Historia breve 
de los elementos químicos

¿De qué está hecho el mundo? Desde los 4 elementos griegos hasta las teorías atómicas del último siglo, la historia de los elementos químicos y la tabla periódica es la historia de la búsqueda de una respuesta. Más de 25 siglos se ha tardado en construir y comprender el diccionario de la química o tabla periódica. Un lenguaje universal para comprender de qué está hecho todo cuanto existe.

¿De qué está hecho todo cuanto existe? Los griegos fueron los primeros en plantear la cuestión e intentaron resolverla a través de un modelo teórico que no se explicase por la intervención divina. Sus respuestas ya apostaban por la existencia de componentes básicos o elementos formadores y responsables de las características de todo cuanto existe.

En el siglo IV a.C., el filósofo Demócrito de Abdera fue uno de los primeros en proponer la existencia de unidades básicas de la materia a las que llamó átomos: aquello que no se puede dividir. Sin embargo, fue la teoría especulativa de los 4 elementos de Empédocles la que gozó de mayor aceptación y popularidad en la civilización griega. Así el universo estaría compuesto de tierra, fuego, aire y agua. Más tarde Aristóteles, en el siglo III a.C, añadió el elemento éter de que los cielos y las estrellas estarían hechos. Además propuso que las propiedades de estos elementos podían ser intercambiadas de forma que un compuesto podía transformarse en otro.

Los egipcios fueron un pueblo que conocía bien la mezcla y transformación de diversas sustancias. Al llegar a Egipto, los griegos llamaron a este arte chemia, que significa mezcla o fusión. Posteriormente, los árabes recuperaron el talento egipcio denominándolo al-chemia, de donde deriva la palabra actual alquimia.

En la Edad media, los alquimistas se centraron en la transmutación o transformación de un metal en otro, particularmente el oro. De acuerdo con Aristóteles, si se conocía la proporción de los 4 elementos en cada sustancia fácilmente se podría producir el metal dorado. Su objetivo principal era tanto místico como científico puesto que intentaban modificar su ser interior para alcanzar un estado espiritual superior y esto sólo podrían conseguirlo con la transmutación de los metales en oro. Así pues, estos antecesores de los químicos se lanzaron en la inútil búsqueda de la piedra filosofal, la sustancia mágica en presencia de la cual los vulgares metales se convertirían en el más noble y perfecto de todos.

Aunque los alquimistas pasaron a la Historia como meros charlatanes, su esfuerzo no fue en vano y en el camino identificaron hasta 13 sustancias que hoy se cuentan entre los elementos químicos como el estaño, el arsénico, la plata o el tan deseado oro, entre otros.

La obsesión por el oro duró hasta el siglo XVII cuando “el último alquimista”, Henning Brand, intentando la obtención del metal a partir de la orina nos dejó accidentalmente la primera descripción detallada de la obtención de un elemento químico: el fósforo.

Contemporáneo del último alquimista, el científico inglés Robert Boyle renegó del fraudulento arte que nunca logró su objetivo dorado. En el libro "El químico escéptico", Boyle criticó las viejas teorías de Aristóteles y los alquimistas apostando por una ciencia química basada en la evidencia empírica. En su trabajo propuso y defendió que los elementos eran sustancias básicas e ingredientes de cuerpos más complejos que llamó “mixtos”.

En los siglos XVIII y XIX nació la ciencia química con un lenguaje y métodos propios, basados en la observación y mediciones precisas y exactas. El francés Antoine Laurent de Lavoisier es considerado el padre y fundador de la química moderna. Este prolífico científico fue autor del principio básico de la conservación de las masas y la teoría de la combustión. También identificó el oxígeno y el hidrógeno como los elementos básicos del agua, echando definitivamente por tierra las teorías especulativas griegas de los cinco elementos. Cuando Lavoisier fue guillotinado por la Revolución Francesa, su colega Lagrange lo recordó: “Ha bastado un instante para cortarle la cabeza, pero Francia necesitará un siglo para que aparezca otra que se le pueda comparar”.

En los años de la Revolución Industrial, la necesidad de métodos para la extracción de metales y su identificación, impulsó el descubrimiento de la mayoría de los elementos químicos conocidos a día de hoy. Ante la abundancia de elementos identificados, la antigua representación de los mismos por medio de símbolos fue sustituida por el sistema de nomenclatura de Berzelius. Cada elemento se representaría a partir de ahora con la primera letra de su nombre latino y si más de un elemento comenzabas por la misma letra se incluiría la segunda o la tercera.

