Clasificar y disciplinar: El orden de los elementos

—La tabla periódica, un producto de la creatividad colectiva de las aulas de ciencias del siglo XIX.—

El sistema periódico es uno de los iconos más populares de la química contemporánea. Se trata de una clasificación de los elementos que, a través de varias representaciones gráficas, se emplea como herramienta didáctica en la enseñanza de la química. No es una mera ordenación, ya que el sistema periódico tiene también tiene capacidad predictiva. Desde la segunda mitad del siglo XIX hasta la actualidad se han producido innumerables descubrimientos de nuevos elementos que han confirmado estas predicciones, aunque también es cierto que ha habido muchas más predicciones falsas que exitosas, desde elementos que debían formar parte de la corona solar, y nunca se encontraron, hasta sustancias con propiedades extraordinarias que iban supuestamente a revolucionar la industria química. Solamente se recuerdan aquellas predicciones, como las del galio, germanio o escandio, que finalmente se confirmaron de una forma u otra. Desde su creación en la segunda mitad del siglo XIX, una gran cantidad de interpretaciones se han formulado acerca de la tabla periódica, con el fin de explicar las causas de las regularidades y las posibilidades de predecir nuevos elementos. En el siglo XX estas interpretacions han permitido alimentar discusiones sobre la reducción de la química a los principios de la física, en particular de la mecánica cuántica, la herramienta interpretativa más habitual de la tabla periódica desde los trabajos de Niels Bohr (1885-1962).

Dimitri Mendeléiev en un retrato de 1878. Wikipedia.

Dado que su papel en la enseñanza de la química, es habitual encontrar relatos acerca de su descubrimiento en los manuales de esta ciencia. El número de protagonistas de la narración es variable, pero uno de ellos suele ocupar una posición central: Dmitri Ivanovich Mendeléiev (1834-1907). En una de las versiones más difundidas, la ordenación periódica fue producto de un sueño de Mendeléiev durante el cual se le reveló súbitamente el nuevo orden de los elementos. Otra narración popular afirma que el químico ruso llegó a elaborar esta clasificación a través de un juego de cartas, una especie de «solitario químico», donde Mendeléiev escribió los nombres de los elementos con sus propiedades periódicas. Las primeras versiones de la tabla periódica de Mendeléiev se presentaron en marzo de 1869 en una de las sesiones de la Sociedad Química Rusa, lo que ha originado la declaración de 2019 como Año International de la Tabla Periódica de los Elementos bajo los auspicios de la UNESCO.

En realidad, no es posible situar un descubrimiento tan complejo como el sistema periódico en un punto particular del espacio y del tiempo. Mendeléiev no fue ni la primera persona ni la única que propuso clasificaciones de este tipo. Hubo una gran cantidad propuestas semejantes. Entre las más conocidas actualmente figuran las realizadas por Alexandre E. Beguyer de Chancourtois (1819-1866), John Newlands (1837-1898), William Odling (1829-1921), Gustavus Hinrichs (1836-1923), Julius Lothar Meyer (1830-1895). Hubo mucho otro profesorado anónimo (Mendeléiev era parte de este grupo en 1869) que hizo propuestas en esta dirección. En realidad, más que un descubrimiento múltiple, la tabla periódica fue fruto de un tipo de creatividad colectiva propia de las aulas de ciencias.

