Tabla periódica: cómo leerla, grupos, periodos y familias

Qué es la tabla periódica y de dónde salió

La idea nació de una observación. Los químicos que purificaban minerales notaron que algunos elementos se parecían mucho. El litio, el sodio y el potasio son brillantes, conducen bien el calor y la electricidad y reaccionan de forma parecida. El calcio, el estroncio y el bario forman otro grupo con rasgos comunes, aunque son mucho menos reactivos que los tres anteriores. El flúor, el cloro, el bromo y el yodo se parecen entre sí, pero son muy distintos de los otros dos grupos.

Según OpenStax, Dmitri Mendeléiev en Rusia, en 1869, y Lothar Meyer en Alemania, en 1870, notaron por separado que las propiedades de los elementos conocidos se repetían con cierta regularidad, y los ordenaron por masa atómica creciente. Mendeléiev fue un paso más allá: usó su tabla para predecir elementos que todavía no se conocían, con propiedades parecidas a las del aluminio y el silicio. El descubrimiento del galio en 1875 y del germanio en 1886 respaldó su trabajo, y por eso hoy se le reconoce más.

En el siglo XX quedó claro que el orden correcto no depende de la masa sino del número atómico. La ley periódica moderna dice que las propiedades de los elementos son funciones periódicas de sus números atómicos: al avanzar en ese orden, ciertas propiedades se repiten. La tabla actual coloca los elementos en orden creciente de número atómico y pone en la misma columna a los que se parecen. La IUPAC publica la versión de referencia; la más reciente, del 4 de mayo de 2022, incluye los pesos atómicos estándar revisados en 2021. Estas son las fechas que conviene recordar:

• 1869: Mendeléiev publica su tabla ordenada por masa atómica.
• 1870: Lothar Meyer publica, de forma independiente, una tabla parecida.
• 1875 y 1886: el galio y el germanio confirman las predicciones de Mendeléiev.
• Siglo XX: el número atómico sustituye a la masa como criterio de orden.
• 2022: la IUPAC publica la versión vigente de su tabla.

Cómo leer una casilla

Cada recuadro representa un elemento y, según OpenStax, contiene su número atómico, su símbolo, su masa atómica promedio y, a veces, su nombre. El número atómico, que suele ir arriba, es la cantidad de protones del núcleo, y es el dato que ordena toda la tabla. El símbolo es la abreviatura del elemento, como H para el hidrógeno o Na para el sodio. La masa atómica promedio aparece con decimales porque es un promedio que toma en cuenta los distintos isótopos del elemento, que son átomos con el mismo número atómico pero distinto número de masa.

El primer recuadro sirve de ejemplo: el hidrógeno tiene número atómico 1, símbolo H y masa atómica 1.008. El helio, al otro extremo de la misma fila, tiene número atómico 2 y masa 4.003. Muchas tablas usan además colores para indicar si el elemento es metal, no metal o metaloide, y si a temperatura ambiente es sólido, líquido o gas; esa clave de colores depende de cada tabla, así que léela siempre antes de responder.

Hay un detalle que confunde en los exámenes. En algunos elementos, como el tecnecio (43), el prometio (61) y la mayoría a partir del polonio (84), la masa aparece entre corchetes. OpenStax explica que esos elementos solo tienen isótopos inestables y radiactivos, así que no se puede calcular una masa promedio: el número entre corchetes es el número de masa de su isótopo más estable. Para leer cualquier casilla, sigue este orden:

1. Busca el número atómico: te dice cuántos protones tiene el átomo y en qué lugar va.
2. Lee el símbolo y comprueba el nombre si la tabla lo trae.
3. Revisa la masa atómica y fíjate si está entre corchetes.
4. Consulta los colores con la clave de la tabla para saber si es metal, no metal o metaloide.
5. Anota el periodo (la fila) y el grupo (la columna) donde está: ahí empieza la interpretación.

Periodos y grupos: qué significan las filas y las columnas

La tabla tiene 7 filas horizontales, llamadas periodos o series, y 18 columnas verticales, llamadas grupos. OpenStax explica que en Estados Unidos los grupos se rotulaban con números romanos y letras, pero la IUPAC recomienda numerarlos del 1 al 18, y esa es hoy la forma más común. Si tu libro usa la notación antigua, la equivalencia aparece en el propio OpenStax: el grupo 2 es el 2A, el 15 es el 5A, el 16 es el 6A y el 18 es el 8A. Para que todo quepa en una página, partes de dos filas, 14 columnas en total, se escriben debajo del cuerpo principal.

