Breve historia de la nomenclatura y la formulación químicas

Artículo tomado de: The Science Watcher

En los primeros pasos de la química, gran cantidad de las sustancias que se usaban eran conocidas por los nombres que la alquimia o la historia les había ido otorgando. Esto suponía un problema, porque según los conocimientos en química fueron aumentando se hizo evidente la necesidad de establecer un método para poder nombrar elementos y compuestos químicos que fuese común a todos lo lugares y que diese información sobre cuál era su composición.

El primero en llamar la atención sobre esta necesidad según la IUPAC (International Union for Pure and Applied Chemistry) fue el químico y político francés Guyton de Morveau en 1782, año en que publicó sus recomendaciones esperando que "ese constante método de denominación ayudase a la inteligencia y aliviase la memoria". Este método fue refinado en colaboración con Berthollet, de Fourcroy y Lavoisier, y promovido por el libro publicado por este último Método de la nueva nomenclatura química (enlace a libro).

El objetivo de Lavoisier queda claro en este libro, según afirma:

Las lenguas no solo tienen por objeto, como se cree comúnmente, expresar por signos las idéas e imágenes; sino que además son verdaderos métodos analíticos con cuyo axilio procedemos de lo conocido a lo desconocido, y hasta cierto punto, al modo de los matemáticos.

Lavoisier entiende que debe usarse la lengua como una herramienta analítica, perfeccionar la ciencia perfeccionando la lengua y de este modo presenten con exactitud las ideas y los hechos, sin ocultar nada de lo que presentan, siendo un espejo fiel.

Tal y como indica, una parte de las expresiones que se sirven en la química las introdujeron los alquimistas haciendo uso de un lenguaje enigmático, en el que el por ejemplo un pelícano era un vaso para destilar, o el caput mortuum el residuo de una destilación.

Para solucionar este embrollo se creó un método de nomenclatura básico, que aún sigue usándose hoy día, y que ha dado lugar a la nomenclatura conocida como tradicional.  Algunas de las aportaciones de este nuevo método son:

• Las primeras sustancias que se deben nombrar son las sustancias simples, aquellas que no se pueden descomponer por ningún proceso conocido. La mayor parte de las mismas ya tienen nombre en la sociedad, y se mantienen siempre que sean posible, siendo sustituidas tan solo por otra procedente de la lengua griega cuando puedan llevar a confusión, y siempre eligiendo un nombre que exprese una propiedad lo más general posible. Se adopta la palabra oxígeno para el "aire vital" tan estudiado por Lavoisier. Así, explican que oxígeno proviene de las voces griegas ácido y engendrar, a causa de las propiedad de este principio de reducir muchas de las sustancias con las que se une al estado ácido. Se considera que el gas oxígeno se une al azufre, al fósforo durante su combustión, a los metales cuando se calcinan... Al gas inflamable, que produce el agua por su combinación con oxígeno se le llama hidrógeno (producidor de agua).

• Para los cuerpos compuestos de dos sustancias simples se clasifican usando en primer lugar el nombre de la clase y del género que reune las propiedades comunes a un número considerable de individuos, el de la especie llama a la idea a las propiedades particulares de algunos individuos. Aquí la influencia de los métodos de clasificación de Linneo para las especies resulta innegable. 

• Los ácidos se consideran compuestos por dos sustancias simples, la primera de las mismas constituiría la acidez, común a todos, esto sería el nombre de clase o de género (siempre se empieza la nomenclatura diciendo ácido.... ) la otra palabra constituiría la diferencia entre unos ácidos y otros, y de ahí se sacaría el nombre específico (ácido nítrico, ácido sulfúrico, ácido hipoyodoso...) Pero la mayor parte de los ácidos pueden tener proporciones diferentes entre el acidificante y el acidificado, lo que se expresa variando la terminación del nombre específico. 

• Las sales metálicas se clasifican partiendo del principio común, que sería la sal de procedencia, y se diferencian por el nombre del metal al que pertenecen.

• Al ácido que se forma por la combinación de oxígeno con la máxima cantidad posible de azufre se le conocerá como ácido sulfúrico, al que esté unido con menor cantidad de oxígeno, ácido sulfuroso, a todas las sales formadas a partir del ácido sulfúrico sulfatos, y a todas las formadas a partir del ácido sulfuroso, sulfitos. Sulfurado indicará que el azufre no está en estado de ácido. Este mismo método se usa para el resto de ácidos (ácido nitroso, fosfórico...)

• A los compuestos que se forman por combinación de metal con oxígeno se usa el nombre óxido.

• La combinación directa de metales con metales en su estado más simple sin que ninguno de ellos esté oxidado ni oxigenado, se usará la palbra aleación seguida del nombre de los metales, así como amalgama.

• Propone el nombre de potasa, sosa y amoniaco, debido a su uso ya muy extendido.

• En cuanto a los compuestos orgánicos propone el nombre de alcohol para el producto de la fermentación "espirituosa"y a la combinación de alcohol con ácido que hayan subido al estado de ether se les conservará este nombre..

Lavoisier hizo un aporte fundamental normalizando los nombres de las sustancias químicas más habituales en el trabajo de los químicos, y trató que esos nombres tuviesen relación con la composición de las mismas (creó una nomenclatura), además propuso una serie de símbolos para representar estos elementos.

Fuente.

Pero los símbolos químicos que usamos actualmente se los debemos a Berzelius, que asignó a cada elemento un símbolo que coincidía con la inicial en latín del nombre. Así, las fórmulas de las sustancias consistirían en una combinación de letras y números que indican la cantidad de átomos de cada elemento.

En esta imagen se puede ver la evolución en la representación de tres elementos desde los tiempos de los alquimistas hasta los tiempos de Berzelius. Fuente

Cuando la teoría atómica avanzó lo suficiente se hicieron comunes nombres que reflejaban la composición de varios óxidos y compuestos binarios, pero sin embargo nunca se adaptaron nombres que reflejaran la composición de las oxosales. Hacia finales del siglo XIX el rápido aumento de compuestos inorgánicos llevó a que el patrón de nomenclatura fuese ligeramente alterado. Cuando surgía la necesidad, se proponía un nombre, y de ese modo la nomenclatura empezó a crecer más por acreción que por sistematización.