Las clasificaciones de sustancias químicas hunden sus raíces en los tiempos de la alquimia. Durante el siglo XVIII las tablas de afinidades representaban una forma de abordar estos problemas con enorme potencial didáctico. Jugaron un papel en las aulas semejante al que desempeñaría un siglo después la tabla periódica, al mismo tiempo que también sirvieron para dar coherencia y secuenciar los contenidos. Sin embargo, los criterios de clasificación, así como los materiales clasificados y los objetivos perseguidos, eran muy diferentes. Las tablas de afinidades perseguían mostrar la interacción entre sustancias químicas con el fin de predecir el desarrollo de las reacciones, no el descubrimiento de nuevas sustancias. Fueron introducidas a principios del siglo por Etienne-François Geoffroy y, tras varias décadas de relativa estabilidad, las tablas fueron ampliadas en las décadas de 1760 y 1770, de modo que, como la tabla periódica, fueron entidades en constante transformación para incorporar nuevos datos y productos químicos. Se hicieron tan populares que el escritor Goethe escribió un relato de amores entrecruzados bajo el título de Las afinidades electivas (Die Wahlverwandtschaften) a principios del siglo XIX. El relato se publicó, paradójicamente, cuando las tablas de afinidad habían dejado de formar parte de la cultura visual de las aulas de química. Progresivamente desparecieron de la memoria colectiva de la comunidad académica del siglo XIX, sin dejar el menor rastro en los manuales de ciencias del siglo siguiente.

Tabla de afinidades o de los diferentes rapports observados entre diferentes sustancias de Etienne-François Geoffroy (1718). Wikipedia.

Al comparar las tablas de afinidad con las tablas periódicas se puede comprobar que las clasificaciones científicas pueden tener fundamentos muy diferentes. Además, incluso dentro de un mismo criterio de clasificación, hay siempre alternativas de secuenciación en función de los objetivos perseguidos. Se puede anhelar el descubrimiento del orden natural de las cosas, para establecer una clasificación natural basada en diversos caracteres convenientemente elegidos. O, más modestamente, se puede elegir una característica crucial (masa atómica, valencia, reactividad con el oxígeno, etc.) para establecer una ordenación artificial. Otra cuestión, todavía más compleja, es la relación entre las clasificaciones naturales y artificiales y la secuenciación más adecuada para los objetivos pedagógicos. Gran parte del profesorado de mediados del siglo XIX prefirieron elegir clasificaciones híbridas, a caballo entre las naturales y artificiales porque les resultaban más adecuadas para la enseñanza de la química. Entre otras cuestiones debían abordar el incremento exponencial del número de sustancias químicas, desde varios centenares a finales del siglo XVIII a varias decenas de miles en el siglo XIX, para continuar creciendo en el siglo XX hasta llegar a millones. En el siglo XXI la cifra va camino de los doscientos millones, lo que plantea retos enormes para la enseñanza de la química y la regulación de estas sustancias.

Los retos del crecimiento exponencial de las sustancias químicas se presentaron de forma muy palpable a mediados del siglo XIX, con la llegada de nuevos métodos de análisis mineral (como el espectroscopio) y el desarrollo de la síntesis orgánica. De este modo, el profesorado de esos años tuvo que abordar inevitable el problema de la secuenciación para preparar sus clases o escribir sus manuales. A mediados del siglo, sobre todo en la década de 1860, varios autores combinaron los datos sobre pesos atómicos con las clasificaciones naturales para proponer ordenaciones que serían la base del actual sistema periódico. Esta situación fue, en parte posible, gracias a los acuerdos parciales en torno a los pesos atómicos alcanzados en el congreso de Karlsruhe, una de las reuniones más importantes de ciencia de esos años. Se así explica que los autores antes nombrados, incluyendo Mendeléiev, realizaran propuestas de tablas periódicas basadas en el orden creciente de pesos atómicos durante la década de 1860. En esos años, Mendeléiev formaba parte de la comunidad de «ilustres desconocidos» que impartían clases de química en toda Europa. Acaba de iniciar su carrera como profesor en San Petersburgo y estaba preparando un manual de química inorgánica cuando propuso su primera versión de la tabla periódica. Pocos años antes había traducido al ruso el popular manual de Auguste Cahours, un profesor francés que recogía los debates acerca de las clasificaciones naturales y artificiales de los años anteriores, y ofrecía grupos de familias de sustancias similares a los de las tablas periódicas de las décadas de 1860 y 1870.

Una de las primeras versiones de la tabla periódica de Mendeléiev (1869). Wikipedia.

