Un químico halla prueba poderosa de la creación
Por el corresponsal de “¡Despertad!” en Finlandia
Dimitri Ivanovich Mendeleiev
HACE poco más de 100 años, el químico ruso Dimitri Mendeleieva se puso a reflexionar sobre la correlación que existe entre los elementos. De sus investigaciones llegó a la conclusión de que aún no se habían descubierto ciertos elementos. ¿Tenía razón? Si así es, ¿indicaría esto que toda la materia llegó a existir como el simple producto de la ciega casualidad? ¿O probaría que la Tierra y el universo entero fueron diseñados por un Creador inteligente?
Para los años sesenta del siglo pasado, ya se habían identificado 63 de los 103 elementos que el hombre actualmente conoce. Mendeleiev estaba estudiando las propiedades de estos elementos para hallar algún orden o patrón. Del peso atómico, o masa atómica, relativo asignado a cada uno de ellos, ya conocía la relación que existe entre ellos por peso. Además, había notado similitudes entre ciertas parejas de elementos o entre las familias de éstos. Estamos familiarizados con muchas de las semejanzas en la vida cotidiana. Por ejemplo, por razones dietéticas algunas personas sustituyen cloruro de potasio por cloruro de sodio como sal común. El cobre a menudo reemplaza el oro o la plata en las monedas o en las alhajas. Tanto se parecen el magnesio y el calcio que encajan de modo intercambiable en la estructura mineral de la piedra caliza dolomítica. Mendeleiev se preguntaba por qué algunos elementos son tan semejantes y otros tan diferentes.
Mendeleiev dispuso los detalles de cada elemento sobre una tarjeta y por medio de clavijas comenzó a sujetar las tarjetas a la pared. Vez tras vez las ordenó, esforzándose por ponerlas en orden por peso, a la vez que tomaba en cuenta las diversas propiedades y características de cada elemento. Pronto empezó a emerger un patrón. Halló que si ordenaba los primeros siete elementos (con la excepción del hidrógeno, que en realidad pertenece a una clase de por sí) en una columna y entonces alistaba al lado de ellos los siguientes siete elementos, había una sobresaliente similitud entre cada pareja de elementos. El sodio caía al lado del litio, dos elementos conocidos como metales alcalinos debido a que al reaccionar con el agua forman fuertes álcalis. El cloro se correspondía con el flúor, dos gases llamados halógenos debido a su notable tendencia a formar sales. Estos fueron los dos primeros “períodos” en lo que llegó a ser su tabla periódica.
Al continuar con la tercera columna, Mendeleiev halló que el potasio caía al lado del sodio, el calcio al lado del magnesio. Hasta ahí iba muy bien. Pero de ese punto en adelante, las cosas se hicieron más complicadas. Después de tratar diversos arreglos de sus tarjetas, halló que podía colocar todos los siguientes elementos hasta el yodo en dos períodos largos, cada uno de 17 elementos. Dividiendo los períodos breves, como se muestra en la tabla, halló dos líneas en la parte superior de cada período y tres líneas en la parte inferior que corresponden exactamente con bien conocidas familias de elementos químicos. En el medio de los períodos largos, halló los elementos metalíferos, entre éstos los metales que nos son más familiares.
Sin embargo, a fin de lograr este hermoso arreglo, Mendeleiev tuvo que dejar varios cuadros vacíos, tres en el primer período largo y uno en el segundo. Estos lugares en blanco no lo desanimaron de publicar su tabla. Era tan firme su confianza en el hecho de que los elementos habían sido creados en un patrón ordenado que denodadamente anunció que se descubrirían elementos aún desconocidos y que éstos ocuparían los cuadros vacíos de la tabla. Con audacia presuntuosa fue hasta el grado de describir las propiedades de estos elementos que faltaban. Predijo los pesos atómicos, densidades y los tipos de combinaciones químicas que formarían. Les dio nombres provisionales, “eka-boro,” “eka-aluminio” y “eka-silicio,” según las características familiares que esperaba.
No se equivocó al poner su confianza en el orden de la “naturaleza.” Mucho antes de lo que cualquiera hubiera esperado, empezaron a encontrarse los elementos que faltaban en su tabla. Se descubrió el galio (eka-aluminio) en Francia en 1876, el escandio (eka-boro) en Suecia en 1879, y, en 1886 se descubrió el germanio (eka-silicio) en Alemania. Sorprendentemente —para todo el mundo excepto para Mendeleiev— las propiedades físicas y las masas atómicas de cada elemento fueron casi precisamente las que él había predicho. Entre paréntesis, actualmente el germanio ha hallado un lugar indispensable en la producción de transistores.
