Qué ocurrió el día del mayor descubrimiento de la química

Tierra, Agua, Aire, Fuego.

Dos milenios y medio atrás, Aristóteles había resuelto así el problema de catalogar todas las sustancias conocidas: no eran sino combinaciones, en distintas proporciones, de estos cuatro elementos fundamentales. Así de sencillo, ¿no?

Esta teoría sobrevivió felizmente hasta el siglo XV, cuando Paracelso se opuso a ella con la teoría de la tria prima. Según el padre de los alquimistas, los elementos fundamentales de los que derivan todos los demás son sólo tres. Nunca los adivinarás: son la Sal, el Azufre y el Mercurio. Bueno…

Hay que esperar hasta 1661, cuando Robert Boyle -en su libro ‘El químico escéptico ‘- demuestra la inconsistencia experimental de las teorías anteriores y plantea la hipótesis de que las sustancias están formadas por partículas que difieren en tamaño, forma, disposición y movimiento.

Pasaron otros dos siglos de tumultuosos desafíos entre científicos, que se atacaban con teorías y se defendían con experimentos. En 1864 nos encontramos con Lothar Meyer, que consigue clasificar 44 de los 57 elementos entonces conocidos por orden de valencia. Sólo pasa un año y en 1865 John Newlands propone catalogarlos por orden de peso atómico creciente, observando una curiosa periodicidad: parece que las propiedades químico-físicas de los elementos conocidos se repiten más o menos en grupos de ocho, como las octavas musicales. Misterio…

Desgraciadamente, sin embargo, las propuestas de Meyer y Newlands no permiten ni la correcta catalogación basada en las propiedades de los átomos conocidos ni la predicción de nuevos elementos aún por descubrir.

Un invierno helado en San Petersburgo

Y ahora demos otro paso adelante de sólo cinco años y lleguemos a una gélida mañana del miércoles 17 de febrero de 1869. Una fecha destinada a permanecer en la Historia de la Química… aunque apuesto a que a la mayoría de nosotros no nos dice nada. Ésta es la escena: estamos en un piso sobrio y algo desordenado cerca de la Universidad de San Petersburgo. Libros y apuntes esparcidos por todas partes, incluso sobre la cama y junto a la palangana de barro que hace las veces de modesto antepasado del lavabo moderno, nos hacen darnos cuenta enseguida de que estamos en la guarida de un intelectual de la época.

Esa mañana, el profesor Dmitri Ivanovich Mendeléyev no tiene que dar conferencias, sino que planea visitar lecherías para estudiar cómo mejorar los procesos de fermentación que convierten la leche en queso. Pero con la ventisca que azota las ventanas… digamos que no se muere de ganas de pasear por la campiña helada.

Para encontrar un buen motivo para mantenerse caliente, saca a relucir un viejo proyecto suyo: buscar una ordenación de los elementos conocidos según su peso atómico y su valencia. Ya en el desayuno, garabatea algunas combinaciones de elementos en el reverso de una carta que acaba de recibir. Lo sabemos a ciencia cierta porque este papel -como todos los demás utilizados ese día- se conserva en su estudio de la Universidad de San Petersburgo y aún muestra una mancha circular dejada por el vaso de té.

El solitario que no vuelve

Insiste con numerosos intentos y – habiendo encontrado una excusa perfecta para dejar de visitar lecherías – añade leña a la estufa, decidiendo concentrarse en su trabajo sistemático.

Escribe en un montón de papeles intentando extraer una lógica común multiplicando o dividiendo los pesos atómicos por las valencias, intentando encontrar múltiplos comunes que expliquen las diferencias de pesos atómicos y, en definitiva, probando un montón de combinaciones.

Como era aficionado a los solitarios de cartas, se le ocurrió la idea de escribir el nombre, el peso atómico y la valencia de un elemento en una hoja de papel, escribir las propiedades de otro en otra hoja y así sucesivamente hasta conseguir 63 fichas, cada una con uno de los 63 elementos entonces conocidos.

A continuación, intente distribuirlas en la mesa de forma lógica, tal y como se hace con los solitarios de cartas más comunes.

Se alternan todas las combinaciones y pasan las horas; sin resultados… Al atardecer, el profesor está agotado: decide echarse una siesta.