Mendeléiev realizó muchas versiones de su sistema periódico. En las primeras versiones los elementos estaban ordenados según grupos de familias naturales, semejantes a los que aparecen en otros manuales de la época, y en un orden creciente de pesos atómicos, según los datos que disponía en la fecha. Algunos datos eran dudosos porque muchos elementos se acababan de descubrir y no existía información precisa ni sobre sus propiedades, ni sobres sus pesos atómicos, lo que se traduce en muchos interrogantes que aparecen en las primeras tablas de Mendeléiev. Para compararla con las actuales hace falta girarla 90 grados porque las filas de Mendeléiev corresponden a lo que actualmente suele representarse en columnas, es decir, familias de elementos con propiedades semejantes. Para que esto fuera posible, Mendeléiev tuvo que dejar algunos huecos que en la tabla que también aparecen marcados con un interrogante. Algunos de estos huecos eran predicciones de nuevos elementos que posteriormente se confirmaron con el hallazgo del galio y el germanio en la década de 1870.

Otras predicciones de Mendeléiev no tuvieron la misma suerte. Por ejemplo, algunas correcciones de pesos atómicos, necesarias para mantener su ley periódica, por ejemplo, el peso del telurio, nunca llegaron a confirmarse. Tampoco se confirmó nunca su predicción de un elemento denominado «coronio» que debía formar parte de la corona solar y tener una masa atómica menor a la del hidrógeno. De hecho, Mendeléiev tuvo muchas dificultades para dar cabida en sus últimas tablas periódicas a los nuevos elementos encontrados a finales del siglo XIX, por ejemplo, los gases nobles.Para acomodar los nuevos elementos muchos autores de finales del siglo XIX reformularon la tabla periódica de forma más decidida y realizaron así nuevas predicciones con más o menos éxito. Por ejemplo, Julius Thomsen (1826-1909), un profesor danés, presentó en 1895 un modelo de tabla que fue empleada posteriormente por Niels Bohr en sus estudios de la primera mecánica cuántica. También sirvió para fundamentar una teoría de la evolución de la materia y del origen del universo. Esta cuestión interesó especialmente a José Muñoz del Castillo (1850-1926), un profesor de Madrid que realizó diversas propuestas novedosas de tablas periódicas, combinando suposiciones arriesgadas sobre la génesis de los elementos con nociones acerca de la evolución del universo procedentes de los primeros estudios de astrofísica. Muñoz del Castillo también dejó numerosos huecos en su tabla y, a principios del siglo XX, se vanaglorió de haber predicho con su tabla el descubrimiento del radio.

Contra las imágenes que lo presentan como un profeta del orden químico, o como un genio aficionado a los solitarios, el anterior repaso muestra que Mendeléiev no fue el único autor que propuso clasificaciones periódicas, como tampoco fueron excepcionales sus predicciones, con más o menos éxito. Tampoco sus tablas contienen todos los ingredientes conceptuales del sistema periódico. En realidad, muchas aportaciones fueron realizadas en los años posteriores a su muerte, tanto desde el punto de vista teórico (conceptos como “número atómico” o “isótopo”) como experimental (especialmente tras el descubrimiento de la radioactividad y los elementos posteriores al uranio). Quizá la principal novedad fue el concepto de número atómico, formulado a principios del siglo XX por Henry Moseley (1887-1915), poco antes de morir en la I Guerra Mundial. Posteriormente, los trabajos de Niels Bohr y de otros autores relacionados con la mecánica cuántica proporcionaron nuevas formas de explicar la estructura y las regularidades de la tabla periódica, para propiciar a su vez nuevas formas de organización. La tabla periódica ha seguido construyéndose y modificándose con nuevas propuestas hasta la actualidad, cuando se conocen ya 118 elementos, quizá alguno más cuando se lean estas líneas, el doble de los conocidos en la época de Mendeléiev.

Tabla periódica propuesta por Theodor Benfey en la década de 1960, un ejemplo de las variadas representaciones de este icono de la ciencia. Wikipedia.