Después de estos descubrimientos los científicos que al principio habían prestado poca atención a la tabla de Mendeleiev lo aclamaron internacionalmente como un genio científico. Su tabla periódica llegó a ser una ayuda indispensable en la investigación y enseñanza de la química, y hasta este día se le encuentra por todas partes en las paredes de las salas de clase y laboratorios químicos. Nadie dudaba de que los otros elementos que se necesitaban para llenar los blancos serían descubiertos finalmente.
Espacio para una familia inesperada
Descubrimientos posteriores estaban destinados a aumentar la tabla de Mendeleiev. En 1894 John Rayleigh y William Ramsay separaron del nitrógeno atmosférico un gas raro que llamaron argón debido a que no se combinaba con ningún otro elemento. Un año más tarde, Ramsay halló un gas inerte aún más raro en un mineral de uranio; lo identificó como helio, el cual ya se había visto en el espectro solar durante un eclipse en 1868, pero no se sabía que existiera en la Tierra. ¿Dónde podían encajar estos elementos inesperados en la tabla periódica?
Mendeleiev continuó investigando las especulaciones de Ramsay de que tal vez la tabla periódica no estaba completa. Propuso la introducción de los dos elementos como miembros de una familia nueva, de gases inertes, en un grupo que vendría antes del de los metales alcalinos. Pero esto significaba que habría que descubrir otros tres gases inertes a fin de completar la nueva línea de la tabla. Efectivamente, dentro de solo tres años se descubrieron en el laboratorio de Ramsay tres pequeños constituyentes adicionales de la atmósfera... neón, criptón y xenón. Sus pesos atómicos los pusieron exactamente en los lugares debidos de la tabla periódica.
¿Prueba convincente de la creación?
¿De veras suministra esto prueba convincente de la creación? Bueno, si los elementos sencillamente se hubieran agrupado por casualidad, ¿por qué no se hubieran agrupado sus pesos atómicos en torno a algún valor promedio, con quizás algunos ligeros y unos cuantos pesados? ¿Y por qué no hubieran variado a la ventura de elemento en elemento propiedades como la densidad, el punto de fusión o la reactividad química? ¿Por qué esperar correlación alguna entre lo uno y lo otro? No habría razón alguna para esperar que los elementos se agruparan en familias con semejanzas bien definidas.
Pero la tabla de Mendeleiev demostró que la entera estructura de la materia no carece de orden y concierto. Su orden mismo evidencia que su origen no podría ser casual. Este patrón tan intrincado en una organización de materia sumamente fundamental evidencia diseño.
Pues bien, ¿no concuerda usted en que esto suministra poderosa prueba de la existencia de un Diseñador inteligente, un Creador sabio? ¿O desea usted más prueba? Bien, prueba adicional estaba por venir a la luz. De hecho, la adición del grupo de los gases inertes, resultó ser el fundamento sobre el cual la venidera teoría de la estructura atómica dependería para su perfeccionamiento.
Prueba adicional
Por medio de continuar la investigación experimental se pudo obtener un cuadro más detallado del interior del átomo. Primero, J. J. Thomson mostró que se podían separar electrones cargados negativamente de átomos de toda clase. Ernest Rutherford mostró que la carga positiva del átomo estaba concentrada en un volumen sumamente pequeño, llamado núcleo. Niels Bohr concibió que el átomo era algo semejante al sistema solar, en el cual numerosos electrones en diferentes órbitas giran en torno a un núcleo central. Las cargas positivas se producían en múltiplos de una unidad de carga. El átomo de hidrógeno tenía solamente una unidad de carga; a ésta se le llamó protón. Los diferentes elementos estaban compuestos de átomos, cada cual con cierto número de protones en el núcleo, neutralizados por un número igual de electrones en órbita.
Por medio de un extraordinario descubrimiento efectuado por Henry Moseley se pudo saber precisamente cuántos protones y electrones hay en cada clase de átomo. Él midió la energía de los rayos X que emiten diferentes elementos cuando se perturban los electrones más interiores. Moseley halló que esta energía aumenta en una forma matemáticamente metódica de un elemento al siguiente en el orden de la tabla de Mendeleiev. Cuando había un cuadro vacío en la tabla, el aumento súbito de energía era el doble. Él propuso ponerle un número de serie a cada elemento, comenzando con el hidrógeno como número 1, el helio como número 2, y así por el estilo. Este número atómico es el número de protones en el núcleo, así como el número de electrones, en cada clase de átomo.