En 1886 se reconoció la necesidad de volver a crear unos criterios unificados, lo que llevó a una serie de acuerdos entre las Sociedades Químicas americana y Británica. En 1913 el Consejo de Asociación de Sociedades Químicas creó una comisión para la creación de una nomenclatura inorgánica y orgánica, pero la Primera guerra mundial interrumpió sus actividades. El trabajo se retomó en 1921 por la IUPAC, y en su segunda conferencia se cró una comisión para crear una nomenclatura inorgánica, orgánica y biológica, apareciendo el primer informe en 1940. Entre las sugerencias aparecía la recomendación del uso de la nomenclatura Stock para indicar los estados de oxidación, el rechazo a términos como bicarbonato en los nombre de sales ácidas, el establecimiento de un orden a la hora de citar los constituyentes de los compuestos binarios en las fórmulas y en los nombre, el desarrollo de prácticas uniformes para nombrar compuestos de adición....

Esta nomenclatura Stock se la debemos al químico  alemán Alfred Stock, un pionero en la investigación de los hidruros de boro y silicio y en la química de coordinación y mercurio, y fue quien sugirió el "sistema Stock" por primera vez en 1919, sistema que incluye los estados de oxidación de los elementos entre paréntesis con números romanos. En su honor se entrega el premio Memorial Alfred Stock por parte de la Sociedad de Químicos Alemanes.

Así que en 1959 apareció un pequeño libro, revisado en 1971 y acompañado de un suplemento, llamado Como nombrar una sustancia inorgánica, en 1977. En 1990 las recomendaciones de la IUPAC fueron revisadas de nuevo para incorporar los nuevos cambios que se había producido durante los 20 años anteriores.

Actualmente la IUPAC ha editado ocho libros en los que expone las recomendaciones en nomenclatura química: el libro azul (química orgánica), el libro de oro (compendio de terminología química), el libro verde (cantidades, unidades y símbolos en química-física, el libro naranja (compendio de nomenclatura analítica), el libro púrpura (compendio de terminología y nomenclatura macromolecular) y el famoso libro rojo (nomenclatura de química inorgánica), y cada cierto tiempo va sacando recomendaciones, siendo la última la del año 2005.

Ununpentio: El último elemento químico descubierto

Un grupo internacional de científicos ha confirmado la existencia de un nuevo elemento químico superpesado que posee el número atómico 115, previamente sugerida por investigadores rusos. En caso de ser reconocido oficialmente, el ununpentio pasaría a formar parte de la tabla periódica.

"Ha sido un experimento exitoso y uno de los más importantes en la química de los últimos años", ha asegurado Dirk Rudolph, físico en la Universidad de Lund (Alemania) y coautor del hallazgo.

Bombardeando una fina película de americio con iones de calcio, los investigadores midieron fotones relacionados con la desintegración alfa del nuevo elemento. Ciertas energías de los fotones concuerdan con las energías esperadas para la radiación de rayos X, lo que se considera una ‘huella dactilar’ de cada elemento. Los físicos han informado en The Physical Review Letters de que el nombre ununpentio (Uup) es únicamente provisional y obedece al número atómico.

El ununpentio, como todos los nuevos elementos químicos, será evaluado por miembros de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada y la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada para confirmar su existencia. En 2011 se aprobaron los nombres de tres nuevos elementos que tienen los números atómicos 110, 111 y 112, bautizados respectivamente como darmstadtio (Ds), roentgenio (Rg) y copernicio (Cn). El elemento más recientemente aprobado ha sido el livermorio, con número atómico 116.

Fuente:

Muy Interesante

La Relatividad está en las cosas que nos rodean...

Al hablar de la relatividad especial siempre nos da la impresión, al menos a mí me pasa, de que estamos tratando con una teoría que explica fenómenos que difícilmente tendrán una influencia directa en cosas tangibles para nosotros. Siempre tenemos a mano efectos chulos de partículas que “viven” más porque van a velocidades cercanas a la de la luz, los gemelos se hacen un lío con los años, las llaves no entran en las cerraduras, etc. Pero la pregunta es

¿Hay algo que nos rodee que manifieste características relativistas?

 

Y la respuesta está en la química.

En esta entrada no pretendo ser exhaustivo, tan solo quiero dar una lista de fenómenos, cotidianos, que no podrían darse de no verificarse las leyes de la relatividad especial. Como siempre, la naturaleza es maravillosa

Núcleos, electrones y orbitales

Generalmente nos dicen que las propiedades químicas de los elementos vienen determinadas por sus configuraciones electrónicas. Los átomos están compuestos por núcleos (con un número dado de protones y neutrones por allí) y electrones atraidos por este mediante la interacción eléctrica. Para entender estos hechos tenemos que recurrir a la mecánica cuántica. Muy brevemente (para una información más extensa: Orbitales Atómicos):

1. Los electrones se disponen en orbitales.
2. Estos orbitales vienen determinados por la energía del electrón (que solo puede tomar determinados valores), su momento angular, y su espín.
3. En los orbitales encontramos la información de con qué probabilidad encontraremos al electrón con una determinada energía y momento angular a una distancia R del núcleo y en una determianda dirección.

Con esta información se pueden dar cuenta de las propiedades químicas y físicas de los elementos y se puede entender la organización de los mismos en la tabla periódica.

Si le preguntamos a un físico o un químico, nos dirán que esto viene descrito esencialmente por la ecuación de Schrödinger. Esto implica que los efectos relativistas (que serían necesarios si los electrones se movieran a fracciones apreciables de la velocidad de la luz) no se consideran necesarios para un buen entendimiento de la química. Y esta es la opinión más generalizada, de hecho, se estudia poco de esto en las carreras de física o química (por no decir nada).

Así pues, la relatividad especial parece algo que solo tiene importancia en cuestiones que involucran a partículas de alta energía que se mueven a muy alta velocidad. Pero no siempre es así.

Ahora presentaremos el argumento por el cual la relatividad influye en la química de algunos elementos muy usuales en nuestras vidas y hablaremos de algunos ejemplos.

La relatividad y su influencia en los átomos

Cuando uno estudia los orbitales atómicos puede calcular cual es la velocidad promedio de los mismos.  Según los cálculos esta velocidad media tiene la siguiente dependencia:

Es decir, la velocidad aumenta con el número atómico (número de protones en el núcleo). Esto implica que la química de los elementos pesados de la tabla periódica dependerá de características relativistas.

