La tabla periódica se complica

Tras 15 años de investigación, se incluirán intervalos en los pesos atómicos de diez elementos clave

NUÑO DOMÍNGUEZ MADRID 03/01/2011 08:40

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Estudiarse (o copiar) la tabla periódica va a ser un poco más complicado a partir de este año. Por primera vez desde que el ruso Dmitri Mendeléyev crease este catálogo en 1869, diez elementos clave van a cambiar su peso atómico. Las nuevas cifras, que aparecerán a los pies de cada elemento, expresan la minúscula pero relevante diferencia de peso que hay, por ejemplo, entre el hidrógeno que contiene una gota de agua salida de un grifo en París y el que hay en la misma cantidad de líquido recogida en una playa de Almería. La diferencia depende del número de neutrones que haya en cada átomo y, por eso, el nuevo peso atómico deja de ser una cifra cerrada para convertirse en un intervalo.

"Me parece excelente crear este nuevo problema a los estudiantes", explica a Público Tyler Coplen, uno de los artífices de la reforma. Este miembro de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC, en inglés) es coautor del estudio que, tras 15 años de investigación, ha hecho oficiales los cambios de los diez elementos en cuestión.

La frecuenciade cada isótopo se expresará con un gráfico de tarta

El grupo incluye todos los elementos esenciales para la vida en la Tierra menos el fósforo: nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, carbono y azufre. Además, el peso atómico del litio, boro, silicio, cloro y talio también se expresará con un intervalo en vez de con una sola cifra. Los cambios se incluirán en una nueva tabla periódica que la IUPAC publicará a principios de este año, según Coplen.

"El valor único del peso atómico que aparecía en la casilla de cada elemento de la tabla periódica daba la impresión de que es un valor universal, y no es así", explica Javier García, miembro de la IUPAC y director del laboratorio de nanotecnología molecular de la Universidad de Alicante. Se debe a que algunos elementos tienen variantes llamadas isótopos y que tienen más o menos neutrones en su núcleo. Uno de los más conocidos es el carbono, recuerda García. El carbono 12 se llama así porque lleva seis neutrones y tantos otros protones. Pero el carbono 14 lleva ocho neutrones. "Los organismos que dejan de respirar dejan de incorporar carbono 14 y los átomos de este isótopo decaen con el tiempo a carbono 12", explica García. "En las muestras orgánicas, el peso atómico del carbono va disminuyendo con el tiempo", añade.

Relatividad

Otros ocho elementos podrían cambiar sus pesos atómicos

Por eso los isótopos del carbono permiten datar fósiles o saber si un deportista se ha dopado con testosterona, pues el peso atómico del isótopo de carbono que contiene esta hormona cuando la segrega el cuerpo es mayor que el que contiene la testosterona hecha en un laboratorio. Del mismo modo, los isótopos de cloro o hidrógeno pueden ayudar a localizar una fuente de contaminación en un río.

Los nuevos intervalos de la IUPAC añaden una relatividad a la química que siempre había existido en la naturaleza, pero no en la tabla periódica. Ahora, a la pregunta de cuánto pesan los átomos de hidrógeno que hay en un litro de agua, los estudiantes podrán responder "depende". El hidrógeno, por ejemplo, tiene un rango de entre 1,00784 y 1,00811. En España, dice Coplen, el peso atómico a elegir para hacer el cálculo con agua local sería de 1,00798.

Si de algo no se puede culpar a los más de mil químicos de todo el mundo que forman la IUPAC es de haber tomado una decisión precipitada. La organización comenzó a estudiar en 1985 la frecuencia de cada isótopo. "El otro día vi en CSI que usaban un espectrómetro de masas para saber de dónde venía una muestra de agua en función de los isótopos", confiesa Coplen. "Nosotros llevamos décadas haciendo lo mismo", explica. Una vez concluido el estudio, y tras un proceso burocrático de un año y medio, la IUPAC publicó su decisión final el 12 de diciembre.

Nuevas tartas

La IUPAC publica su nueva tabla periódica para celebrar el Año Internacional de la Química, designado para 2011 por la ONU. Aunque la decisión está aún pendiente de aprobarse, Coplen señala que, para expresar la frecuencia de cada isótopo en la naturaleza, las casillas de cada elemento tendrán un diagrama de tarta (ver gráfico). El alcance de los cambios dependerá de la voluntad de aceptarlos. "No hay una tabla periódica oficial, depende de cada editor", señala Coplen.

Los diez cambios pueden ser el principio de una larga lista. "Con las mejoras en las tecnologías, pueden llegar muchos más", advierte Coplen. Una comisión de la IUPAC ya trabaja en la próxima tanda de elementos que cambiarán sus pesos fijos por intervalos. Son helio, níquel, cobre, cinc, selenio, estroncio, argón y plomo.