Este número resultó ser aún más fundamental que el peso atómico en la cuestión de fijar las propiedades de un elemento. ¡Al ordenar los elementos según el número atómico éstos cayeron exactamente en sus lugares de la tabla periódica, sin excepción alguna! A Mendeleiev le había sido necesario poner el argón antes del potasio, aunque el peso atómico del argón es 40 y el del potasio solo es 39. Otros casos en los que él había invertido el orden a causa de la armonía química quedaron vindicados por el orden de los números atómicos de Moseley, pues eso sucedió en cada caso. Desaparecieron todas las discrepancias. Además, la exacta asignación de números atómicos hizo posible decir con seguridad precisamente qué elementos todavía faltaban, y asegurarse de que no quedaban más cuadros vacíos. No queda en la tabla lugar alguno en el cual meter otra familia de elementos de la manera en que se introdujeron los gases inertes.
Para 1925 quedó definitivamente establecido que la entera lista de elementos desde el hidrógeno hasta el uranio encajaba exactamente en 92 lugares de la tabla periódica, y solo quedaban cuatro lugares en blanco. Se esperaba que dos de éstos, los Núms. 85 y 87, fueran elementos radiactivos, tal como lo son todos los otros elementos después del bismuto. En cuanto a los otros dos, los Núms. 43 y 61, se buscaron diligentemente entre los minerales de otros elementos raros, pero aunque varios químicos afirman haberlos hallado, su existencia no se ha confirmado.
Electrones en capas
La idea de que las órbitas de electrones están en capas, cada una de las cuales tiene cierto máximo de capacidad, fue introducida por Bohr y refinada por otros. La capa más interior, en la que los electrones tienen las órbitas más pequeñas posibles, solo tiene cabida para dos electrones. La próxima capa, que tiene órbitas un poco más grandes, puede acomodar hasta ocho electrones. La tercera puede dar cabida a 18, la cuarta a 32. Estos números se derivaron de un estudio de las diferentes formas posibles de las órbitas, circulares y elípticas, según la teoría “cuántica” de Bohr.
El grado al cual estas capas están llenas depende del número de electrones en un átomo dado, es decir, de su número atómico. Así, en el helio, que cuenta con dos electrones, la caja más interior está llena. Los elementos del litio al neón, Núms. 3 al 10, tienen sucesivamente de uno a ocho electrones en la segunda capa. El siguiente elemento, el sodio, con 11 electrones, tiene un solo electrón en la tercera capa, y así por el estilo.
Los electrones en la capa exterior controlan la interacción del átomo con otros átomos; de modo que el comportamiento químico de un elemento depende de cuántos electrones ocupan la capa exterior. Ahora podemos ver por qué el litio y el sodio están en la misma familia. Los dos tienen un solo electrón en la capa exterior. Esto también es cierto de los otros metales alcalinos: potasio, rubidio y cesio. Cada miembro de la familia de los halógenos, el flúor, el cloro, el bromo y el yodo, tiene siete electrones en la capa externa.
Resulta que en cada uno de los gases inertes —neón, argón, criptón y xenón— hay ocho electrones en la capa exterior. Los ocho electrones forman un arreglo sumamente estable. Podemos decir que tales átomos están muy satisfechos consigo mismos, y que presumidamente resisten todas las ofertas de dar o tomar electrones. En contraste, el electrón libre del sodio o del potasio se pierde fácilmente. Tales metales reaccionan vigorosamente con casi cualquier sustancia, hasta el aire y el agua. Al otro extremo de un período, el flúor o el cloro tratan de tomar un electrón de otro elemento, a fin de obtener el número estable de ocho electrones. Así es que estos elementos también son químicamente activos, pero por la razón opuesta.
Debido a su gran actividad el sodio es un metal muy peligroso de tratar, y el cloro elemental es un gas sumamente venenoso. Pero pase un solo electrón del sodio al cloro y vea la diferencia que esto produce. El cloro tiene ahora su deficiencia satisfecha, con una capa llena de ocho electrones, como el gas inerte argón. Y al sodio le queda una capa similar de ocho, como el neón. Así es que en el compuesto cloruro de sodio (la sal de mesa común) ambos elementos son tan inocuos que se pueden comer sin peligro.
El neutrón completa el cambio
Pero todavía se desconocía una parte fundamental del átomo. Al echar una ojeada a la tabla, el lector notará que todos los elementos, a excepción del hidrógeno, tienen pesos atómicos que por lo menos son el doble de sus números atómicos. Puesto que el protón tiene el peso de solo una unidad, ¿por qué tiene el carbón, por ejemplo, con solo seis protones, un peso atómico de 12? Quedó resuelto este acertijo cuando se descubrió el neutrón en 1932. Esta es una partícula que tiene casi el mismo peso que el protón, pero que no posee carga eléctrica alguna. Así, según lo entendemos hoy día, el carbono tiene seis protones y seis neutrones en el núcleo, y, en órbita alrededor del núcleo, seis electrones que equilibran la carga de los protones.