Uno de los principales efectos que tiene esto es lo siguiente:

• Para núcleos con número atómico alrededor de 70 las velocidades de los electrones son superiores a 0.5c. A estas velocidades los efectos relativistas ya son apreciables.
• Dado que a estas velocidades las energías de los electrones se pueden asociar a un incremento de su masa efectiva (y esto solo es un truco matemático, lo que se llama la masa relativista).  Ocurre que los orbitales de tipo s y p “disminuyen su tamaño” y bajan sus energías.

El radio promedio de un orbital se puede asociar a lo que se llama como radio de Bohr:

Así pues, se produce una contracción orbital si consideramos una masa relativista en vez de una masa no relativista.

• Además se producen cambios en los niveles de energía:

En un mundo relativista, como el nuestro, los orbitales s y p tienen menor energía y los orbitales d y f tienen mayor energía que en los respectivos casos no-relativistas.

Mira tu anillo y verás la relatividad

Si la química está en lo cierto, todos los elementos de un grupo tienen que tener propiedades parecidas. Sin embargo, cuando uno mira la plata y el oro los podemos distinguir a simple vista sin más que ver su color.

¿Por qué la plata tiene color metálico plateado y el oro es amarillo?

Esta cuestión solo se puede responder en un contexto relativista. El color de estos metales es debido a una transición entre el nivel 5d y el 6s. Para la plata esta transición es muy poco probable porque la separación energética de estos niveles es grande. Pero el oro, con un Z=79 la relatividad obliga a que esos niveles estén más cercanos y la transición energética está en el rango óptico y es lo que explica su color característico.

En un mundo no relativista el oro tendría el color de la plata.

El mercurio

El mercurio es ese metal líquido. ¿Un metal líquido? ¿Un metal con un punto de fusión tan bajo que es líquido a temperaturas usuales?

Pues sí, este metal tiene las características que tiene por culpa de la relatividad.

La temperatura de fusión del oro es de unos 1000ºC y la del mercurio -39ºC. La diferencia no es poca, lo cual es sorprendente, porque están muy cerca el uno del otro en la tabla perdiódica, de hecho están al lado.

La diferencia entre el oro y el mercurio está en que el mercurio tiene su orbital 6s (contraido relativisticamente) lleno (el del oro tiene un hueco libre). Esto hace que las uniones Hg-Hg sean muy débiles y esencialmente sean uniones de Van der Walls. Eso le confiere las propiedades tan típicas a este elemento.

Abre tu coche

Las baterías que generalmente llevan los coches son las de Plomo/Ácido. Estas baterías producen corriente a través de unas reacciones de oxidación/reducción (mueven electrones de un átomo a otro). El caso es que las reacciones típicas involucran un ión del plomo, el y . Esto se consigue llevando electrones desde el orbital 6s contraido al 6p. Este proceso no es fácil de conseguir, está muy inhibido, y es lo que hace posible que estas baterías funcionen. Sin la relatividad no lo harían.

Lo obvio

Aparte de lo dicho, está claro que todas las características químicas de los elementos que involucran al espín, los acoplos espín-órbita, etc, son muestras de que vivimos en un universo donde operan las leyes dadas por la relatividad especial. El espín de las partículas es una consecuencia directa de la relatividad especial en la definición del concepto de partícula. Por lo tanto, cualquier fenómeno que dependa del espín es una muestra de la influencia de la relatividad, por poner un ejemplo, las resonancias magnéticas son una prueba palpable de que vivimos en un sitio relativista .

Aquí solo hemos pretendido mostrar, muy por encima, que a veces las cosas que nos parecen más alejadas de nuestra experiencia en realidad tienen una influencia directa en nuestras vidas. Vivimos en el universo que vivimos y eso hace que podamos rastrear sus consecuencias hasta en las situaciones más insospechadas.

Desgraciadamente, no se suele puntualizar este hecho muy a menudo ni en las clases, ni en los libros de texto. Sin embargo, es interesante tener todo esto en mente, porque vivimos en un sitio sorprendente.

Nos seguimos leyendo…

Un artículo muy interesante sobre todos estos temas, para profundizar:

Why is mercury liquid?

Fuente:

Cuentos Cuánticos

Libro: 'La tabla periódica' de Hugh Aldersey-Williams

 

Hace unos meses os hablé del libro La cuchara menguante, de Sam Kean, posiblemente el mejor libro de química divulgativa que había leído nunca. Ahora, con La tabla periódica, la afirmación debo repetirla con ciertas reservas: si tuviera que escoger uno de los dos como el mejor libro de divulgación en química, no sabría qué decir. De hecho, ambos libros, si bien cuenta cosas diferentes, se parecen mucho: en la erudición, en la capacidad de mezclar disciplinas y, sobre todo, en el hecho de que se analizan sistemáticamente los elementos de la tabla periódica.

El autor de La tabla periódica es Hugh Aldersey-Williams.

Y es que La tabla periódica no es sólo un libro sobre los elementos químicos que nos hacían memorizar en el colegio (y que, en realidad, nada significaban para nosotros, en su mayoría). Es un libro sobre cómo esos elementos fueron descubiertos, cómo cambiaron el mundo, cómo influyeron en el arte, de qué forma impulsaron los acontecimientos históricos más relevantes. Sin duda, en cada página de La tabla periódica (o casi) hay al menos una frase que debe subrayarse a lápiz, o incluso copiar en un cuaderno sobre cosas que no hay que olvidar jamás.

Por ello nos ha inspirado diversos artículos, como La mina más química del país donde más elementos químicos se han descubierto del mundo, Kobold, el diablillo azul que atacaba a los mineros o La pureza blanca de la cal de la Casa Blanca.

Tomado de:

Xakata Ciencia

Química: ¿Deberíamos llamarlo Vanadio?

El Carnaval de la Química es una iniciativa muy interesante promovida por un montón de blogs de divulgación. Lleva ya nada más y nada menos que veintitrés ediciones y, como sabéis, desde el ISQCH nos hemos lanzado a participar en ésta, la XXIIIª Edición, organizada por @luisreig de @molesybits.

