En este artículo presento una iniciativa para reformar la tabla periódica: la espiral periódica de los elementos.

Esta propuesta fue publicada en el artículo The periodic spiral of elements, en la revista Foundations of Chemistry, donde se plantea una reorganización de los elementos químicos en forma de espiral cuadrada. Vamos a ver por qué surge esta idea y en qué consiste exactamente.

La tabla periódica

Empezaremos recordando que la tabla periódica es una herramienta fundamental en química: agrupa los elementos químicos con propiedades similares, ordenándolos según su número atómico (el número de protones del núcleo).

El concepto actual de la tabla periódica viene de mediados-finales del siglo XIX y, pese a la creencia popular, no es solo a Mendeleiev al que le debemos la tabla (podéis leer más aquí). Desde finales del siglo XVI se buscaba una manera de clasificar los elementos químicos que se iban descubriendo. En 1862 autores como Chancourtois o Meyer avanzaron en esa dirección, hasta que en 1869 Mendeleiev publicó una tabla de elementos clasificados en grupos con propiedades semejantes e incluso se atrevía a predecir la existencia de elementos aún por descubrir.

Con el tiempo, la tabla fue evolucionando. En Europa ganó popularidad el diseño de Andreas von Antropoff en 1926. Sin embargo, sus vínculos con el nazismo (fue el primero en izar la bandera nazi en la Universidad de Bonn), hicieron que su propuesta cayera en desgracia tras la Segunda Guerra Mundial. Aun así, algunos países la mantuvieron por algún tiempo, como España, que en los años 50 aún usaba tablas derivadas de la de Antropoff (ver ejemplo).

Finalmente, se adoptó a nivel internacional la tabla periódica actual, derivada del diseño de Werner (1905) y perfeccionada por Janet en 1928, que tuvo en cuenta la configuración electrónica de los elementos.

Desde entonces, la tabla se ha ido “puliendo”, añadiendo algunos elementos y haciéndola más visual.

¿Para qué vale la tabla periódica?

Pese a que muchos estudiantes piensen que la tabla periódica es solo una especie de lista de los elementos que hay que memorizar, en realidad, la tabla aporta mucha información sobre los elementos químicos. La posición de cada elemento nos indica su estructura, es decir, la organización de los electrones y eso va a determinar sus propiedades químicas. Recordemos brevemente que los electrones están fuera del núcleo, colocados en niveles de energía o capas, con subcapas en cada nivel (s, p, d y f). En la capa más cercana al núcleo, 1n, caben dos electrones; en la segunda, 2n, ocho, y en la tercera, 3n, hasta dieciocho. En la tabla, cada fila corresponde al llenado de una capa de electrones. Así, el hidrógeno y el helio tienen sus electrones en la capa 1n. Los elementos de la segunda fila (de Li a Ne) comienzan a llenar la capa 2n y los elementos de la tercera fila (de Na a Ar) continúan con la capa 3n.

La columna de un elemento también da información, en este caso sobre el número de electrones en la capa más externa (electrones de valencia), determinantes de la reactividad química. Todos los elementos de un mismo grupo tienen el mismo número de electrones de valencia. Por ejemplo, el grupo 2 (de Be a Ra) tienen dos electrones de valencia. En el grupo 18 (de He a Og) tienen la capa externa completa, ocho electrones de valencia (salvo el helio, que tiene 2), y por ello son muy estables, no reaccionan. Por este motivo se les denomina gases nobles. Por el contrario, los elementos del grupo 1, con un electrón de valencia, tienden a perder ese electrón y son inestables.

Pero recordemos que las capas de electrones se dividen en subcapas (s, p, d y f), cada una con una forma distinta. La subcapa s tiene un orbital (zona del espacio en la que podemos encontrar a los electrones) esférico, la p tiene tres orbitales con lóbulos simétricos en tres direcciones, la d tiene cinco y la f tiene siete.

Pues bien, la tabla periódica puede dividirse en cuatro bloques según el orbital que se esté llenando.

“Problemas” de la tabla periódica

Sin embargo, la tabla periódica tal cual la conocemos no es perfecta. Hay una serie de inconsistencias y problemas debidos a la forma en que se organiza.

