La Tabla Periódica de los Elementos es, al menos para mi, una de las modelizaciones científicas mas bellas y elegantes de la Historia de la Ciencia.
De un modo magistral se ordenan todos los elementos químicos de la Naturaleza, de tal modo que sus propiedades no son aleatorias, sino que van ordenándose igualmente siguiendo el orden marcado por su número atómico. Como buen modelo científico, la Tabla Periódica tiene valor predictivo: a partir de las propiedades de algunos elementos, podemos predecir las propiedades de otros elementos sin necesidad de verlos, simplemente por la posición que ocupan en la tabla. Esta capacidad predictiva ha sido esencial en el descubrimiento de elementos como el germanio o el tecnecio. Además tiene capacidad explicativa: descubrimos que las propiedades químicas de los elementos se pueden explicar a partir de algo tan sencillo como su configuración electrónica, es decir, cuantos electrones contiene el átomo y cómo se ordenan.

Este post es una celebración de la Tabla Periódica y un homenaje a Dimitri Mendeleev:

quien fué el creador de la primera versión de la actual Tabla Periódica de los Elementos, y a Horace Deming, un químico norteamericano a quien se debe el aspecto actual de la Tabla:

La Tabla Periódica de Deming

Si mirais con atención la tabla de Deming, deberían llamaros la atención algunas cosas. La primera es ¡¿donde colocamos al hidrógeno?!.  También, que el berilio no es Be, sino Gl. En aquel entonces se llamaba glucinio, debido al sabor dulce de algunas de sus sales (aunque no las probéis…el berilio es tóxico). Y que predice la existencia del francio, el astato, el tecnecio, el renio y el prometio, elementos que aún no se conocían en tiempo de Deming. Una cosa que me gusta de esta tabla es que relaciona unos elementos que, si entendéis de minerales, vereis lógico: los silicatos con los titanatos, los fosfatos con los vanadatos, los sulfatos con los cromatos y los cloratos con los manganatos.

Pocos químicos hay que no sientan cierta fascinación, placer incluso, al ver y tocar…al sentir, los elementos que componen la tabla en su estado puro. El contacto con los sentidos crea un vínculo especial, por eso no nos basta con un libro o una tabla: queremos tocarlos.
Durante la gesta que fué añadir nuevos elementos a la lista de los ya conocidos, el máximo objetivo era obtener el elemento que se estaba descubriendo en su forma pura. El que lo conseguía, pasaba a ser considerado su descubridor y ocupaba un lugar en la fama imperecedera.
Esta tarea no estaba exenta de dificultades: imaginad que el análisis de un mineral no cuadraba con ningún elemento conocido y debía comenzar la ardua tarea de aislar el nuevo elemento. A esta tarea se enfrentaron muchos químicos ántes de que se creara la Tabla Periódica, por lo que no disponían de un modelo que les ayudara a predecir las propiedades que se encontrarían. Uno de los muchos ejemplos fascinantes es el descubrimiento del uranio. Klaproth identificó el nuevo elemento en la uraninita, llamada en aquel entonces petchblenda y que se pensaba que era un oxido de zinc y hierro. Aisló el óxido negro de uranio en 1789, pensando que era uranio elemental. Se había equivocado. Durante más de 50 años nadie se dió cuenta del error, hasta que en 1841 el químico francés Eugene Peligot, en una serie de experimentos que casi le cuestan la vida, resolvió la difícil obtención del uranio elemental. Aún no se conocía la radiactividad del uranio..pero esa es otra historia.

No todos los elementos son tan difíciles. La Naturaleza, que es el mejor químico que existe, también hace lo suyo para obtener los elementos puros, y a veces con gran eficacia. Todos sabemos que el oro y la plata se encuentran en su estado elemental en la Naturaleza…pero no es el único caso. Realmente hay muchos mas…vamos a ver los elementos puros en la Naturaleza, es decir, los elementos nativos o la Tabla Periódica Natural, en orden creciente de número atómico, saltándonos los gases nobles, el hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Estos ocupan un lugar tan importante que se merecen su propio lugar. Y espero sorprender un poco a los que más creen saber sobre minerales.