Cada dirección dice algo distinto. Al avanzar por un periodo de izquierda a derecha, cada elemento tiene un protón más en el núcleo y un electrón más en su capa de valencia. Al bajar por un grupo, el número de electrones de valencia se mantiene y lo que crece es el nivel de energía de la capa externa. Por eso los miembros de un mismo grupo, que tienen el mismo número y la misma distribución de electrones de valencia, se comportan de forma parecida, mientras que a lo largo de un periodo las propiedades cambian poco a poco.

El hidrógeno es un caso aparte. OpenStax lo describe como un no metal único, con propiedades parecidas tanto a las del grupo 1 como a las del grupo 17, y por eso algunas tablas lo colocan arriba de ambos grupos o separado. La IUPAC, por su parte, no impone un formato: acepta tanto la forma de 18 columnas como la de 32. Para orientarte rápido, recuerda esto:

• Periodo: fila horizontal; hay 7 y en cada una se agrega un protón y un electrón de un elemento al siguiente.
• Grupo: columna vertical; hay 18 y sus miembros comparten electrones de valencia.
• Numeración: la IUPAC recomienda 1 a 18; la antigua usa romanos con letras, como 6A para el grupo 16.
• Filas de abajo: se separan solo para que la tabla quepa en una hoja.

Las familias de elementos y sus nombres

OpenStax divide los elementos en tres bloques grandes. Los elementos representativos ocupan los grupos 1, 2 y del 13 al 18. Los metales de transición están en los grupos 3 a 12, aunque el libro aclara que, según la definición de la IUPAC, los del grupo 12 no son de transición, por mucho que se les llame así. Los metales de transición interna ocupan las dos filas de abajo: la de arriba son los lantánidos y la de abajo, los actínidos. La IUPAC prefiere los nombres lantanoides, del lantano al lutecio, y actinoides, del actinio al lawrencio, y mantiene abierto el debate sobre qué elementos deben formar el grupo 3.

Varias columnas tienen nombre propio. Los elementos del grupo 1, salvo el hidrógeno, son los metales alcalinos y forman compuestos de un átomo del elemento con uno de hidrógeno. Los del grupo 2 son los alcalinotérreos y forman compuestos de un átomo con dos de hidrógeno. El grupo 15 son los pnictógenos, el 16 los calcógenos, el 17 los halógenos y el 18 los gases nobles, también llamados inertes. Un grupo también puede nombrarse por su primer elemento: a los calcógenos se les dice familia del oxígeno.

La tabla sigue cambiando. Los cuatro últimos elementos nombrados, el 113, el 115, el 117 y el 118, recibieron sus nombres aprobados por la IUPAC el 28 de noviembre de 2016; antes llevaban nombres temporales, como ununtrium (Uut) para el 113. Algunos libros y figuras, incluida la de la edición de OpenStax que usamos, todavía muestran esos nombres provisionales, así que no te sorprendas si tu tabla no coincide con la de tu escuela. Estas son las familias que más preguntan los exámenes:

• Grupo 1, metales alcalinos: litio, sodio, potasio.
• Grupo 2, alcalinotérreos: calcio, estroncio, bario.
• Grupo 15, pnictógenos: nitrógeno, fósforo, arsénico.
• Grupo 16, calcógenos o familia del oxígeno: oxígeno, azufre, selenio.
• Grupo 17, halógenos: flúor, cloro, bromo, yodo.
• Grupo 18, gases nobles: helio, neón, argón, kriptón.

Metales, no metales y metaloides

La clasificación más útil para un examen es la que separa los elementos por sus propiedades físicas. Según OpenStax, los metales son brillantes, maleables (se deforman sin romperse), dúctiles (se pueden estirar en alambres) y buenos conductores del calor y la electricidad. Los no metales tienen aspecto opaco y conducen mal el calor y la electricidad. Los metaloides quedan en medio: conducen moderadamente y comparten propiedades de ambos grupos.

Su lugar en la tabla sigue una regla. OpenStax explica que el carácter metálico aumenta al bajar por un grupo y disminuye al avanzar por un periodo. El grupo 16 lo muestra bien: el oxígeno, arriba, es un gas incoloro; el selenio, en medio, es un sólido semiconductor, y el polonio, abajo, es un sólido gris plateado que conduce la electricidad. Por eso los metales dominan la izquierda y la parte baja de la tabla, los no metales se agrupan arriba a la derecha y los metaloides forman una franja entre ambos. El hidrógeno es la excepción visible: está arriba a la izquierda y es un no metal.

