Fundamentos de Química: Tabla Periódica, Fórmulas y Números de Oxidación

La Tabla Periódica: Evolución y Fundamentos

La Tabla Periódica permite establecer relaciones entre los diferentes elementos, sus propiedades y su comportamiento químico.

Orígenes y Características Iniciales

En 1869, el ruso Dmitri Mendeléyev y, en 1870, el alemán Lothar Meyer, de manera independiente, presentaron su tabla periódica con 63 elementos. La tabla periódica de ese tiempo presentaba estas características:

• Los elementos aparecían ordenados en filas horizontales en las que su masa atómica aumentaba de izquierda a derecha.
• Los elementos de una misma columna vertical tenían propiedades semejantes. Sin embargo, para agruparlos fue necesario:
  • Invertir el orden de masas atómicas de algunos elementos.
  • Cambiar el valor entonces conocido de la masa atómica de ciertos elementos.
  • Dejar huecos para elementos cuyas características se predecían, pero que aún no habían sido descubiertos.

La Contribución de Henry Moseley

El científico británico Henry Moseley encontró una manera experimental de determinar el número atómico. Conocidos los valores de los números atómicos (Z) de los elementos, los colocó en orden creciente y observó que todos quedaban en el lugar adecuado según sus propiedades.

Primeras Clasificaciones de los Elementos

Observemos algunos de los intentos de clasificación que, por su originalidad o por su éxito, merecen un especial reconocimiento:

• Lavoisier (1743-1794): clasificó a los elementos en metales y no metales.
• Berzelius (1779-1848): creó la simbología química.
• La actual tabla periódica se la debemos a Dmitri Mendeléyev y es este el mayor de los aportes en la clasificación y ubicación de los elementos químicos.
• Posteriormente, Seaborg (1912-1999): ordenó los elementos lantánidos junto a los transuránicos.

Símbolos de los Elementos Químicos

Desde la antigüedad, los alquimistas empleaban símbolos para representar los elementos y compuestos que hasta entonces conocían.

El Sistema de Berzelius

Dalton fue el primero en utilizar un sistema de signos para los diferentes elementos y para algunos compuestos. Los símbolos modernos se deben a Berzelius, quien propuso utilizar, en vez de signos arbitrarios, la primera letra del nombre latino del elemento. Ejemplo: oxígeno (O), nitrógeno (N), hidrógeno (H). En el caso de que varios elementos tuvieran la misma inicial, se representaban añadiendo la segunda letra del nombre.

Fórmulas Químicas

Una fórmula es una expresión simbólica de la composición y estructura de una sustancia química. Cada compuesto químico se designa mediante una fórmula específica, que contiene símbolos de los elementos que la componen, y unos subíndices, que expresan la relación numérica entre los elementos.

Tipos de Fórmulas Químicas

• Fórmula Empírica

  Expresa, mediante símbolos y subíndices, los elementos que forman la sustancia química y la relación mínima en que sus átomos o iones están presentes en ella. Ejemplos: NaCl, SiO₂.

• Fórmula Molecular

  Expresa, mediante símbolos y subíndices, los elementos que forman la sustancia química y el número de átomos de cada elemento que están presentes en una molécula de esta. Ejemplos: CO₂, H₂O, H₂O₂, N₂O₄.

• Fórmula Desarrollada

  Es una representación que indica la forma de unión de los átomos que constituyen la sustancia química.

• Fórmula Estereoquímica

  Representa la disposición de los enlaces de una sustancia en el espacio.

Valencia y Números de Oxidación

Esta capacidad de combinación de un átomo con otros, para formar un compuesto, recibió el nombre de valencia.

Cálculo de Números de Oxidación: Ejemplos

a) El oxígeno tiene número de oxidación -2, llamamos x al número de oxidación del azufre y aplicamos la regla dada:

SO₂: x + 2(-2) = 0, de donde x = +4

x -2

b) El hidrógeno tiene número de oxidación +1 y el oxígeno, -2. Llamamos x al del nitrógeno y, a continuación, aplicamos la regla:

HNO₃: +1 + x + 3(-2) = 0, de donde x = +5

+1 x -2

c) El potasio tiene número de oxidación +1 y el oxígeno, -2. Llamamos x al del azufre y procedemos como antes:

K₂SO₄: 2(+1) + x + 4(-2) = 0, de donde x = +6

+1 x -2

d) La carga total del ion carbonato es -2. Por tanto:

CO₃²⁻: x + 3(-2) = -2, de donde x = +4

x -2

e) Carga total del ion perclorato: -1

ClO₄⁻: x + 4(-2) = -1, de donde x = +7