CARBONO

Uno de los elementos nativos mas conocidos. A todos nos suenan el diamante y el grafito, dos formas alotrópicas del carbono. Pero realmente el carbono se presenta de modo natural en mas formas, según se ordenan los átomos de carbono, es decir, según sus estructuras cristalinas; este es el fenómeno de la alotropía:

Diamante: la forma cúbica del carbono y la sustancia natural mas dura. Cosa que la gente suele confundir con tenaz…dura significa que resiste al rayado y que puede rayar a sustancias con menor dureza. Sin embargo es frágil… En la Tierra se forma en el manto y ha ascendido a la superficie a traves de chimeneas de kimberlita y otras rocas que se formaron en el manto. Pero también se encuentra en algunos meteoritos e incluso es posible que se hayan descubierto planetas extrasolares formados casi íntegramente por carbono, con superficies llenas de diamante… 
Grafito: la forma hexagonal del carbono. Justo al contrario que el diamante, es muy blando y su estructura laminar, micácea, lo convierte en un gran lubricante. Es muy abundante en la Tierra. La mayoría de los carbones contienen gran porporción de formas impuras de grafito. A partir del grafito se ha encontrado el Grafeno, un material con propiedades muy interesantes.
Fullerita: un fullereno natural, en concreto el C60 (60 átomos de carbono formando una especie de pelota). Es rarísimo, solo se ha localizado en un yacimiento en China.
Lonsdaelita: una forma hexagonal del diamante.
Chaoita: una forma de carbono que se produce por metamorfismo intenso del grafito, debido a los impactos de meteoritos en rocas que lo contienen.

Carbono nativo (diamante) procedente de Ghana

También podríamos considerar el carbono amorfo, una forma especial de carbono que se encuentra en partículas de polvo interplanetario, cometas y meteoritos. Como veis, la Naturaleza nos proporciona muchas muestras de carbono elemental para nuestra Tabla Periódica.

ALUMINIO

Este no os lo esperábais ¿eh?. Pues si, la Naturaleza también ha conseguido aislar aluminio metálico. Se ha encontrado en forma de pequeñas partículas metálicas a partir de magmas basálticos formados en entornos ricos en reductores como hidrógeno y metano. Una especie de metalurgia natural.

SILICIO

Seguro que muchos tampoco lo esperábais. Se ha encontrado en forma de cristales cubo-octaédricos incluidos en cristales de oro nativo en Nuevo Potosí (Cuba) y en la Península de Kola (Rusia), asociado a grafito, hierro nativo y en kimberlitas con diamante.

AZUFRE

Uno de los más conocidos, el azufre elemental es abundantísimo en nuestro planeta. Se encuentra asociado a actividad volcánica y también a actividad biológica: muchas bacterias generan azufre elemental durante la oxidación de sulfuros metálicos y por reducción de sulfatos.

Azufre de las minas de Lorca (Murcia, España)
Cristales de azufre sobre covellita. Corta Atalaya (Faja Pirítica Ibérica, Huelva, España). Este tipo de azufre suele ser de origen biogénico, a partir de la oxidación bacteriana de sulfuros como la calcopirita. Así, calcopirita–> covellita y azufre. 

TITANIO

En forma de metal se ha encontrado en algunos granitos, en forma de inclusiones metálicas en granates asociados a un metamorfismo a presión ultra-alta en Dabieshan (China) y en las fumarolas de la erupción del volcán Tolbachik (Rusia) de 1975.

CROMO

En forma de pepitas metálicas fué visto por primera vez en una mina de cromo en Nagchu, Tíbet. Pero es mas frecuente de lo que parecía, dadas sus propiedades químicas. En las rocas lunares estudiadas tras las misiones Apolo se ha encontrado cromo metálico también.