La razón de fondo está en los electrones. OpenStax señala que propiedades metálicas como la conductividad y la maleabilidad dependen de tener electrones que se desprenden con facilidad, y que es más fácil quitar un electrón cuanto más lejos está del núcleo. En la tabla del libro aparecen clasificados así varios elementos de los primeros periodos:

• Metales: litio, berilio, sodio, magnesio y aluminio.
• No metales: hidrógeno, carbono, nitrógeno, oxígeno, flúor, fósforo, azufre y cloro.
• Metaloides: boro y silicio, además del astato en el periodo 6.

Tendencias de la tabla periódica: radio, ionización y carácter metálico

Algunas propiedades cambian de forma regular según la posición, y por eso se pueden predecir. La primera es el tamaño del átomo. OpenStax usa el radio covalente, que es la mitad de la distancia entre los núcleos de dos átomos iguales unidos por un enlace covalente. Al bajar por un grupo, los electrones externos ocupan niveles cada vez más lejanos del núcleo y el radio aumenta: en los halógenos pasa de 64 picómetros en el flúor a 99 en el cloro, 114 en el bromo, 133 en el yodo y 148 en el astato. Al avanzar por un periodo de izquierda a derecha, en cambio, el radio suele disminuir, porque la carga nuclear efectiva aumenta y atrae más a los electrones.

La segunda es la primera energía de ionización, es decir, la energía necesaria para quitar el electrón menos sujeto de un átomo en estado gaseoso. Como en un átomo grande ese electrón está más lejos del núcleo, cuesta menos quitarlo: la energía de ionización suele disminuir al bajar por un grupo y aumentar a lo largo de un periodo. Hay excepciones que conviene conocer: la del boro es menor que la del berilio, y la del oxígeno, un poco menor que la del nitrógeno. La afinidad electrónica, que mide el cambio de energía al agregar un electrón, tiende a hacerse más negativa de izquierda a derecha; el cloro, con −348 kJ/mol, tiene el valor más negativo de todos, por delante del flúor, con −322.

La tercera tendencia ya apareció: el carácter metálico aumenta al bajar por un grupo y disminuye a lo largo de un periodo, igual que el tamaño atómico. Si juntas todo, obtienes una regla sencilla para el examen: hacia abajo y a la izquierda, átomos más grandes, más fáciles de ionizar y más metálicos; hacia arriba y a la derecha, átomos más pequeños, más difíciles de ionizar y menos metálicos. En resumen:

• Radio atómico: aumenta al bajar por un grupo y disminuye de izquierda a derecha.
• Primera energía de ionización: disminuye al bajar y aumenta de izquierda a derecha, con excepciones como boro y oxígeno.
• Afinidad electrónica: tiende a ser más negativa hacia la derecha; el cloro tiene el valor más negativo.
• Carácter metálico: aumenta al bajar y disminuye de izquierda a derecha.

Ejercicios resueltos y errores que restan puntos

Los primeros cinco ejercicios vienen del propio libro de OpenStax y el último usa los datos de su tabla. Resuélvelos con una tabla impresa al lado: así practicas leerla en lugar de memorizarla, que es la habilidad que de verdad necesitas.

Cinco errores aparecen una y otra vez. Uno es confundir el símbolo Fl, del flerovio, con F, el flúor. Otro es llamar periodos a las columnas y grupos a las filas, cuando es al revés. El tercero es tomar la masa atómica por el número atómico; el número atómico es el entero que ordena la tabla. El cuarto es suponer que todo lo que está en el grupo 1 es metal, cuando el hidrógeno es un no metal. El quinto es aplicar las tendencias al revés, por ejemplo pensar que la energía de ionización aumenta al bajar por un grupo, cuando en general disminuye.

1. Da el nombre del grupo del cloro, el calcio, el sodio y el azufre. Respuesta: halógeno, alcalinotérreo, metal alcalino y calcógeno.
2. Haz lo mismo con el kriptón, el selenio, el bario y el litio. Respuesta: gas noble, calcógeno, alcalinotérreo y metal alcalino.
3. Ordena de menor a mayor radio: Ge, Fl, Br y Kr. Respuesta: Kr < Br < Ge < Fl, porque el radio disminuye a lo largo del periodo y aumenta al bajar; Fl es el flerovio, elemento 114, no el flúor.
4. Menciona un átomo más pequeño que el flúor. Respuesta: el neón o el helio.
5. ¿Cuál tiene la primera energía de ionización más baja: oxígeno, polonio, plomo o bario? Respuesta: el bario.
6. ¿En qué periodo y grupo está el aluminio, y es metal, no metal o metaloide? Respuesta: periodo 3, grupo 13; es un metal, con número atómico 13 y masa atómica 26.98.