En la entrada principal del carnaval se dan un montón de ideas sobre posibles temas que tratar, muchos de ellos basados en el número veintitrés que, de por sí, es un número muy interesante: además de ser primo, presenta una gran variedad de curiosidades. Pero vamos a hablar de Matemáticas, que a nosotros nos quedan algo lejos. Como nos va más la Química, ¿qué puede haber mejor que el elemento 23 de la tabla periódica? El elemento 23 es el que podéis observar en la foto: el vanadio (₂₃V). Pero, ¿sabíais que originalmente no se llamó así? ¿Y sabíais que es uno de los tres elementos de la tabla periódica descubiertos por investigadores españoles, junto con el platino y el wolframio? Si os apetece conocer la historia del vanadio, seguid leyendo.

Foto de The Elements de T. Gray

El metal es dúctil, blando y escaso en la Tierra. El sueco Nils Gabriel Sefström lo encontró mientras trabajaba con distintos minerales y, como daba disoluciones en agua de colores muy bonitos, decidió llamarlo vanadio, en honor a Vanadis, la diosa escandinava de la fertilidad y la belleza, esposa de Odín. El sueco creyó haber sido el primero en detectar este curioso metal, pero en realidad el español Andrés Manuel del Río Fernández había conseguido obtenerlo veintinueve años antes.

Disoluciones de Vanadio (de izquierda a derecha:
VO₂⁺, VO⁺², V⁺³, V⁺²). Fueron estos bonitos colores los que
llevaron al sueco Sefström a bautizar al elemento con el nombre de la diosa de la belleza. (Foto de Moles y Bits)

Del Río había estudiado Filosofía, Teología y Literatura en Alcalá de Henares, pero luego se pasó a las Ciencias y estudió Química y Metalurgia por toda Europa: España, el imperio Austro-Húngaro, Alemania e Inglaterra. En 1794 viajó, bajo orden del Rey Carlos III, a Nueva España (actual México). Allí se había fundado un Seminario de Minería que estaba dirigido por Fausto Elhuyar (el español descubridor del wolframio, precisamente) y Andrés del Río se encargaría de la Cátedra de Química y Mineralogía.
Durante su estancia al otro lado del Atlántico, Del Río trabajó con muestras de minerales de plomo locales.

Al someterlos a tratamientos con calor o con ácidos, se producían unas sustancias rojas que normalmente no daban las sales de plomo. El científico atribuyó estos cambios a la presencia de un nuevo metal. Consiguió preparar algunas de sus sales y, por su reactividad parecida al cromo lo bautizó pancromium. Más tarde, debido a los productos rojizos que había obtenido en primer lugar, decidió cambiar el nombre de su descubrimiento a eritronio (del griego eritrós ἐρυθρός, que significa rojo).

Pero Andrés del Río no tuvo mucha suerte: envió muestras de su recién descubierto eritronio al alemán Alexander von Humboldt, que determinó (erróneamente) que lo que el español había enviado era en realidad cromo y no un nuevo elemento. Por esto, Sefström tuvo el privilegio de bautizar el elemento cuando lo encontró en las minas de Suecia, tres décadas más tarde que Del Río. Ya entonces, el químico alemán Wöhler comprobó que el elemento hallado en Escandinavia era el mismo que el que había encontrado Del Río en el Yucatán años antes. Humboldt incluso reconoció su error y otorgó el mérito del descubrimiento al español. No obstante, el nombre del sueco pervivió y el del español quedó en el olvido.
En palabras del propio Del Río:

“El uso, que es tirano de las lenguas, ha querido que se llame vanadio por no sé qué divinidad escandinava. Más derecho tenía otra mexicana, que en sus tierras se halló hace treinta años.”

Hoy todavía llamamos al elemento 23 vanadio, pero la comunidad científica atribuye su descubrimiento, sin lugar a dudas, a Del Río. Algo así como lo que ocurre con Meucci y el teléfono. Como reconocimiento a su gran labor como Químico y estudioso de los minerales, la Sociedad Química de México otorga, desde 1964, el Premio Andrés Manuel del Río a “[...] los profesionales de la Química que hayan contribuido de manera extraordinaria a elevar la calidad y el prestigio de la profesión Química en México [...]“.

Referencias:

Diario Médico: “Vocablos olvidados: Eritronio”, 08/06/2009, consultado el 12/03/2013.
Electrones Excitados.com: “Vanadio no, eritronio”, 13/07/2009, consultado el 12/03/2013.
Wikipedia.org: “Andrés Manuel del Río”, consultado el 12/03/2013.
Wikipedia.org: “Fausto Delhuyar”, consultado el 12/03/2013.
Wikipedia.org: “Vanadio”, consultado el 12/03/2013.


Fuente:

ISQch 

La tabla periódica de los grupos finitos simples

En internet podemos encontrar tablas periódicas de todo lo que se nos pueda ocurrir (hasta de elementos químicos, y algunas muy distintas a la que estamos acostumbrados a ver). Y la verdad es que después de completarse la clasificación de grupos simples finitos era cuestión de tiempo que apareciera una con ellos.


Pues aquí la tenéis, The Periodic Table of Finite Simple Groups:

En este enlace el autor nos explica algo sobre su creación y en este otro enlace la tenéis en pdf para descargar.
Vía un tuit de @EDocet.

Tomado de:

Gauusianos 

El Americio y la Tabla Periódica

En la entrada anterior hicimos un repaso rápido por la Tabla Periódica desde un punto de vista peculiar: los elementos que aparecen en la Naturaleza sin combinar, es decir, los elementos nativos. Hoy vamos a irnos a un elemento que no existe de modo natural en nuestro planeta, un elemento artificial.
Hace menos de un siglo, ningún químico hubiera puesto la mano en el fuego porque la Tabla Periódica continuase tras el uranio, el elemento natural mas pesado observado en la Tierra (salvo trazas de plutonio formadas en los reactores nucleares naturales, de los que seguro que Greenpeace no ha oído hablar).
Y, sin embargo, si que continuó. Y mucho. Y los elementos que la continuaron, llamados transuránicos, dieron lugar a la segunda gran gesta química de la Tabla Periódica: la de los elementos artificiales.