HIERRO

Uno de los elementos nativos mas abundantes de nuestro planeta: todo el núcleo de la Tierra está formado por él. No aguanta bien la oxidación…asi que es raro en la corteza terrestre, en un ambiente con agua y oxígeno. Tampoco aguanta bien la actividad biológica: muchas bacterias lo oxidan para obtener energía. Pero seguramente fue muy abundante antes del origen de la vida y el hierro metálico pudo jugar un papel importante en el proceso. Actualmente, el hierro metalico se puede encontrar en meteoritos y, raramente, en algunos yacimientos minerales.

NIQUEL

Junto con el hierro metálico, se encuentra en meteoritos. De hecho una forma de reconocer el hierro meteorítico es realizar una prueba de níquel. En nuestro planeta es uno de los elementos mas abundantes, al compartir el núcleo de la Tierra con el hierro…pero también se forma en algunos procesos de serpentinización, en los que se forma una aleación natural de hierro y niquel llamada awaruita.

Niquel (en forma de ferroniquel) en un meteorito tipo condrita: son las manchas mas oscuras. Se puede ver la aureola de oxidación, algo parduzca, y los cóndrulos, típicos de las condritas. También se aprecia un sulfuro metálico amarillento: es la troilita, un politipo de la pirrotita frecuente en meteoritos.

COBRE

Que decir del cobre… su posición en la serie electromotriz le confiere una gran resistencia a la oxidación en medio acuoso y es abundantísimo, ya que en numerosos procesos geológicos puede reducirse a partir de formas oxidadas con gran facilidad. Otra metalurgia natural… En las famosas minas de cobre de Michigan se han extraído masas de cobre metálico de cientos de toneladas. Es uno de mis minerales-elementos favoritos…

Cobre. Mina “Las Herrerías”, Faja Pirítica Ibérica, Huelva, España

ZINC

Uno de los misterios de la Naturaleza: El zinc es un metal bastante reductor, ocupa una posición alta en la serie electromotriz, por encima del agua, con lo que la reacción de oxidación en medio acuoso es muy fácil. El agua levemente acidificada lo ataca y disuelve. Sin embargo, es muy frecuente formando incluso ¡pepitas en algunos rios!. Un posible origen del zinc metálico puede que sea la autooxidación-reducción de la esfalerita (sulfuro de zinc) en ciertas condiciones. Pero no puedo aportar mucho mas sobre el tema.

ARSENICO

Otro viejo conocido, el arsénico elemental es frecuente en la Naturaleza. Se forma en numerosos depósitos hidrotermales asociado a otros metales como antimonio o plata, que son sus mejores amigos “geoquímicos”. También se encuentra como producto de neoformación en restos mineros ricos en mineral arsenical. Como curiosidad, el arsénico elemental es poco tóxico…sin embargo, su óxido o sus sulfuros son muy venenosos…y siempre suelen acompañarlo.

A la plata y el arsénico les suele gustar ir juntos. En la imagen, veis plata nativa sobre arsénico elemental del distrito minero de Pohla (Sajonia, Alemania)
Arsénico de la mina Akatani (Fukui, Japón). La mancha blanca es el muy tóxico óxido de arsénico o arsenolita. 

SELENIO

Se forma por sublimación en fumarolas a temperatura relativamente baja. También se forma por combustión de la pirita, a la que suele asociarse algo de selenio siempre (observad su posición en la tabla periódica…S y Se tienen mucho en común). Y se encuentra en minas de carbón, en especial si ha habido un incendio que lo haya liberado. Esto es debido a que todos los seres vivos transportamos una cierta cantidad de selenio, que es un importante elemento esencial. El selenio que formaba parte de antiguos seres vivos se quedó en el carbon, de donde se ha separado por sublimación.

