrevistas/2019/04/01/tabla-periodica-2/

http s/podcast/hablando-con-cientificos-cienciaes.com/id304214854?mt=2

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El premio Nobel y las mujeres

Niklas Elmehed. © Nobel Media

El día 3 de octubre se ha anunciado el premio Nobel de Química 2018. El galardón ha recaído en los bioquímicos Frances Arnold, George Smith y Gregory Winter. Una mitad del premio para Arnold “por la evolución dirigida de enzimas”, y compartiendo el otro medio entre Smith y Winter “por colocar péptidos y anticuerpos en la superficie de virus bacteriófagos”.

Como no soy bioquímico, no me quiero meter en charcos de los que no voy a saber salir. En mi página de infografías favoritas de todos los tiempos, Compound Interest, puedes encontrar una explicación sencilla del trabajo por el que estos científicos han sido destacados de entre toda la comunidad mundial por haber “tomado el control de la evolución y haber usado sus mismos principios para desarrollar proteínas que resuelven muchos problemas de la humanidad”, en palabras de la Real Academia de sueca de Ciencias que es la responsable de esta herencia de Alfred Nobel. Resumiendo, y ya me meto un poco en el agua, han usado los principios evolutivos de selección para la mejora en el funcionamiento de enzimas, catalizadores biológicos, y modificando virus para que poder ser reconocidos más fácilmente por anticuerpos.

2018 Nobel Prize in Chemistry

Pero sí quiero señalar que Frances Arnold, profesora en el famoso Caltech de Pasadena, es la quinta mujer que recibe el premio desde sus comienzos en 1901. Antes que ella, las mujeres que lo habían recibido fueron Marie Curie y su hija Irène Joliot-Curie, en 1911 y 1935, respectivamente, por sus trabajos en el descubrimiento y la obtención de nuevos elementos; Dorothy Crowfoot Hodgkin, en 1964, por sus trabajos en difracción de rayos X de proteínas; y Ada E. Yonath, en 2009, también por sus estudios de determinación estructural mediante difracción, de estructuras tan complejas como los ribosomas.

En este mismo año 2018, el premio Nobel de Física también ha recaído, en parte, en una mujer: la canadiense Donna Strickland, por su trabajo el campo de los láser y sus aplicaciones. Si el escaso número de antes ya era llamativo, Strickland es solo la tercera mujer en la historia ganadora del Premio Nobel de Física, tras Marie Curie en 1903 y Maria Goeppert-Mayer en 1963.

Se puede entender la situación en gran parte del s. XX, pero terminando ya el 2018, la diferencia entre hombres y mujeres en Ciencia que consiguen esta distinción es llamativa, cuando la proporción de científicos vs. científicas está casi seguro vencida hacia estas últimas.

Los colores del Vanadio

El vanadio es un elemento de transición que nos toca un poco de cerca. Es uno de los tres elementos conocidos que fue descubierto por un español. O por un mexicano, para no molestar al otro lado del charco. Andrés Manuel del Río (Madrid, 1764) fue un prestigioso mineralogista que realizó buena parte de su trabajo en México, donde acabó residiendo y siendo un miembro activo de la sociedad civil y cultural de este país tras su independencia.

Hacia 1800, trabajó con un mineral, que ahora conocemos como vanadinita, del que obtuvo una serie de compuestos de lo que el pensó que era un nuevo elemento químico. Lo variado de los colores de estos compuestos en disolución, le llevó a proponer el nombre de pancromio (del griego, varios colores). La facilidad con la que algunos de estos compuestos llevaban a otro de color rojizo, que probablemente era el óxido de vanadio (V), V2O5, le hizo dudar con el nombre, optando por eritronio (del griego, rojo).

Envió sus muestras y pruebas al químico y mineralogista francés Collet-Descotils, que rechazó la posibilidad de un nuevo elemento, criticando que se trataba de cromo, descubierto pocos años antes por Vauquelin, su maestro.
Treinta años después, Sëfstrom, un químico de la importante escuela sueca de química, aisló los mismos compuestos a partir de minerales de hierro. La belleza que le transmitían los colores encontrados le llevó a proponer el nombre de vanadio, en honor a Vanadis, la diosa escandinava de la belleza.

En disolución acuosa ácida, es posible observar los iones correspondientes a los estados de oxidación 5, (VO2)+, de color amarillo; 4, (VO)2+ , de color azul; 3 (como acuocomplejo de vanadio III), verde; y 2 (como acuocomplejo de vanadio II), de color violeta.