Hoy vamos a centrarnos de un elemento muy importante de este grupo de los transuránicos. Uno que conecta directamente la Segunda Guerra Mundial con la exploración de Marte, pasando por la industria y la medicina y que todos habéis tenido muy cerca alguna vez, y posiblemente lo sigáis teniendo: el americio. Es más, si aún lo teneis cerca, tal vez podáis usarlo para hacer un experimento muy interesante. No os asusteis, sólo seguid leyendo y os lo cuento.
(Nota: me temo que para entender esta entrada el lector debe conocer lo básico sobre radiactividad y núcleo atómico. Nivel COU del de antes y bachillerato ahora.).
Esta breve historia comienza en la Segunda Guerra Mundial. Mientras la gente moría en las ciudades y campos de batalla, se libraba otra guerra en secreto: la fabricación del arma definitiva que pondría fin a la guerra. En la investigación del famoso Proyecto Manhattan se habían llegado a grandes avances. La radioquímica del uranio se conocía muy bien y el plutonio se había convertido en un objetivo primario a partir de 1940, en una carrera contra los alemanes, que estaban en condiciones de encontrar un arma similar. Quizá si muchos físicos alemanes, en cantidad significativa de origen judío, no hubieran huído a Inglaterra o USA, la historia habría sido bien distinta (probablemente para nuestra desgracia)
.
 Las predicciones indicaban que el plutonio-239 sería un isótopo fisible y suficientemente estable como para prepararlo en gran cantidad, además de poderse preparar en 'weapon-grade' con mas rapidez y facilidad que el uranio-235. Justo lo que necesitaban para su nueva arma. En 1941, los científicos J. Kenedy, Glenn T. Seaborg, Emilio Segre y A. Wahl consiguieron obtener y separar el Pu-239. Poco tiempo despues, en agosto de 1942, en el Laboratorio Metalúrgico de la Universidad de Chicago (USA) dirigido por Glenn T. Seaborg, se asistió a un hecho histórico: la obtención de 10 microgramos de hidróxido de plutonio puro. Seaborg relata el hecho:

Este dia memorable pasará a la historia científica jalonando la primera contemplación directa de un elemento sintético y el primer aislamiento de una cantidad ponderable de un isótopo artificial de un elemento.

Glenn T. Seaborg, codescubridor (o mas bien, coinventor) del plutonio, el americio y el curio y creador de la forma de la Tabla Periódica que manejamos hoy día. 

 Tras ello, las propiedades químicas del plutonio se investigaron a fondo, utilizando únicamente técnicas microquímicas y de microscopía química. A finales de 1942, el plutonio, desconocido apenas un año ántes, se conocía casi tan bien como cualquier elemento de la Tabla. Lamentablemente el hito científico del descubrimiento del plutonio quedó sepultado por su primer uso. En agosto de 1945 murieron mas de 80.000 personas, la gran mayoría ciudadanos no combatientes e inocentes, en uno de los actos terroristas mas decisivos y dramáticos de la historia. Este acto fue perpetrado usando a Fat Man, la primera bomba atómica de plutonio de la Historia.

Desvinculado de las necesidades militares y una vez resuelto el problema del plutonio para la guerra, Seaborg pudo seguir investigando, ya con tranquilidad, los elementos transuránicos. Para ello aprovechó la instalación del ciclotrón de 1,5 metros del Lawrence Berkeley National Laboratory para bombardear una muestra de uranio-238 con partículas alfa aceleradas y una de plutonio-239 con neutrones, esperando obtener el plutonio-241:

U238+ alfa --> Pu241 + neutrones

Pu239 + neutrones--> Pu240

Pu240 + neutrones --> Pu241

El ciclotrón empleado en el descubrimiento del Curio y del Americio

Tras estas reacciones de transmutación, el plutonio-241 se desintegraba emitiendo radiación beta y transformándose en el americio-241, el isótopo que buscaban. Este descubrimiento se anunció en noviembre de 1945 por Seaborg, Ghiorso, James y Morgan. Utilizando técnicas similares, Seaborg y sus colaboradores descubrieron poco antes el curio, que nos va a conectar nuestro americio con Marte... Seaborg recibió en 1951 el premio Nobel por sus trabajos con éstos elementos.

 El primer compuesto puro de americio, el hidróxido, fue obtenido por el químico Burris Cunningham. El descubrimiento y estudio de la química del americió llevó a Seaborg a proponer la forma actual de la Tabla Periódica, ubicando la "serie actínida", químicamente análoga a las Tierras Raras o "serie lantánida", en la forma que todos conocemos. 

El nombre de americio no viene de ningún delirio patrio, sino, simplemente, de su analogía química con la tierra rara europio. Con el estudio del americio, Seaborg cierra la estructura de la Tabla Periódica iniciada con Mendeleev. 

Actualmente, en nuestro planeta existen bastantes toneladas de americio, obtenido a partir de combustible nuclear en centrales nucleares y por envejecimiento de stocks de plutonio. Si os parece caro el oro, el precio actual del americio es de unos 1500 euros el gramo.  El isótopo mas común es el americio-241, del que, en el año 2003, segun la IAEA, se obtuvieron 87 toneladas a partir de combustible nuclear usado. 

El americio-241 tiene un periodo de semidesintegración de 432 años (!cuidado¡, no confundir con 'vida media'. En inglés, el periodo de semidesintegracion es 'half-life', de donde viene la confusión). Es decir, al cabo de ese tiempo la actividad radiactiva de una muestra de Am-241 se habrá reducido a la mitad. Mientras se va desintegrando, el americio-241 sigue este proceso:

Am-241--> Np-239* + He-4 (alfa, 5.6 MeV)

Es decir, el americio se transmuta en neptunio, emitiendo radiación alfa con una energía de 5,6 MeV. El nucleo de neptunio recien nacido esta en un estado excitado y se relaja emitiendo rayos gamma:

Np-239* --> Np-239 + foton (gamma, 59 KeV)

Si vemos el espectro de la energía gamma emitida por una fuente de americio-241, veremos esto:

El pico de 59 KeV es la principal emisión gamma producida por la relajación nuclear del neptunio recien formado. Los otros picos son el resultado de mezclar:

-Otros rayos gamma emitidos por la desintegración del americio y del neptunio (26 y 33 KeV)
-Rayos X debidos a la excitación de los átomos de neptunio por la radiación alfa (13 a 20 KeV). Estos se producen debido a que la radiacion alfa emitida en la primera ecuación es muy energética, lo suficiente para sacar de su sitio un electrón en el átomo de neptunio. Este proceso de producción de rayos X es muy importante, por lo que vamos a ver despues. Y, tambien nos dice que, si teneis una fuente de americio cerca, también teneis un poco de neptunio...