Las mejores muestras de selenio venían de la mina Katarina, en Radvanice (Bohemia, Rep. Checa), una antigua mina de carbón en la que el selenio se “autopurificó” por sublimación tras un incendio en un stock de carbón. En la imagen de arriba veis el aspecto del selenio elemental de la mina Katarina. Para los que les gustan los minerales, el selenio suele venir con bonitos cristales de molibdita (MoO3). Ahora constituyen una rareza las muestras de esa mina, asi que si poseeis alguna en vuestra “tabla periodica particular” tenéis suerte.

MOLIBDENO

Este si es una super-rareza para quien quiera construir su Tabla Periódica viva. Se ha visto en forma de elemento en condritas carbonáceas, como el meteorito de Allende, y en forma de pequeñas pepitas microscópicas en un placer del Danubio.

RUTENIO

Se encuentra en forma de pequeñas pepitas en gravas y placeres que recogen arenas pesadas procedentes de depositos de platino. Si vais siguiendo la Tabla Periódica, veis que a partir del siguiente elemento entramos en la zona de metales nobles…a partir de ahora veremos muchas pepitas.

RODIO

En forma pura solo se ha encontrado un grano metálico en un concentrado de una mina de platino-oro de Montana (USA), pero aleado con platino se puede encontrar es numerosos depósitos ricos en este metal.

PALADIO

Mucho mas frecuente que su compañero anterior, se encuentra en forma metálica en depositos de platino y de sulfuros primarios ricos en paladio, de donde sale por oxidación. Mirad de nuevo la tabla periódica: los compañeros situados debajo del rodio y el paladio…son mucho mas conocidos. Y, como comparten muchas propiedades, se suelen encontrar juntos. El siguiente al paladio es la plata, que, aunque sigue siendo un metal noble, es mas “activo”. En cambio el compañero inferior a la plata, curiosamente, tiene mas en común con el platino y el paladio…

PLATA

Otro gran conocido. De nuevo, como en los casos anteriores, su posición en la serie electromotriz le confiere gran resistencia a la oxidación. Sus yacimientos son tan frecuentes que constituye un elemento bastante común…posiblemente fue uno de los primeros elementos conocidos por el ser humano. Seguro que después del oro, aunque, quien sabe.

Plata de la mina Berta (Barcelona, España), mostrando el típico aspecto en alambres de la plata nativa.
Plata de Potosí (Bolivia)

CADMIO

Si el zinc, su compañero superior, y el mercurio, su compañero inferior, se encuentran libres en la Naturaleza…¿por qué el cadmio no?. Si se da, pero es muchísimo mas raro. Solo se ha visto en forma de granos metálicos muy pequeños en tres yacimientos en el mundo.

INDIO

Aparece en forma de pequeñas masas metálicas de 1 mm, asociado a plata, en una mina rusa llamada Orlovskoye.

ESTAÑO

Se encuentra en forma de pepitas en placeres asociados a bastantes yacimientos de casiterita (oxido de estaño) y a platino metálico, como en el rio Miass, en los Urales (Rusia), donde se encontró por primera vez con oro, platino, iridio y osmio metálicos. También en forma de pequeños granos metálicos en algunas kimberlitas.

ANTIMONIO

Mucho mas frecuente, suele aparecer en forma de elemento en yacimientos hidrotermales de antimonio y plata. Un caso raro es el de la mina de carbon Katarina, de la que hablamos antes. En ella se formaron pequeños cristales de antimonio metálico por sublimación gracias a la combustión del carbon.

Cristales de antimonio de la mina Katarina (Rep. Checa)

TELURO

De nuevo, mirad su posición en la tabla periódica. Aunque es raro como elemento, se encuentra extendido en sistemas hidrotermales, incluido en pirita y en especial si son ricos en oro, al que suele acompañar en forma de telururo. También se encuentra purificado por sublimación a partir de fumarolas volcánicas. Los mejores ejemplares que he visto son de Fiji, la mina Emperor, un sistema epitermal muy rico en oro y teluro, donde éste metal forma cristales de simetría hexagonal muy considerables.

Cristales de teluro. Mina Emperor (Fiji)

TUNGSTENO

Se ha encontrado en forma de pequeñas pepitas en un rio de los Urales.