Con tanto elemento químico descubierto, ordenarlos se convirtió en una necesidad imperiosa. ¿Pero en base a qué? La tabla periódica de la que disponemos actualmente procede de la tabla ideada, fruto de un sueño, por el químico ruso Dimitri Ivanovich Mendeleiev basada en la teoría atómica de Dalton.

John Dalton fue un físico y químico inglés que no sólo dio nombre al defecto genético responsable de la visión alterada de los colores, daltonismo, que él mismo padeció. Entre sus grandes aportes a la Ciencia, la formulación de la teoría atómica fue el más relevante para el avance de la química. A mediados del siglo XIX, Dalton recuperó el antiguo concepto del griego Demócrito: la materia estaba constituida de partículas elementales indivisibles e indestructibles, llamadas átomos. Postuló que para un mismo elemento todos los átomos eran iguales y descubrió que los elementos siempre se combinaban en las mismas proporciones simples y expresables en número enteros para formar "átomos compuestos" o moléculas.

El inglés Dalton publicó las masas atómicas de ciertos elementos, sentando las bases sobre las que en 1869 Mendeleiev construyó su tabla periódica vigente hoy en día. Así, el químico ruso propuso un orden para los elementos químicos conocidos en función de su peso atómico pero también de su valencia, la cual definiría el poder de combinación entre los átomos. Al construir la tabla, dejó algunos huecos para elementos aún desconocidos en la época y se arriesgó (y acertó) prediciendo las características físico-químicas de los elementos de acuerdo con su posición en la tabla. El descubrimiento posterior de los gases nobles o inertes caracterizados por su valencia cero no supuso mayor problema añadiéndose una nueva hilera a la tabla de Mendeleiev.

A lo largo del siglo XX, el pleno entendimiento de la tabla periódica de Mendeleiev se alcanzó poco a poco con el descubrimiento de las partículas subatómicas, el desarrollo de los rayos X y el estudio de la radiactividad, este último profundizado por el matrimonio Curie. El avance de la ciencia química y las técnicas asociadas dio lugar al aislamiento (o síntesis) e identificación de los elementos que han ido rellenando la tabla de Mendeleiev.

El hallazgo de los elementos radiactivos capaces de transmutarse (como el radio, el polonio o el uranio) habría entusiasmado a los alquimistas que siglos atrás buscaban la conversión de unos metales en otros. No obstante, lejos de tratarse de elementos diferentes, todos ellos son variedades de uno sólo y por tanto se colocaron en el mismo lugar dentro de la tabla periódica. Se les llamó isótopos, que significa "en el mismo lugar". Estos poseen el mismo número atómico, pero distinta masa o peso atómico. El posterior descubrimiento del neutrón explicó la diferencia de masas entre isótopos de un mismo elemento que, sin embargo, conservan las mismas propiedades.

Si bien la tabla periódica era muy útil, los químicos del siglo XX no entendían a qué atendía el orden y las propiedades de los elementos de la tabla, pues no se trataba de la masa atómica como pretendió Mendeleiev basándose en la teoría de Dalton. El uso de rayos X permitió adjudicar a cada elemento un número atómico correspondiente al número de cargas positivas (protones), que es igual el número de cargas negativas (electrones). Lejos de alterarlo, esta asignación confirmó el orden propuesto por Mendeleiev en su tabla.

Finalmente la teoría atómica de Bohr en cuanto a la distribución de los electrones en orbitales y niveles de energía en torno al núcleo atómico, dio explicación a la disposición en la tabla y el comportamiento químico de los elementos. Las propiedades químicas de los elementos responden así al número de electrones situados en el orbital más externo.

Hoy día utilizamos la versión larga de la tabla periódica de Mendeleiev diseñada en los años 30. En ella los elementos se acomodan en función de su número atómico, la configuración de los electrones y sus propiedades químicas. La distribución horizontal de los elementos en períodos obedece al nivel energético de los átomos. Verticalmente se disponen los grupos de elementos de igual valencia que corresponde al número de electrones más externos, tal y como propuso Mendeleiev. 

Después de todo, el químico ruso había sorprendido, desafiado y acertado.