Historia de la tabla periódica IX

Los elementos superpesados sintetizados han desafiado los fundamentos de la tabla periódica y se espera que futuros descubrimientos cambien su estructura.

¿El final de la tabla periódica?

Ya en 1913, la investigación de Bohr sobre la estructura electrónica llevó a físicos como Johannes Rydberg a extrapolar las propiedades de elementos no descubiertos más pesados que el uranio.

Historia de la tabla periódica IX

Muchos estuvieron de acuerdo en que el siguiente gas noble después del radón probablemente tendría el número atómico 118, de lo cual se deduce que la serie de transición en el séptimo período debería parecerse a la del sexto.

Aunque se pensó que estas series de transición incluirían una serie análoga a los elementos de tierras raras, caracterizada por el relleno de la capa 5f, se desconocía dónde comenzó esta serie. Las predicciones iban desde el número atómico 90 (torio) hasta el 99, muchos proponiendo un comienzo más allá de los elementos conocidos en el número atómico 93 o más allá.

En cambio, se creía que los elementos desde el actinio hasta el uranio formaban una cuarta serie de metales de transición debido a sus altos estados de oxidación; en consecuencia, se colocaron en los grupos 3 a 6.

En 1940, el neptunio y el plutonio fueron los primeros elementos transuránicos descubiertos; se colocaron en consecuencia debajo del renio y el osmio, respectivamente. Sin embargo, las investigaciones preliminares de su química sugirieron una mayor similitud con el uranio que con metales de transición más ligeros, desafiando su colocación en la tabla periódica.

Durante su investigación del Proyecto Manhattan en 1943, Glenn T. Seaborg experimentó dificultades inesperadas para aislar los elementos americio y curio, ya que se creía que eran parte de una cuarta serie de metales de transición.

Seaborg se preguntaba si estos elementos pertenecían a una serie diferente, lo que explicaría por qué sus propiedades químicas, en particular la inestabilidad de los estados de mayor oxidación, eran diferentes de las predicciones.

En 1945, contra el consejo de sus colegas, propuso un cambio significativo en la tabla de Mendeleev: la serie de actínidos.

Los actínidos entran a la tabla periódica

El concepto de actínidos de Seaborg de la estructura electrónica de elementos pesados, que predice que los actínidos forman una serie de transición análoga a la serie de tierras raras de elementos de lantánidos, es ahora bien aceptado e incluido en la tabla periódica.

La serie de actínidos es la segunda fila del bloque f (serie 5f) y comprende los elementos que van desde el actinio hasta el lawrencio. Tanto en la serie de actínidos como en la de lantánidos, se está llenando una capa interna de electrones.

Las posteriores investigaciones de Seaborg del concepto de actínidos teorizaron una serie de elementos superpesados en una serie transactinida compuesta por elementos de 104 a 121 y una serie superactinida de elementos de 122 a 153.

Propuso una tabla periódica extendida con un período adicional de 50 elementos (alcanzando así el elemento 168); este octavo período se derivó de una extrapolación del principio de Aufbau y colocó los elementos 121 a 138 en un bloque g, en el que se llenaría un nuevo subconjunto g.

Glenn T. Seaborg
Glenn T. Seaborg

El modelo de Seaborg, sin embargo, no tomó en cuenta los efectos relativistas resultantes del alto número atómico y la velocidad orbital del electrón. Burkhard Fricke en 1971 y Pekka Pyykkö en 2010 utilizaron modelos informáticos para calcular las posiciones de los elementos hasta Z = 172, y descubrieron que las posiciones de varios elementos eran diferentes de las previstas por Seaborg.

Aunque los modelos de Pyykkö, Fricke y Nefedov generalmente colocan el elemento 172 como el siguiente gas noble, no existe un consenso claro sobre las configuraciones electrónicas de los elementos más allá de 120 y por lo tanto su colocación en una tabla periódica extendida.

Ahora se piensa que, debido a los efectos relativistas, tal extensión incluirá elementos que rompen la periodicidad de los elementos conocidos, lo que supondrá otro obstáculo para las futuras construcciones de tablas periódicas.

El descubrimiento del teneso en 2010 llenó el último hueco que quedaba en el séptimo período. Cualquier elemento recién descubierto será colocado en un octavo período.

El futuro

A pesar de la finalización del séptimo período, se ha demostrado que la química experimental de algunos elementos transactínidos es incompatible con la ley periódica.

En la década de 1990, Ken Czerwinski de la Universidad de California, Berkeley, observó similitudes entre el rutherfordio y el plutonio y el dubnio y el protactinio, en lugar de una clara continuación de la periodicidad en los grupos 4 y 5.

Experimentos más recientes sobre el copernicio y el flerovio han arrojado resultados inconsistentes, algunos de los cuales sugieren que estos elementos se comportan más como el gas radón noble que como el mercurio y el plomo, sus respectivos congéneres.

Como tal, la química de muchos elementos superpesados aún no se ha caracterizado bien, y sigue sin estar claro si la ley periódica todavía puede utilizarse para extrapolar las propiedades de elementos no descubiertos.