Linus Pauling

El pasado día 28 de febrero se conmemoraba el aniversario del nacimiento de Linus Pauling, uno de los químicos más influyentes de todos los tiempos. A partir de una educación en Ingeniería Química, dirigió su investigación, y su vida, al estudio del enlace entre los átomos. Tras realizar su doctorado en el CalTech, en Química Física, consiguió una beca Guggenheim para viajar a Europa, donde se encontró con algunos de los físicos que estaban estableciendo las bases de la teoría atómica y el enlace químico, como Böhr, Sommerfeld o Schrödinger. A partir de ese contacto con la química cuántica, y utilizando sus conocimientos sobre la determinación de las estructuras cristalinas, mediante difracción de rayos X, comenzó a proponer sus teorías sobre el enlace quimico. El resultado de ese trabajo se recoge en uno de los libros más importantes sobre Química jamás escrito “The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals“, que aparece como la referencia más citada de la literatura científica.

En el libro se recogen conceptos tan conocidos por los estudiantes actuales como la resonancia o la hibridación, como bases para explicar el enlace covalente. Además, Pauling define el concepto de electronegatividad para explicar la tendencia a atraer los electrones del enlace por parte de uno de los átomos que lo forman. Con eso, se explica el continuo entre el enlace covalente y el enlace iónico, como extremo de esa polarización de los electrones.
A partir de esas teorías sobre el enlace químico y la estructura de las moléculas, se adentró en la biología molecular y la bioquímica. Su descubrimiento de la estructura de las proteínas, la alfa-hélice, junto con el descubrimiento de la doble hélice del ADN por Watson y Crick (y que él estuvo a punto de proponer previamente), suponen el comienzo de la biología molecular y la genética.
Todos estos estudios, y su influencia en el desarrollo de la Química, le valieron, en 1954, el Premio Nobel de Química.
Además, es la única persona que tiene dos Premios Nobel a título individual. El segundo fue el Premio Nobel de la Paz, en 1962, por su activismo político en contra del desarrollo de las armas nucleares y de cualquier guerra en general, activismo que influyó en su carrera profesional y personal.
Como curiosidad, rechazó dirigir la sección de química del Proyecto Manhattan para fabricar la primera bomba atómica, no solo por su pacifismo, sino también por las insinuaciones de Oppenheimer, director del proyecto, a su mujer, Ava Hellen.
Finalmente, Pauling también es conocido por su controvertida defensa de la ingesta en grandes cantidades de vitamina C para evitar múltiples enfermedades, sobre todo las de tipo vascular, e incluso el cáncer.
Más allá de estas anécdotas, siempre nos quedarán sus palabras sobre la Química como profesión, desde alguien que dedicó su vida a esta bella ciencia nuestra:

“Toda persona que elige la Química como profesión, no con ello establece un límite reducido a las actividades de su vida. Todavía se le abren muchos caminos: puede convertirse en un profesor y, al mismo tiempo, trabajar en el descubrimiento de algo nuevo, para aportar un conocimiento más profundo de la Ciencia; puede ser investigador, trabajando con sustancias inorgánicas u orgánicas, con metales o con drogas; puede ayudar a controlar los grandes procesos industriales y desarrollar otros nuevos; puede colaborar con investigadores médicos en el estudio de la enfermedad. Aun cuando elija otra profesión distinta a la Química, puede encontrar aplicación de sus conocimientos químicos, no sólo en su trabajo cotidiano, sino también en la superación de problemas inesperados”.

La expansión de la Química Inorgánica

En 1866, nace Alfred Werner en la ciudad de Mulhouse, en la Alsacia, un rincón entre Francia, Alemania y Suiza. Este químico vocacional acabó siendo catedrático en Zúrich con solo 29 años. Para ese momento, ya había estudiado lo que denominaba la “valencia secundaria”. Su propuesta era, frente a la “valencia primaria” de todo elemento, que ahora denominamos estado de oxidación, la existencia de otra valencia secundaria, o de coordinación, que indicaba la posibilidad de rodearse de un número de átomos, iones o moléculas neutras, ordenadas espacialmente con unas estereoquímicas determinadas. Es lo que ahora conocemos como enlace y esfera de coordinación de un centro metálico. Sus estudios con complejos amoniacales de cobalto suponen el comienzo de la Química de la Coordinación. En estos estudios observó la gran tendencia al índice de coordinación 6, con geometría octaédrica, o la posibilidad de compuestos quirales más allá de la Química del carbono.
En 1913, recibió el Premio Nobel de Química por lo que suponía como inicio para el desarrollo de la Química Inorgánica moderna, que ha llegado hasta nuestros días, con las múltiples aplicaciones de los complejos de coordinación, desde la catálisis a la medicina.

“The Nobel Prize in Chemistry 1913 was awarded to Alfred Werner “in recognition of his work on the linkage of atoms in molecules by which he has thrown new light on earlier investigations and opened up new fields of research especially in inorganic” (Texto de la concesión del Premio Nobel)