18 Comentarios

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10 i duwie 03-01-2011 10:16

"la minúscula pero relevante diferencia de peso que hay (...) entre el hidrógeno que contiene una gota de agua salida de un grifo en París y el que hay en la misma cantidad de líquido recogida en una playa de Almería"

Pues mire, NO.

En el "noventa y nueve coma muchos nueves" por ciento de las veces son exactamente iguales. Y lo que lleva a pensar falsamente la expresión es que depende de si estamos en París, Almería o Nueva Zelanda, Y ESO ES FALSO. Es una cuestión puramente estadística. Las probabilidades de encontrar átomos isótopos son prácticamente iguales en cualquier parte del mundo, excluyendo los sitios donde estos se generan de forma artificial, claro está.
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4 i enlucha 03-01-2011 12:17

Estaba pensando lo mismo que duwie. En realidad no es un descubrimiento nuevo sino un cambio en la presentación de los datos y el agua sigue siendo la misma. Por ejemplo, la proporción de agua pesada (que contiene un isótopo pesado del hidrógeno, deuterio) es similar en todas partes que yo sepa y la producción de agua pesada es industrial, no se extrae de la naturaleza.
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0 i antoni jaume 03-01-2011 14:14

duwie 03-01-2011 10:16

"[...]
En el "noventa y nueve coma muchos nueves" por ciento de las veces son exactamente iguales. Y lo que lleva a pensar falsamente la expresión es que depende de si estamos en París, Almería o Nueva Zelanda, Y ESO ES FALSO."

Entre París y Nueva Zelanda probablemente la diferencia sea escasa, pero me parece que si hay diferencia entre París y Almería, pues probablemente el agua de Almería provenga del Mediterráneo, que sufre mayor evaporación que el Atlántico o el Pacífico, y por tanto se enriquece en deuterio.
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3 i JUANMA74 03-01-2011 15:37

antoni jaume: ¿podrias explicarnos por que el agua con isotopos de deuterio se evapora menos que el agua sin ese isotopo? ¿Porque "pesa" mas? No lo entiendo, explicalo.
Gracias.
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0 i Persefone 03-01-2011 16:17

Sea lo que sea, menos mal que el cambio me ha pillado fuera de las aulas, que ya me costó lo mío aprendermela en su día xD

Saludos a todos.
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4 i antoni jaume 03-01-2011 16:28

JUANMA74 03-01-2011 15:37

"antoni jaume: ¿podrias explicarnos por que el agua con isotopos de deuterio se evapora menos que el agua sin ese isotopo? ¿Porque "pesa" mas? No lo entiendo, explicalo."

Básicamente es así, en general el cambio es menor en porcentaje, pero como la masa del deuterio (D) es el doble de la del hidrógeno (H) es el caso más notable

Adjunto datos
_______________________________D2O_______H2O
Punto de fusión (°C)________________ 3,82_____ 0,0
Punto de ebullición (°C)____________101,4____ 100,0
Densidad (a 20°C, g/mL)_____________1,1056___ 0,9982
Temp. de máxima densidad (°C)______11,6______ 4,0
Viscosidad (a 20°C, centipoise)_______ 1,25 _____ 1,005
Tensión superficial (a 25°C, dyn·cm):_ 71,93 ____ 71,97
Entalpía de fusión (cal/mol)_______ 1.515,00_ 1.436,00
Entalpía de vaporización (cal/mol)_ 10.864,00_10.515,00
pH (a 25°C)_______________________7,41_____ 7,00

Los datos de más interés son la temperatura de ebullición y la energía, o entalpía, de evaporación. Pues permite separarla del agua ordinaria por destilación fraccionada.
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2 i Doraemon 03-01-2011 16:35

#4 Efectivamente; pesa más, luego a mayor profundidad su proporción es mayor, mientras que el agua se evapora desde la superficie, donde hay menos proporción. A la larga en las zonas de mayor evaporación la proporción de deuterio debería ser algo mayor, por tanto. No sé si tanto como para ser significativo, pero bueno, hay estudios como éste: http://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=2703983
#2 la produccion es industrial, pero extrayéndola del agua 'convencional' que hay en la naturaleza. El deuterio se extrae por métodos industriales, no 'se fabrica'.
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0 i JUANMA74 03-01-2011 16:46

para doraemon: como el agua con atomos de deuterio pesa mas que el agua con el hidrogeno, el deuterio y el tritio seran mas abundantes en los fondos oceanicos que en la superficie, pero en la costa de Almeria, en la superficie, sera lo contrario el mas abundante sera la molecula que pesa menos. La explicacion de antoni jaume me convence mas, el agua de deuterio al tener distinta composicion quimica que el agua de hidrogeno necesita mas energia para evaporarse por lo que su frecuencia en superficie aumentara.
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-1 i Doraemon 03-01-2011 18:02

juanma: sí, por el peso en la costa de Almería efectivamente será menos abundante el deuterio que en el fondo del mediterráneo, pero más abundante en la superficie del mar en Almería que en la del océano atlántico, porque al evaporarse más agua en total y rellenarse de aguas profundas del atlántico,la concentración de deuterio va aumentando. Una analogía: imagínate que vas echando una mezcla de serrín y limaduras de hierro en un cubo, que se va agitando de manera que el hierro por la gravedad se concentra un poco más en la parte inferior, y que vas sacando cazos de la parte alta. ¿No irá aumentando la proporción total de hierro?
No veo contradictorias ambas causas.
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0 i VDB 03-01-2011 18:57

para el próximo examen me la apuntaré en la mano... incluyendo los lactanidos y actinidos..
(Homer Simpson)
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2 i el tio la vara 03-01-2011 19:23