Lo primero que llama la atención es el grupo de los lantánidos y actínidos, los elementos del bloque f, que están “fuera” de la tabla, como si no cupieran en ella.

Por otra parte, tenemos el ya muy discutido problema de la colocación del hidrógeno. Actualmente se sitúa en el grupo de los metales alcalinos (1), pero tiene características especiales que permitirían colocarlo también en el grupo de los halógenos (17). De hecho, el hidrogeno reacciona tanto con halógenos como con metales alcalinos, adquiriendo las valencias +1 y -1, respectivamente. Además, es un gas en condiciones ordinarias pero puede convertirse en metal bajo altas presiones.

Tampoco refleja el comportamiento químico similar entre los metales del bloque s y los metales de los grupos 11 y 12. Algunas propuestas de reforma de la tabla periódica incluyeron líneas de puntos para indicar conexiones, pero esta esta solución es muy poco visual e introduce “ruido” en la tabla.

Con el helio también hay algún “problemilla”: Su configuración electrónica 1s² es similar a la de los metales alcalinotérreos, pero el hecho de tener su capa externa completa lo asemeja a los gases nobles.

Por último, hay un corte artificial entre los gases nobles (en el extremo derecho) y los metales alcalinos (en el extremo izquierdo) cuando se pasa de un periodo al siguiente. Esta discontinuidad al cambiar de periodo le resta fluidez.

Mi propuesta: la espiral periódica

Para solucionar estos problemas de la tabla periódica, he propuesto una nueva manera de organizar los elementos químicos, una espiral cuadrada. Tiene la apariencia de una tabla periódica tradicional pero “plegada” sobre sí misma. El hidrógeno ocupa una posición central y se encuentra simultáneamente encima del litio (metal alcalino) y del flúor (halógeno), conectando así con el helio, el siguiente elemento. Esta posición refleja mejor su doble naturaleza química. A partir de él, la espiral se mueve hacia fuera en sentido contrario a las agujas del reloj. De esta forma, la mayoría de los elementos, que se encuentran en la base de esta espiral, se leen de izquierda a derecha, como en la tabla periódica actual.

Otra de las grandes ventajas es que no tiene cortes, como pasa en la tabla “clásica”. Al acabar un periodo se pasa al siguiente simplemente siguiendo la espiral, lo que da una sensación de continuidad natural.

Los orbitales se identifican fácilmente, como podemos ver en la imagen. Los metales de los grupos 11 y 12, aunque en el bloque d, son simétricos a los elementos de la esquina opuesta, bloque s y, además, el color del símbolo es el mismo naranja que el que representa al bloque s. De esta manera se representa con más claridad el comportamiento químico similar que tienen por la pérdida de los electrones de la subcapa s.

Además, esta espiral incluye un pequeño lazo en previsión de los elementos con un hipotético orbital g, llamados superactínidos, aún no descubiertos.

No es el primer diseño en espiral que se ha propuesto en la historia, pero los anteriores no lograron solucionar todos los problemas existentes.

Esta espiral cuadrada cuenta con la ventaja añadida de que encaja mejor en una hoja de papel que las espirales circulares y es más fácil de dibujar. Como indico en mi artículo original, primero hay que dibujar 16 líneas que se crucen en un punto y posteriormente, sobre la estrella de 32 puntas resultante, dibujar una espiral cuadrada en sentido antihorario. Su patrón regular, sin líneas discontinuas, facilita su aprendizaje por estudiantes.

Es cierto que los cambios tardan en ser aceptados por la comunidad científica, especialmente cuando afectan a algo que lleva muchos años establecido como la tabla periódica actual. Pero no debemos olvidar que la tabla que conocemos hoy no es la que diseñó Mendeleiev, sino que a lo largo de la historia se adoptaron diferentes modelos. Éste podría ser el siguiente.

Artículo original

The periodic spiral of elements. Mario Rodríguez Peña, José Ángel García Guerra. Foundations of Chemistry (2024) 26:315–321

https://doi.org/10.1007/s10698-024-09510-4