Muchos elementos tienen isótopos, en los cuales el núcleo tiene un número diferente de neutrones. Por ejemplo, en un pequeño porcentaje de átomos de carbono, hay siete neutrones en vez de seis. Esto no altera la carga, ni el arreglo de electrones, pero sí afecta el peso atómico. Esta variación en el número de neutrones fue una de las razones por las cuales Mendeleiev halló que en algunos casos los pesos atómicos no estaban en orden.
La mayor parte del volumen del átomo está compuesta de espacio vacío, pero la gran velocidad de los electrones en órbita y su comportamiento suministran la apariencia de un estado sólido o fluido. Los protones, neutrones y electrones son iguales en todos los átomos, sea cual sea la sustancia. Toda la materia está construida de solo estos tres bloques de construcción. ¿Qué, pues, hace que una sustancia difiera de la otra? Sencillamente es el número de protones en el núcleo y el número y arreglo de los electrones en las capas que rodean al núcleo. ¡Y piense en lo infinitésimamente pequeño que es todo esto! ¡El diámetro de un átomo es de aproximadamente 2 ó 3 cienmillonésimas de centímetro!
Así, la teoría atómica moderna ha vindicado maravillosamente la fe que Mendeleiev tenía en que los elementos habían sido creados según un plan ordenado. Ha explicado por qué los pesos atómicos colocan los elementos casi en las familias correctas, y ha justificado las excepciones que a él le pareció necesario hacer. Explica las similitudes químicas que existen en las familias de elementos. Ciertamente forman un sistema hermoso, armonioso. Apropiadamente damos mucho crédito al que descubrió el sistema. ¡Cuánto más debemos alabar a Aquel que ideó el sistema e hizo los elementos según un patrón tan útil!
Se completa la tabla
Hoy día, se han llenado todos los blancos en la tabla de Mendeleiev. Tal como se esperaba, se hallaron los elementos Núms. 85 y 87 que son los miembros raros y transientes de la serie de productos de la desintegración espontánea radiactiva del uranio. Los elementos 43 y 61 se crearon artificialmente, por medio de transmutación nuclear inducida en un ciclotrón o reactor nuclear. Se han hecho varios isótopos de cada uno de éstos, pero todos resultaron ser radiactivos y se desintegran espontáneamente en mucho menos tiempo del que ha pasado desde que la Tierra fue formada. Por eso nunca se les ha hallado en la “naturaleza.”
Además, la Tabla Periódica se ha extendido mucho más allá de su cuota original de 92 elementos por medio de la creación de elementos “transuránicos, o transuránidos.” Esto también se ha logrado por medio del reactor nuclear y el ciclotrón. Por supuesto, todos esos elementos son radiactivos; y mientras más pesados son, más inestables son. Se han identificado elementos hasta el Núm. 103. Pero, la existencia pasajera de los elementos más pesados los hace más y más difíciles de capturar y estudiar.
Una vez que se dio razón de cada elemento, hasta el mismo Núm. 103, la tabla que Mendeleiev se esforzó por componer hace 100 años quedó completa. No pueden encontrarse otros elementos entre los que ya se conocen. Si se descubren nuevos elementos, tendrán que ser más allá del fin de la tabla. Algunos científicos rusos y norteamericanos afirman que han descubierto los elementos 104 y 105, pero éstos hallazgos no han sido confirmados.
¿Creación o casualidad ciega?
Puede decirse mucho más acerca del átomo, y la consideración que hemos hecho aquí está limitada. Pero, ¿no concuerda usted en que este asombroso orden y simetría es una impresionante prueba de la creación, prueba de que hay un Creador Maestro que sabe lo que hace? ¿Quién podía imaginarse que toda la compleja materia que nos rodea, sí, hasta nosotros mismos, estaría compuesta en su totalidad de tres sencillos bloques de construcción... neutrones, protones y electrones? No obstante, note la tremenda variedad. Observe la belleza y armonía que existe en ella.
Sin duda queda mucho más que aprender acerca de la materia, los átomos y los elementos. No obstante, basta esta breve ojeada de los arreglos fundamentales para mostrar que lo que hoy sabemos constituye una impresionante prueba de la obra de las manos de un Diseñador y Creador inteligente. (Heb. 3:4) ¡No, jamás pudiera haber sucedido por medio de la casualidad ciega!