Uso del Americio

A lo mejor sois de los que pensais...bueno, y el americio...¿para que sirve?. Pues teniendo en cuenta que es un potente emisor alfa y un débil emisor gamma, resulta un elemento muy muy útil, que se usa para:

- Aplicaciones médicas: estudio de la densidad del hueso, diagnósticos diversos.
- Aplicaciones industriales: Medición de grosores en diversas aplicaciones, como en la industria del metal y en la del papel. Tests de aleaciones metálicas y radiografías de piezas, en especial analisis del aluminio. Análisis químicos por emision de rayos X, como, por ejemplo, su uso en el análisis del oro. Analisis del cemento y de minerales en minería. Estudios hidrogeológicos, en meteorologia para determinar la densidad el aire...
Pero quizá su uso mas conocido es el de los detectores de humos. Antes (ahora se han retirado en general, debido al miedo irracional a la radiactividad), los detectores de humo llevaban una pequeña fuente de americio-241. Su uso era debido a la capacidad altamente ionizante de la radiación alfa que emite. Si entraba humo en el detector, la ionización producida por la fuente disminuía, haciendo saltar la alarma. Hay que aclarar que, en la cantidad presente en un detector de humo, el Am-241 no reviste ningun riesgo, ya que la radiacion alfa tiene un alcance de apenas un par de centímetros y la radiación gamma asociada es demasiado débil.
Pero su uso mas interesante para nosotros es debido a la capacidad de la radiación alfa para generar rayos X en un material en el que impacta. Esta propiedad puede convertir nuestra pequeña fuente de americio-241 en un instrumento analítico muy divertido.

Lea el artículo completo en.

Noticias de un Espía desde el Laboratorio

Lea en los archivos de Conocer Ciencia:

La tabla periódica de los videos

 100 años después se actualiza la tabla periódica

¿Qué pasaría si todos los elementos de la tabla periódica se juntaran a la vez?

Adiós, mercurio, adiós

No hace muchos años, el mercurio se empleó en medicina para tratar la sífilis. También se usó como insecticida, y como componente de pinturas antiincrustraciones marinas. En pigmentos y cosméticos. Incluso como forma decorativa y hasta mística, debido a su aspecto como de otro mundo: no en vano es un metal líquido, como si fuera un fragmento del T-1000 de Terminator 2. 

El mercurio, incluso, fue la señal de que ese día no íbamos a clase: si en el termómetro marcaba fiebre, cama. (¿Quién no intentó imitar al niño protagonista de ET, que posa su termómetro durante unos segundos sobre una bombilla encendida para que su madre le deje quedarse en casa…? Yo lo hice, pero fui al colegio: mi termómetro marcaba más de 45 grados de temperatura, lo que a todas luces indicaba que algo olía a podrido en Dinamarca).

Sin embargo, vamos a tener que acostumbrarnos a la desaparición paulatina del mercurio en nuestras vidas cotidianas. 

Noruega, por ejemplo, desde el 1 de enero de 2008, ha prohibido todas las importaciones y la fabricación de todo lo que implicara al mercurio, incluyendo la producción de amalgamas dentarias. La Unión Europea también ha prohibido la exportación de mercurio. Olvidaos, pues, de los termómetros y barómetros de mercurio (o conservadlos como reliquias). 

Hugh Aldersey-Williams abunda en cómo el mercurio va a convertirse en un elemento perseguido en su libro La tabla periódica:

Con el mercurio frenado en su origen, la atención se dirige ahora al que ya está en circulación. Un estudio inglés sobre cremaciones que se escapa al ambiente cuando los empastes de los dientes de los difuntos se vaporizan; el espectro de nuestra coexistencia con el metal, que antaño fue fácil, se nos aparece. Quizá pronto sólo queden aplicaciones muy especializadas.

Con todo, el 64% de los bebés nace con exceso de mercurio en sangre.

Si, a pesar de ello, os quedáis con ganas de ver mercurio en directo, siempre podréis visitar el Gran Telescopio Zenith, en las montañas de la Columbia Británica, muy cerca de Vancouver: obtiene sus imágenes del cielo empleando un espejo líquido de mercurio.

Se vierte mercurio sobre una fuente parecida a un wok de seis metros de diámetro. La fuente gira a un ritmo imponente, lo que obliga a la superficie del mercurio a formar un paraboloide más perfecto que el que podría obtenerse mediante vidrio sólido o aluminio. La idea ya tiene más de un siglo, pero sólo recientemente, mientras el metal provocaba el oprobio en todas partes, ha sido posible crear un mecanismo que funcione de manera lo suficientemente uniforme para permitir que ese estanque de mercurio produzca imágenes nítidas.

Casi, casi como Alicia a través del espejo.

Fuente:

Xakata Ciencia

Una tabla con mucha química

Si preguntas a alguien cómo imagina a un químico en su día a día hay cosas que no pueden faltar. La bata, un laboratorio caótico con gases y líquidos de colores, el pelo verde por el uso de sustancias química...y la tabla periódica. La tabla periódica es, sin lugar a dudas, el icono de los químicos.

Podríamos hablar de los orígenes de la Tabla Periódica o de cómo se fueron ordenando los elementos químicos a lo largo de la historia de la química, pero eso no es lo que pretende este post. Ya hablaremos más adelante de Mendeleiev y su importancia en la elaboración del sistema periódico actual o de los antecedentes históricos. Ahora buscamos otra cosa.

Vamos a intentar hacer ver a los no-químicos y a los futuros químicos  por qué la tabla periódica, nuestra tabla periódica, es una herramienta fundamental en nuestra ciencia.

La tabla periódica es una forma de ordenar los elementos químicos. Ordenamos  los elementos para que nos sea mucho más fácil su estudio. Pero los libros en una estantería podemos colocarlos en orden alfabético, por temática, por autor...Para ordenar se necesita un criterio.

¿Cuál es el criterio de los químicos para ordenar los elementos químicos? Tiene que ser algo característico de cada elemento químico. Ese parámetro característico es el número atómico (Z), es decir, el número de protones que  presentes en el núcleo del átomo del elemento.  Éste es característico de cada elemento. No hay dos elementos con el mismo número atómico. Por tanto es un buen criterio para ordenar los elementos químicos.