Doraemon: creo que la entrada de agua al mediterráneo es por superficie, mientras que la que va de este a oeste lo hace por debajo. Si bien no he encontrado referencias concretas acerca del trasiego de deuterio a través del estrecho, esto que te cuento lo he podido comprobar en las que hacen referencia a la salinidad.
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0 i antoni jaume 03-01-2011 19:45

el tio la vara 03-01-2011 19:23

"Doraemon: creo que la entrada de agua al mediterráneo es por superficie, mientras que la que va de este a oeste lo hace por debajo."

También es lo que me parece, aunque sólo sea porque el agua atlántica es menos densa al ser menos salina.

" Si bien no he encontrado referencias concretas acerca del trasiego de deuterio a través del estrecho, esto que te cuento lo he podido comprobar en las que hacen referencia a la salinidad."

Tengo entendido que sin el aporte del Atlántico el nivel del Mediterráneo bajaría de un metro al año.
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1 i Doraemon 04-01-2011 09:32

#11, #12 pues sí, ahora que lo decís, sí, es al revés... Al ser más densa la mediterránea por la salinidad va de mediterráneo a atlántico la profunda, y atlántico a mediterráneo la superficial.
Gracias por la corrección.
#14 Vota Vota

0 i Doraemon 04-01-2011 09:38

Hmmm... de todas maneras aun me sigue faltando algo... si sólo fuera por la diferencia de entalpía de evaporación del agua pesada, al evaporarse más agua podría quedar más proporción de agua pesada en el mar mediterráneo, pero entonces ¿por qué también es mayor la cantidad de deuterio en el agua de precipitación y en capas freáticas en la cuenca mediterránea? ¿alguna idea?
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1 i el tio la vara 04-01-2011 12:16

Nidea concreta. Sólo poner en consideración cuánto de esta cuenca tiene estos valores diferentes (o cuánto tienen de diferencia). La gran parte de las precipitaciones en la parte occidental provienen de aguas atlánticas, mientras que cerca de Turquía es muy posible que esta influencia sea más débil, y que las bajas presiones que atraviesen el Mediterráneo adquieran (añadan) material de esta zona interior. Sería cuestión de buscar en los datos un sesgo que indique la existencia de este "gradiente". Igualmente, dado que el sentido oeste-este se realiza a lo largo de la costa de Africa, esta concentración podría ser más alta en Trípoli que en Roma, hablando simplemente del efecto costero, de la "brisa marina diaria", y no tanto del régimen de precipitaciones anual. Esto haría que también se encontrara en mayor concentración cerca de la costa que la observada incluyendo a toda la cuenca.
Evidentemente, cuanta menor interacción sufra este deuterio más fiable será el dato: una gota caida en los Alpes llegará, via Ródano, a las cercanías de Marsella mucho tiempo después, y muchas de las moléculas de D2O que contuviera habrán sido sustituidas químicamente por otras que se encontrara en su "recorrido", tanto de H2O como de D2O, de manera que su "estadio inicial", en cuanto a concentración, pudiera perfectamente no ser el mismo que el final. Por la contra, el rocío playero recogido del capó de tu coche una mañana de invierno apenas habrá sufrido alteraciones.
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0 i Diablillo 05-01-2011 10:11

Pues me pilla muy mayor para aprendermelo.
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0 i Sollet 05-01-2011 16:08

"Tras 15 años de investigación, se incluirán intervalos en los pesos atómicos de diez elementos clave"

Es MASA ATÓMICA, ¡¡¡MASA ATÓMICA!!! Incluso los ingleses dicen "molecular mass", que se traduce como MASA, no peso.

NO ha disminuido la masa de los átomos, ya que el C-12 siempre va a tener 12 u de masa y el C-13 siempre va a tener 13 u. Lo que ha disminuído es la masa ponderada, que se calcula realizando una media ponderada de la masa atómica de cada isótopo respecto a su proporción en la naturaleza.

Un ejemplo totalmente inventado (y falso): Supongamos que en la naturaleza hay un 80% de C-12 y un 20% de C-13. Entonces se determinaría que la masa atómica del C es (12*80+13*20)/2. No es que haya aumentado o disminuido su peso, sino su proporción.
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0 i Sollet 05-01-2011 16:20

*Entonces se determinaría que la masa atómica del C es (12*80+13*20)/100*