[Nota]
a Dimitri Ivanovich Mendeleiev nació en Tobolsk, Siberia, en 1834 y murió en San Petersburgo, Rusia, en 1907.
[Tabla de la página 19]
(Para ver el texto en su formato original, consulte la publicación)
ARREGLO DE LOS ELECTRONES EN CAPAS
Núm. Elementos 1.° 2.° 3.° 4.° 5.° 6.°
1 Hidrógeno 1
2 Helio 2
3 Litio 2 1
4 Berilio 2 2
5 Boro 2 3
6 Carbono 2 4
7 Nitrógeno 2 5
8 Oxígeno 2 6
9 Flúor 2 7
10 Neón 2 8
11 Sodio 2 8 1
12 Magnesio 2 8 2
13 Aluminio 2 8 3
14 Silicio 2 8 4
15 Fósforo 2 8 5
16 Azufre 2 8 6
17 Cloro 2 8 7
18 Argón 2 8 8
19 Potasio 2 8 8 1
20 Calcio 2 8 8 2
21 Escandio 2 8 9 2
* * *
26 Hierro 2 8 14 2
* * *
30 Cinc 2 8 18 2
31 Galio 2 8 18 3
32 Germanio 2 8 18 4
33 Arsénico 2 8 18 5
34 Selenio 2 8 18 6
35 Bromo 2 8 18 7
36 Criptón 2 8 18 8
37 Rubidio 2 8 18 8 1
38 Estroncio 2 8 18 8 2
* * *
53 Yodo 2 8 18 18 7
54 Xenón 2 8 18 18 8
55 Cesio 2 8 18 18 8 1
56 Bario 2 8 18 18 8 2
* * *
82 Plomo 2 8 18 32 18 4
* * *
[Tabla de la página 21]
(Para ver el texto en su formato original, consulte la publicación)
TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS DE MENDELEIEV CON PESOS ATÓMICOS APROXIMADOS
2 10 18 36 54
Helio Neón Argón Criptón Xenón
4 20,2 40 83,8 131,3
1 3 11 19 37 55
Hidrógeno Litio Sodio Potasio Rubidio Cesio
1 7 23 39 85,5 133
4 12 20 38 56
Berilio Magnesio Calcio Estroncio Bario
9 24,3 40 87,6 137,3
5 13 21 39 57-71
Boro Aluminio Escandio Itrio b
10,8 27 45 89 139-175
22 40 72
Titanio Circonio Hafnio
48 91,2 178,5
23 41 73
Vanadio Niobio Tantalio
51 93 181
24 42 74
Cromo Molibdeno Tungsteno
52 96 183,8
25 43 75
Manganeso Tecnecio Renio
55 99 186,2
26 44 76
Hierro Rutenio Osmio
55,8 101 190,2
27 45 77
Cobalto Rodio Iridio
59 103 192,2
28 46 78
Níquel Paladio Platino
58,7 106,4 195
29 47 79
Cobre Plata Oro
63,5 107,9 197
30 48 80
Cinc Cadmio Mercurio
65,4 112,4 200,6
31 49 81
Galio Indio Talio
69,7 114,8 204,4
6 14 32 50 82
Carbono Silicio Germanio Estaño Plomo
12 28 72,6 118,7 207,2
7 15 33 51 83
Nitrógeno Fósforo Arsénico Antimonio Bismuto
14 31 75 121,8 209
8 16 34 52
Oxígeno Azufre Selenio Telurio c
16 32 79 127,6
9 17 35 53
Flúor Cloro Bromo Yodo
19 35,5 80 127
Se suministra esta tabla en la forma originalmente publicada por Mendeleiev en 1869, pero se incluyen en las revisiones que él hizo en 1871. En formas más recientes de la tabla, por lo general los períodos se ponen en líneas horizontales y los grupos de familias en columnas verticales. Muchos de los pesos atómicos se suministran aquí con mayor exactitud que la que se conocía en el día de él. Se muestran en color los elementos que se descubrieron después de 1871 y los números atómicos asignados desde 1913.
[Nota]
b Mendeleiev puso en los grupos tercero y cuarto, entre el bario y el tantalio, las cuatro tierras más raras que él conocía: lantano, cerio, erbio, didimio (que más tarde se descubrió que era una mezcla de neodimio y praseodimio). En conjunto se han descubierto 15 de estos elementos llamados tierras raras, y todos pertenecen a la misma familia del itrio.
c Mendeleiev puso el torio y el uranio, dos elementos más pesados que el bismuto, que no se muestran aquí, en un sexto período, en las familias cuarta y sexta respectivamente.