Los elementos químicos en la tabla periódica están ordenados en número creciente de número atómico, desde Z=1 (Hidrógeno,H) hasta Z=118 (Ununactio,Uuo).

¿Pero esto no parece nada sorprendente verdad? Pues no es así...

Si se colocan los elementos químicos según aumenta su número atómico, se oberva una variación periódica (es decir, que se repite) en sus propiedades. ¡Sorpresa! Ya hemos llegado al porqué de nuestra tabla con tanta química. Este es el motivo por el que hablamos de tabla periódica.

Cuando miramos la tabla periódica vemos una serie de filas y de columnas. A las filas las llamamos periodos y a las columnas, grupos. Hay un total de 18 grupos y 7 filas.

Todos los elementos del mismo grupo tienen idéntica configuración de la capa electrónica más externa del átomo (capa de valencia). Estos electrones (electrones de valencia) son los responsabes de las propiedades químicas y del tipo de enelace que van a paresentar los elementos. Es decir, las propiedades químicas de los elementos de un mismo grupo serán similares.

El grupo 1 es el grupo de los metales alcalinos (Li,Na,K,Rb,Cs y Fr). El grupo 2 es el grupo de los metales alcalinotérreos (Be,Mg,Ca,Sr,Ba y Ra). El grupo 13 corresponde a los elementos térreos (B,Al.Ga,In,Tl). El grupo 14 es el grupo de los elementos carbonoideos (C.Si,Ge,Sn y Pb). Los elementos del  grupo 15 son los nitrogenoideos (N,P,As,Sb y Bi). Los halógenos (F,Cl,Br y I)  los encontramos en el grupo 17. Los famosos gases nobles (He,Ne,Ar,Kr,Xe y Rn) son los elementos del grupo 18. Estos son los llamado elementos representativos de la tabla periódica. Se caracterizan porque  su capa de valencia implica  a orbitales s y p. Pero todavía faltan más elementos...

 Los grupos 3 a 12 corresponden a los metales de transición. En el caso de estos elementos los orbitales d aparecerán en la capa de valencia y jugarán un papel clave en la química de estos elementos. Los compuestos de coordinación que forman estos metales con otras moléculas (ligandos) no sería posible sin la existencia de los orbitales d.

Y nos quedan los elementos "marginados" de la table periódica. Los elementos con Z entre 57 (Lantano,La) y 71 (Lutecio, Lu) : y los que presentan Z comprendida entre 89 (Actínio, Ac) y 103 (Laurencio, Lr) son los llamados elementos de transición interna. Son los lantánidos (Z=57-71) y actínidos (Z=89-103).  Están "marginados" en el sentido en que se sacan fuera del resto de la tabla. ¿El motivo? El espacio. No queremos que la tabla sea excesivamente larga. Estos elementos presentan electrones en orbitales f en su capa de valencia. 
 

Ya sabemos cómo están ordenados los elementos en la table periódica. Pero aún desconocemos qué nos dice la table periódica al químico.

En primer lugar tenemos los datos evidentes. En muchas tablas aparecen datos como puntos de fusión y ebullición de los elementos, sus valencias (digamos mejor , estados de oxidación) más importantes, su masa atómica y otros mucho datos. Pero no es esa la información a la que me refiero.

La tabla periódica tiene una información "intrínseca". Una información que implica saber química para poderla usar. Algo así como  "un mensaje oculto" en la table periódica que sólo los químicos podemos ver.

Cuando un químico mira la tabla periódica "ve" el tamaño de los átomos. Sólo con mirarla sabe que el cesio es mucho mayor que el litio y que el lito a su vez es mucho mayor que el oxígeno o que el fluor. Tamaño atómico. Esa es la primera información "oculta" que el químico ve en la tabla periódica. 

Y para poder entender el tamaño atómico tenemos que recordar que los electrones tienen carga negativa. Esto hace que cuando mayor sea el número de protones de un núcleo atómico (mayor Z) mayor sea la atracción del núcleo por esos electrones...pero ojo, porque también habrá más electrones en el átomo, y como son cargas negativas, se repelen entre sí. Considerando los protones, se favorecería una contracción de la nube electrónica del átomo. Pero por las repulsiones entre electrones  , se sugiere lo contrario. ¿Qué hacemos? Para ello los químicos han definido la carga nuclear efectiva Z* como Z-A donde Z es el número atómico y A es el apantallamiento, es decir, el efecto que los electrones del conjunto ejercen sobre la atracción que el núcleo (con cargas positiva) puede ejercer sobre los electrones externos (con carga negativa). De alguna manera,  es como si los electrones internos "dispersasen" parte de esa atracción nuclear, de modo que la atracción que realmente sufren los electrones externos es menor de la que cabría esperar. 

El otro aspecto a tener en cuenta es el número cuántico principal (n), que da cuenta del tamaño del orbital. A mayor n, mayor tamaño. Cuando descendemos en un grupo en la tabla periódica, n aumenta, lo cual favorecería un aumento del tamaño atómico.  En cambio Z* también aumenta (porque aumenta Z más que A), lo cual favorecería un tamaño menor al descender en el grupo. En la práctica , prevalece el aumento de n. Es decir, el tamaño atómico al descender en un grupo de la tabla periódica aumenta. Los átomos son cada vez más grandes. Imagínate "bolitas" cada vez más grandes al bajar en un grupo. Eso es lo que un químico ve.

¿Y en un periodo? En un periodo n no va a variar, asi que el factor clave será Z*. Como Z* irá aumentando de izquierda a derecha en un periodo (porque aumenta Z frende al aumento de A), entonces la nube electrónica es cada vez más atraida por el núcleo  y el tamaño atómico va siendo cada vez menor. Las "bolitas" se van haciendo cada vez más pequeñas.

¡Fijate! El químico se hace una idea del tamaño de los átomos sólo con ver la tabla periódica. ¡De un vistazo! No necesita calcular nada. Sólo con mirar ya tiene una idea aproximada. ¿Qué gran logro, verdad?

Lea el artículo completo en:

 El cuaderno de Calpurnia

Química: ¿Por fin el elemento 113?

Artículo publicado por Richard Van Noorden el 27 de septiembre de 2012 en Nature News

Investigadores japoneses afirman haber tenido éxito tras nueve años de búsqueda.