Después de pasarse todo el día intentando comprender la lógica que hay detrás de las propiedades de los elementos, en cuanto se duerme, ¿con qué sueña? Con sus azulejos, por supuesto. Le cuenta a su amigo Aleksandr Aleksandrovich Inostrantsev ese sueño -aunque es mejor llamarlo pesadilla- en el que las baldosas se arremolinan en su cabeza.

Entonces, de repente, se despertó y corrió hacia la mesa donde había dejado esparcidas las fichas de los elementos. Unas cuantas vueltas febriles más de las fichas y esta vez el «solitario» triunfa al primer golpe: en la tarde del 17 de febrero de 1869, nace la Tabla Periódica.

A lo largo de las filas están los «grupos», que contienen elementos con propiedades químicas similares; a lo largo de las columnas están los «periodos», que alinean los elementos ordenados por peso atómico creciente.

La magia de la tabla periódica

El sistema que acaba de construir Mendeléyev no es perfecto, pero sí revolucionario para su época. El científico ruso tiene la intuición de insertar espacios en blanco en la tabla donde se colocarán en el futuro los elementos que aún no habían sido descubiertos. Consigue así dotar a su tabla de un verdadero poder de predicción de futuros descubrimientos.

Y, sorprendentemente, no sólo predice que esos elementos existen, sino que también consigue describir sus características, incluido el peso atómico y ciertas propiedades químicas.

Por ejemplo, Mendeleev adivinó la existencia de un«eka-Borón«, elemento que más tarde se descubriría como Escandio, y de un«eka-Aluminio«, que más tarde se identificaría como Galio.

Pero, ¿qué significa«eka«? Sencillamente, significa«uno» en sánscrito. Algo así como añadir «...bis revisión» al final del nombre del archivo de otra versión de un documento que lucha por alcanzar la perfección. Pero volvamos a nosotros. Cuando se descubran realmente estos elementos, su comportamiento se corresponderá sorprendentemente con lo que predijo Mendeléyev.

En 1869 sólo se conocían 63. Hoy llegamos a 118. Hay quien dice que ya las hemos descubierto todas y hay quien afirma que quedan muchas más por sintetizar, pero esa es otra historia.

Centrándose en los huecos de su tabla, Mendeléyev es capaz de predecir el peso atómico aproximado y las propiedades de estos elementos desconocidos. Y cuando más tarde se descubren o se producen artificialmente y se miden sus propiedades, resulta que tenía razón, o al menos estaba muy cerca.

Por ejemplo, el espacio vacío tras el Aluminio 13 -que Mendeléyev bautizó como eka-Aluminio de posible peso atómico 68- lo ocupa el Galio 31 (peso atómico 69,7) descubierto por Paul Emile Lecoq en 1875.

Incluso cuando se descubrieron los gases nobles, bastó con añadir un grupo en la parte inferior de la tabla para que todo volviera a encajar correctamente.

Pero la Tabla Periódica no termina ahí

Pero, desde luego, no todo acabó en aquella noche helada: en 1871, Mendeléiev introduciría predicciones para tres elementos más: el «eka-Silicio«, que se convertiría en Germanio, el«eka-Manganeso«, que sería Tecnecio, y el «eka-Niobio«, que correspondería al tan esperado elemento de transición llamado Tántalo. Estas predicciones no sólo demuestran la validez del sistema de Mendeléyev, sino que también confirman que la ciencia química va por buen camino.

Sin embargo, no todos los elementos encajan perfectamente en su tabla. Algunos, como los metales de tierras raras, no se ajustan a la ley de periodicidad. Mendeléyev planteó la hipótesis de que estos elementos tenían valores de peso atómico «erróneos» y, en consecuencia, los reordenó en su sistema. Su intuición resultó ser correcta, ya que muchos de estos elementos se identificaron y definieron posteriormente con sus pesos atómicos correctos. Además, su capacidad para corregir los datos existentes y adaptar la tabla a los nuevos descubrimientos quedará para siempre como una marca de su enfoque científico flexible y pragmático.

Aquel gélido día que no incitaba a recorrer las granjas lecheras, Dmitri Ivanovich Mendeléyev inventó, encerrado en su habitación, una herramienta teórica de gran eficacia que no sólo dio un vuelco a los conocimientos del momento y catalogó los elementos conocidos hasta entonces, sino que, sobre todo, permitió hacer predicciones. Por eso el historiador de la ciencia John D. Bernal le llamaría «el Copérnico de la química».