OSMIO

En forma de bonitas pepitas junto con otros metales de la “zona noble”, asociado a yacimientos ricos en platino y otros elementos de su grupo, como el río Miass, en los Urales.

IRIDIO

En pequeños cristales cúbicos, normalmente redondeados al encontrarse en placeres relacionados con yacimientos de platino.

PLATINO

El mas caro de los metales nobles. Son famosos los preciosos cristales cúbicos de platino de Konder (Kabarovskiy Krai, Rusia). Suele estar en depósitos tipo placer. A la Naturaleza no se le da muy bien purificar los metales nobles, debido a sus similitudes químicas, asi que el platino suele contener cantidades variables de iridio, rodio, paladio, oro y hierro.

ORO

Quizá fue el primer elemento descubierto por el ser humano. O uno de los primeros. Es facil entender la razón si alguna vez habéis probado a ir a batear oro a un depósito tipo placer, ya que el oro es sumamente fácil de separar y es muy llamativo incluso en cantidades muy pequeñas. Los depósitos tipo placer, donde se acumulan elementos pesados como el oro, platino y sus compañeros de la zona de los “metales nobles” en la tabla periódica, son yacimientos llamados “secundarios”: el oro y los otros metales, diseminado en las rocas o asociado a otros minerales, como sulfuros, se moviliza por meteorización y se acumula formando pepitas. Ahora sabemos que en este proceso de formación de pepitas puede estar implicada, al menos en parte, la biología. La geomicrobiología de los metales nobles es un campo de trabajo en crecimiento.

Este es el aspecto que puede tener el oro primario: un crecimiento tipo dendrítico. Procede de Hope’s Nose, Devon (Inglaterra). Aunque usualmente, el oro primario es invisible: pequeños granos metálicos incluidos en otros minerales.
El oro secundario es mas fácil de ver. Suele estar en escamas o pequeñas pepitas en arenas, depositadas en placeres de rios u otros sitios que favorezcan la acumulación de los minerales pesados de las arenas. Son yacimientos detríticos. A veces pueden encontrarse en los sitios mas insospechados: el oro de la imagen lo encontré en el ¡Leroy Merlin!, en un saco de arena para construcción que procedía de una explotación en Abades (Segovia). Dada la procedencia, se me ocurrió separar los minerales pesados de la arena…y ahí estaba. 

MERCURIO

El mercurio elemental es conocido desde antiguo. También, posiblemente, sea uno de los elementos mas antiguos conocidos por el hombre. El metal líquido debió ser sugerente desde siempre, excitando la imaginación de brujos, filósofos y alquimistas y siendo un material codiciado y exhibido por los mas poderosos, como la famosa fuente de mercurio de La Alhambra. El metal siempre aparece asociado con el cinabrio, el bello sulfuro rojo de mercurio. La mayor anomalía de mercurio de la corteza terrestre esta aqui, en España: las minas de Almadén, un enorme yacimiento volcano-sedimentario encajado en cuarcitas que fue explotado para obtener el mercurio y el cinabrio desde tiempos prerromanos. El cinabrio era un apreciado colorante: el bermellón. Cuando se descubrió que el mercurio metálico podía usarse para extraer plata y oro de sus minerales, comenzó a explotarse a gran escala. El mercurio metálico no es tóxico: se puede tocar e incluso ingerir (aunque mejor no hacerlo). Sus sales, en cambio, en especial las solubles, son muy tóxicas. Y sobre todo sus vapores: el mercurio, como todo líquido, tiene una cierta presión de vapor. El vapor de mercurio respirado durante el tiempo o en la cantidad suficiente es un neurotóxico que produce la enfermedad del “azogado”, con síntomas similares al Parkinson en su inicio. Y el mercurio líquido, si llega a cuencas reductoras ricas en materia orgánica, puede producir organomercuriales, que son absorbidos por mariscos y peces y son altamente tóxicos.
Pero no hay que preocuparse: si se os rompió un termómetro de mercurio, no pasa nada. Es una cantidad muy pequeña. Por cierto, si poseeis un termómetro de mercurio guardadlo bien: ya no se fabrican y siempre serán mas fiables que los termómetros electrónicos, sin pilas ni ajustes.