Tras nueve años de laboriosa experimentación, unos investigadores de Japón informaron¹ de la creación, por tercera vez, de un átomo del elemento 113. Tal éxito, de acuerdo con los expertos en el campo, podría valer para que el elemento se añadiese oficialmente a la tabla periódica. Sería el primer elemento artificial descubierto en el extremo oriente, dando potencialmente al equipo japonés el derecho de ponerle nombre.

Tabla periódica © by Samu73

Pero dicho privilegio no está asegurado. Investigadores rusos y estadounidenses también han estado trabajando duro en el elemento 113, y dicen que han creado 56 átomos del mismo desde 2003.

Ninguna de estas pruebas se ha confirmado mediante un comité de expertos independiente designados para emitir un juicio sobre el tema. Eso demuestra lo difícil que es demostrar la creación de nuevos elementos superpesados, aunque también destaca la naturaleza burocrática del proceso establecido para aprobar tales hallazgos.

Trillones de átomos

Desde 2003, el equipo japonés, liderado por Kosuke Morita, ha estado bombardeando una diana de bismuto con un haz de átomos de zinc en el Nishina Center for Accelerator-based Science de RIKEN en Saitama, cerca de Tokio. Su objetivo era fusionar los núcleos atómicos de estos elementos para producir un átomo con 113 protones y 165 neutrones en su núcleo.

Esta fusión es extremadamente improbable. A lo largo de nueve años, el haz ha estado conectado durante un total de 553 días, un tiempo en el que se han disparado 130 trillones (1.3 × 10²⁰) de átomos de zinc contra la diana de bismuto. Es más, dice Morita, el equipo sabía que el éxito era improbable desde un inicio: calcularon que verían apenas 3–6 éxitos en cada 100 trillones de intentos.

El equipo aumento sus esperanzas pronto. En 2004 habían observado² lo que parecía ser un átomo del elemento 113. Pero las fusiones con éxito no pueden observarse directamente. Agrupar tal cantidad de protones y neutrones crea un tumulto inestable de fuerzas, y el átomo se separa en apenas unos milisegundos. Se desintegra ya sea dividiéndose en dos partes menores (fisión) o expulsando una serie de pequeñas partículas cargadas (‘desintegración alfa’) que se detectan cuando se incrustan en un semiconductor de silicio que hay alrededor. Los tiempos y energías de estos productos de desintegración apuntan a cuál es el material original, pero proporcionan una certeza solo si los productos finales de desintegración es uno de aquellos con propiedades ya conocidas.

En las primeras dos posibles observaciones del elemento en RIKEN, los investigadores registraron cuatro desintegraciones alfa seguidas de una reacción de fisión, la cual suponían que procedía de un isótopo de dubnio (elemento 105). Pero no estaba clara qué cadena de desintegraciones alfa empezaron con el elemento 113. Esta, al menos, fue la conclusión del informe técnico³ del año pasado del grupo que se pronunció sobre tal asunto, un grupo de expertos elegido de la International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) y la International Union of Pure and Applied Physics (IUPAP).

Escuelas rivales

Los expertos técnicos tampoco quedaron satisfechos con las observaciones de las que informó en 2004 un equipo de científicos del Lawrence Livermore National Laboratory en California y en el Joint Institute for Nuclear Research en Dubna, Rusia⁴. Este equipo usó una reacción diferente, impactando calcio en una diana de americio (elemento 95) para crear el elemento 115. Cuando este elemento se divide, desintegrándose en un producto final estable de dubnio, se pensaba que producía el elemento 113 durante el proceso.

Los experimentos de Dubna — que habrían creado isótopos distintos, más estables, del 113 — tenían la ventaja de que su reacción, en teoría, era de 300 a 500 veces más probable que la del experimento japonés, dice Yuri Oganessian, que trabaja en la instalación de Dubna. Por otra parte, cada uno de los isótopos en la cadena de desintegración era nuevo y nunca se había estudiado antes. El equipo habría estudiado las propiedades químicas del átomo final de la cadena para demostrar que era dubnio y, por tanto, que el elemento 113 había aparecido fugazmente durante el experimento, para satisface a la IUPAC y la IUPAP.

Como resultado, hay huecos en la tabla periódica donde deberían aparecer los elementos 115 y 113 — incluso aunque los elementos 112, 114 y 116 tienen la aprobación oficial.

Los últimos resultados de RIKEN parecer responder a todas las críticas, dado que su átomo de 113 se desintegraba emitiendo una cadena de seis partículas alfa, en unas reacciones anteriormente observadas y bien conocidas¹. “Diría que esto cumple todos los requisitos de la IUPAC, y estaría contento de acreditarlo”, dice Rolf-Dietmar Herzberg, físico nuclear de la Universidad de Liverpool, en el Reino unido, que estudia elementos superpesados.

Otros investigadores contactados por Nature fueron más ambiguos. En enero de este año, el equipo de Dubna informó del trabajo realizado entre noviembre de 2010 y marzo de 2011, incluyendo los análisis químicos del producto final del dubnio⁵.

Finalmente, el derecho a poner el nombre dependerá de la decisión del comité. Paul Karol, químico de la Universidad Carnegie Mellon en Pittsburgh, Pennsylvania, que estuvo en el comité técnico que rechazó los elementos 113 y 115 el año pasado, dice que el panel considerará ahora las afirmaciones de ambos grupos. Nadie debería entusiasmarse esperando una resolución rápida: el informe del año pasado necesitó tres años de experimentos para tomar una decisión. Pero Karol dice que en ese caso hubo un retraso fuera de lo común y que esta revisión será más rápida.

En un boletín informativo de 2004 publicado por RIKEN poco después de la primera afirmación del equipo de la observación del elemento, se sugirieron los nombres ‘rikenio’ y ‘japonio’ para el elemento 113 (temporalmente conocido como ununtrio). De acuerdo con la IUPAC, los elementos no pueden bautizarse con el nombre de un instituto, por lo que ‘japonio’ parece el favorito.

Mientras tanto, Morita dice que el experimento japonés cerró el 1 de octubre, y los investigadores pasarán a los siguientes elementos no detectados — los números 119 y 120. De nuevo, la búsqueda está en marcha: un equipo del GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research en Darmstadt, Alemania, ha pasado los últimos cinco meses buscando el elemento 119, con una “posibilidad de éxito del 80-90 por ciento” según calculan, de acuerdo con el director del proyecto Christoph Düllman.

Tomado de:

Ciencia Kanija