El hidrógeno, nitrógeno, flúor, entre otros –gases desde temperaturas muy bajas– fueron identificados en los compuestos que forman con otros elementos. En la medida en que se fueron descubriendo y clasificando los elementos, surgió un patrón en cuanto a sus pesos específicos, características físicas y reacciones químicas a las que son propensos. Con una intuición genial, el químico ruso Dimitri Mendeleyev, en 1868 diseñó una tabla, que llamó “periódica”, agrupando los elementos conocidos de acuerdo a sus características comunes.
La tabla de Mendeleyev, que en su primera versión tenía muchos vacíos, mantiene su validez hasta hoy. Sin conocer la estructura atómica que determina el comportamiento de los elementos –observando sus características químicas y físicas (tendencia a combinarse, peso, etc.)– Mendeleyev los ordenó de una manera que resultó corresponder directamente a sus pesos atómicos, órbitas de electrones y número de protones y neutrones en el núcleo.
En otras palabras, las características químicas y físicas de los elementos están directamente ligadas a su estructura atómica. La tabla de Mendeleyev permitió adelantar la existencia de elementos que no habían sido descubiertos, pero que ya tenían su lugar reservado y sus características definidas con bastante aproximación. El descubrimiento de la estructura del átomo permitió entender las razones por las que los elementos se agrupaban en determinados lugares de la tabla, ya que sus características comunes reflejan estructuras atómicas parecidas.
La preferencia de algunos elementos por combinarse con otros, la facilidad con que lo hacen, y la estabilidad del compuesto resultante, requería una explicación. Los elementos constan de átomos, y los átomos constan de un núcleo, alrededor del cual giran electrones. Es la cantidad de electrones y la masa del núcleo atómico las que determinan la manera en que se combinan los átomos, ya sea de un mismo elemento o de elementos diferentes.
EL ESTADO
La manera en que los átomos de uno o varios elementos comparten sus electrones, determina el tipo de unión y con ellos su estructura. Esta estructura puede adoptar diversas formas, ya sea en elementos puros o en compuestos de dos o más. En algunos casos la estructura se alinea formando cristales, que pueden adoptar diversas formas geométricas. En otros casos la cohesión es menor, pero suficiente para mantener los átomos unidos. Un buen ejemplo es un líquido que mantiene la forma del envase, pero no tiene suficiente cohesión para resistir la gravedad, por lo cual se derrama, o forma una superficie horizontal en la parte superior del contenedor.
Hemos visto que la temperatura es la que determina el estado, en función de la fuerza de las uniones entre átomos y moléculas. El sólido tiene una forma fija, con sus átomos o moléculas ordenados de manera regular. La temperatura puede hacerlos vibrar (calentar) pero se requiere de temperaturas altas para licuarlos. Las moléculas de un líquido están unidas con menor fuerza y pueden moverse a distancias cortas. El líquido fluye hasta tomar la forma del recipiente que lo contiene.
El gas consta de partículas, ya sea átomos o moléculas –o como en el caso del aire– una mezcla de diversas moléculas. Las partículas están sueltas y se mueven libremente, por lo que un gas no tiene volumen ni forma determinados y se expande hasta llenar su recipiente. Nuestra atmósfera se mantiene adherida a la Tierra atraída por la gravedad. Por su estructura, densidad y la naturaleza de los átomos de que constan, los elementos y compuestos tienen pesos específicos diferentes. Los más pesados, como los metales –con átomos masivos densamente unidos– tienen pesos específicos más altos. Al otro extremo están los livianos gases.
Usamos como medida de peso el gramo, porque es el peso de un centímetro cúbico de agua, y el kilo (1,000 gramos), el peso de un litro (1,000 cc) de agua. Por comparación, un litro de oro pesa 19.3 kilos, un litro de acero pesa 7.9 kilos y un litro de aire (a presión atmosférica y 17 grados de temperatura) pesa 1.025 gramos, es decir una milésima del volumen equivalente de agua y 19,000 veces menos que el oro. La relación de peso a volumen la llamamos densidad, por lo que decimos que el oro tiene una densidad de 19.3, el agua 1, la gasolina 0.8 y la madera (roble) 0.65. Próximamente veremos otras características de la materia, y cómo de ellas se pudieron deducir leyes universales de la física.
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