Mercurio nativo. Almadén (Ciudad Real, España). Era toda una experiencia partir la roca rica en cinabrio y que el mercurio que solía rellenar los huecos chorrease, formando charcos que podían recogerse con una cuchara.
El mercurio es un elemento cautivador…
Y en estos frascos se guardaba el mercurio, listo para enviarlo a, por ejemplo, las minas donde se usaba para extraer plata y oro por el método de la amalgamación.

PLOMO

Si buscais pepitas de oro en placeres de ríos, es posible que os encontreis perdigones de plomo. El plomo metal disperso es una plaga generada por los cazadores… sin embargo, el plomo nativo, es decir, el metal formado naturalmente, aunque raro, en especial si consideramos la cantidad de yacimientos de plomo que existen, es bastante común. En el yacimiento sueco de Langban, se han encontrado masas de plomo elemental de hasta 51 kg de peso, cristales cúbicos de hasta 6 cm y en forma de pepitas en los ríos de la zona. En Broken Hill (Australia) se encuentran masas de varios centímetros. Se ha dado el caso de plomo formado “fosilizando” raíces de árboles: la materia orgánica de la raiz reduce un fluido rico en plomo formado por oxidación de un yacimiento con galena, precipitando el plomo metal.

Plomo de Garpenberg, Dalarna (Suecia)
Imagen de una nota sobre el descubrimiento de plomo nativo en 1772 en Monmouthshire (Gales, Reino Unido), el primer informe de plomo en estado elemental en la Naturaleza hallado en Europa.

BISMUTO

Otro elemento muy frecuente en la Naturaleza. Aparece en forma metálica en yacimientos hidrotermales de cobalto, niquel, plata, oro y estaño. También se da en algunas pegmatitas y filones de cuarzo ricos en minerales de estaño y tungsteno. Al aguantar muy bien la oxidación, aparece en yacimientos tipo placer, en forma de pepitas que, en algunas ocasiones, como en el rio Vilaque (Bolivia) en tamaños enormes y varios kilos de peso. En cristales se han encontrado de hasta 12 cm. Hay que tener cuidado, porque en muchas ferias se venden bonitos cristales cúbicos “en tolva” de bismuto, con atractivas irisaciones doradas y azuladas. Son sintéticos, no naturales.

Pepita de bismuto del rio Vilaque (La Paz, Bolivia)

Y con el bismuto llegamos al final de este pequeño recorrido por la tabla periódica natural. A partir de aquí todos los elementos son radiactivos y, por tanto, inestables y en su mayoría no existen en nuestro planeta. Los únicos con suficiente estabilidad, como el torio o el uranio, son demasiado activos como para existir en forma elemental en la Naturaleza. Y los que, por su posición en la tabla periódica, como el Ununbium (que sería un metal noble, pero tiene un periodo de semidesintegración de 280 milisegundos) nunca podrán ser preparados en cantidad mayor de unos pocos átomos, por lo que jamás aparecerán sus propiedades químicas.
Ya veis que la Naturaleza nos proporciona una fuente inagotable de inspiración. Un ejercicio muy instructivo es la preparación de una “metaloteca”: una colección de los elementos químicos de la tabla periódica, incluyendo formas naturales y formas artificiales. Es una manera muy viva de ver la magia de la Tabla.

 Este post participa en la XXII edición del Carnaval de Química, acogido por el blog Roskiciencia, Roskiencia que escribe Ismael

3 Comments

  1. Muy bueno el post y muy buen resumen de nada más y nada menos que 30 elementos de la famosa Tabla. Un saludo, y gracias por participar en el Carnaval de Químcia 😀

    PD.: Se escribe “Roskiencia”, no “Roskiciencia” como dices XDDDD

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