En estos avances tuvieron un papel destacado las mujeres, tal y como se ha señalado en las publicaciones recientes reseñadas en la bibliografía. Es sobradamente conocido que una de las principales investigadoras relacionadas con el estudio de la radioactividad y el descubrimiento del radio fue Marie Curie. Hubo muchas otras mujeres que se embarcaron en estudios relacionados con la tabla periódica y los elementos. Algunas de ellas descubrieron nuevos elementos como Marguerite Perey (1909-1975), que investigó el francio, o Ida Tacke Noddack (1896-1978), codescubridora del renio junto con su marido Walter Noddack y el científico Otto Berg. La física austríaca Lise Meitner (1878-1968), junto con el químico Otto Hahn descubrieron en Berlín el protactinio, y realizaron aportaciones teóricas clave para entender la fisión nuclear en la década de 1930. Otras muchas investigadoras, en ocasiones con poco reconocimiento por su labor como en el caso de Meitner, realizaron aportaciones relevantes en el terreno teórico. Por ejemplo, el concepto de «isótopo», introducido por el químico británico Frederick Soddy (1877-1956) en 1913, recibió su nombre gracias a la propuesta de la médica Margaret Todd (1859-1918) que empleó raíces griegas para describir las sustancias que ocupaban «el mismo lugar» en la tabla periódica. Por su parte, Stefanie Horovitz (1877-1942), mientras trabajaba en el Instituto de Radio de Viena, aportó pruebas experimentales de la existencia de los isótopos mediante sus determinaciones de las masas atómicas de diversas muestras de plomo.

Tabla periódica producida por la Sociedad Europea de Química (EuChemS) para celebrar el año 2019. Está inspirada en otras anteriores y trata de recalcar la escasez creciente de algunos elementos clave. EuChemS.

El sistema periódico es, por lo tanto, producto de una labor colectiva, desarrollada en un largo período de tiempo y en diversos lugares, por una gran cantidad de personas, muchas de las cuales apenas tienen presencia en los relatos más comunes. La revisión anterior confirma el papel creativo de la enseñanza, tal y como se ha visto ya en otro apartado. Se trata de una creatividad colectiva en la que concurren una gran cantidad de protagonistas, desde el personal docente hasta el alumnado, así como los equipos a cargo de editoriales y la gestión de las políticas educativas. El sistema periódico —al igual que su antepasado, las tablas de afinidades— tiene una presencia más allá del mundo académico. Es una fuente de formas visuales que circulan creativamente a través de las fronteras lingüísticas y pueden ser manejadas en diversos contextos sociales y culturales. Desde el siglo XIX han existido numerosas formas de representarlo en formas de tablas dimensionales y modelos tridimensionales. Ha habido controversias, algunas de ellas todavía en marcha, sobre la mejor forma de visualizarlo, así como sobre el alcance y las limitaciones de cada representación. En ocasiones, han surgido otras formas de representación de los elementos (por ejemplo, respecto a su mayor o menor abundancia) que se han inspirado en la tabla periódica para tratar de remarcar problemas poco visibles en las formas tradicionales. Por otra parte, más allá de los límites de la comunidad científica, la tabla periódica se ha transformado en un ingrediente de la imagen popular de la química.

A través de la educación secundaria, gran parte de la población se ha familiarizado con alguna de las formas estandarizadas del sistema periódico que también se pueden encontrar en museos de ciencia y obras de divulgación. De este modo, la tabla periódica ha servido de fuente de inspiración para obras literarias (como la de Primo Levi), proyectos artísticos y hasta series de televisión (como Breaking Bad). En definitiva, cuando se la desprende de la mitología propia del relato cientificista, la historia del sistema periódico ofrece muchos ingredientes interesantes para conocer procesos colectivos de producción científica y la construcción de la imagen social de la ciencia.

José Ramón Bertomeu Sánchez
IILP-UV

Cómo citar este artículo:
Bertomeu Sánchez, José Ramón. Clasificar y disciplinar: El orden de los elementos. Sabers en acció, 2021-01-05. https://sabersenaccio.iec.cat/es/clasificar-y-disciplinar-el-orden-de-los-elementos/.

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