Esta entrada ha sido redactada conjuntamente por Claudi Mans, Àngel Palomar Vidal, Pep Anton Vieta y Josep Duran, orgullosos propietarios de sendas tablas periódicas como la que se describe en el texto.

Las tablas periódicas con elementos reales.

Este año 2019, Año Internacional de la Tabla Periódica y de los Elementos Químicos, probablemente hayan sido centenares o millares los centros de enseñanza que han construido tablas periódicas con objetos reales en todas las casillas que han podido. Estos objetos están formados por la sustancia elemental correspondiente, cuando es fácil de encontrar u obtener, o por algún compuesto del elemento. Esta idea empezó, probablemente, con la tabla periódica del Science Museum de Londres. El príncipe y lingüista francés Louis Lucien Bonaparte[+] sobrino de Napoleón, empezó hacia 1890 una colección de elementos reales, de los que consiguió más de cincuenta. El príncipe cedió su colección al South Kensington Museum, predecesor del Science Museum, que la expuso hasta 1990, y este año 2019 la ha vuelto a exhibir, una vez reorganizada. El famoso neurólogo y escritor Oliver Sacks se ha referido a ella en alguno de sus libros. El Science Museum. además de la exposición, ha creado una página web interactiva [+].

Las tablas periódicas con objetos reales son hoy una actividad reproducida por todo el mundo. Muchos coleccionistes han asumido el reto de construirse su propia tabla periódica. Entre ellos, el más conocido y famoso es Theodore Gray [+] que ha divulgado su colección en un magnífico libro y un póster. Efectivamente, en 2011, con motivo de la celebración del Año Internacional de la Química, su libro "The Elements" fue traducido al español y al catalán. También Bill Gates tiene en su oficina una tabla periódica con muestras reales que ocupa toda una pared. En otro estilo, el divulgador catalán Marc Boada está construyendo una colección de metales, que él mismo extrae de los minerales correspondientes, y que de vez en cuando expone [+].

Por si no quieres invertir tu tiempo buscando elementos, son diversas las casas comerciales que ofrecen colecciones de elementos estructurados como tabla periódica, o por elementos individuales. La empresa Periodic Table, del Reino Unido, que tiene a Theodore Gray en su equipo, ofrece tablas periódicas de todas las dimensiones y calidades, hechas a medida. Por ejemplo, vende una mesita de café con elementos [+]  por $9500. Tienen desde cajitas con tubos de ensayo y elementos en su interior hasta tablas periódicas murales. Afirman que han realizado más de 50 instalaciones por todo el mundo.

La empresa Luciteria, de EUA [+]  fabrica cubos transparentes de 50 mm de lado con muestras de cierto tamaño, entre las cuales incluye elementos en tubos de ensayo micro como el bromo; muestras de neptunio, tritio, americio... a precios exorbitantes, desde $90 por un metal como el plomo hasta $995 por el oro (una auténtica moneda de oro bizantina) o $2500 por una pieza de iridio de 14 g.

 La tabla periódica de bolsillo

Figura 1. La tabla periódica de bolsillo

 

La tabla periódica de bolsillo

Sin volar tan alto, somos muchos los aficionados que este año hemos comprado una tabla periódica de los elementos con muestras reales. Su fabricante es Heritage [+].
Creemos que puede ser interesante una descripción detallada de la misma, tanto por la pieza en sí como por las tecnologías que han tenido que desarrollar para fabricarla, y las limitaciones con que se han encontrado. Todo ello puede ser de utilidad en una clase de química.

Descripción

La tabla es un paralelepípedo rectangular de poli-metacrilato de metilo transparente (PMMA), material conocido en el mundo anglosajón como acrylic. Es un termoplástico amorfo y muy transparente, fabricado en este caso por la empresa Lucite, del grupo Mitsubishi Chemicals. Hay otros muchos fabricantes con productos de marcas diferentes pero de propiedades similares. Las medidas de la tabla periódica son: 154 mm de ancho, 115 mm de alto y 26 mm de grosor. Pesa 555 g.

El bloque tiene en su interior una tabla periódica de estilo convencional con muestras reales de elementos o compuestos en muchas casillas. Sigue los últimos modelos de la IUPAC, es decir dieciocho grupos, siete periodos, y con lantánidos y actínidos separados como filas inferiores y con 15 elementos por fila.

Hay 83 casillas con muestras de elementos o compuestos. Las 35 casillas vacías corresponden a los siguientes elementos:
• Tecnecio (Z=43): radiactivo, que hay que preparar in situ cuando se usa en los hospitales.
• Prometio (61): radiactivo y escasísimo
• Del polonio (84) al curie (96) (11 casillas, excepto el torio (90) y el uranio (92)): no hay muestras por su radiactividad o su escasez.
• Del berkelio (97) al oganesón (118) (22 casillas): son elementos sintéticos radiactivos solo existentes en el momento que se sintetizan. Rápidamente se desintegran.

La información que se da de cada elemento es su número atómico, símbolo, nombre en inglés, y masa atómica. En el caso de los elementos radiactivos de los que no hay muestra, se indica también el símbolo internacional de sustancia radiactiva.

Composición de las muestras

Hay dos tipos de muestras: las sustancias elementales puras, de las que hay 72, y los compuestos, de los que hay 11, algunos de los cuales tienen también algo de la sustancia elemental. Algunas sustancias elementales puras son trocitos de la sustancia, pero otras están soportadas en alguna matriz inerte, como el caso de los gases, el azufre (16), el yodo (53) o el bario (56). De cada elemento o compuesto hay una muestra de unos 5 mm de dimensión máxima.

¿Qué compuestos contiene la tabla periódica?

Los metales alcalinos no han podido ser incluidos en la tabla por su reactividad. Son sustituidos por compuestos. El compuesto de litio (3) es el óxido Li2O con trazas del metal. El sodio (11) está representado por el peróxido de sodio Na2O2 con trazas del metal. Del potasio han representado su superóxido, KO2. El rubidio (37) está como lepidolita con rubidio, K(Li,Al,Rb)2(F, OH)2,[Si4O10], mineral que es una sal compleja. Lo mismo pasa con el cesio (55), representado por el mineral polucita (Cs,Na)2Al2Si4O12·H2O.

Algunos otros metales también están como compuestos. El estroncio (38) está como óxido SrO con trazas del metal. El mercurio (80) está en forma del mineral cinabrio HgS, rojo. Y el uranio (92) es un trozo del mineral autunita, Ca(UO2)2(PO4)2•10-12H2O.

Elementos de la parte central

Figura 2. Algunos elementos de la parte central de la tabla

 

Los halógenos gaseosos o líquidos atacan la mayor parte de resinas, que pasan a ser opacas. Por ello no se los ha podido incluir como microburbujas incluidas en resina plástica, como sí se ha hecho con otros gases. Así, hay compuestos para el flúor (9) (fluorita CaF2); para el cloro (17) (hexacloroplatinato de potasio K2PtCl6, que tiene un tono verde que recuerda el color del cloro gas); para el bromo (35) (bromuro de hierro (III) FeBr3). El yodo (53), mucho menos reactivo, está presente como yodo elemental incorporado a una resina plástica.

El resto de elementos están como sustancias elementales de procedencia muy diversa. Son todos los metales restantes, sólidos y estables, que permiten ser manipulados y ubicados en la tabla periódica. Algunos son metales nativos conformados, como el oro (79), la plata (47) o el platino (78). Muchos se han obtenido por reducción a partir de sus minerales, y están en formas muy variadas: como láminas finas (aluminio (13) o hierro (26)), como alambres (rodio (45) o estaño (50)); o el elemento cristalizado, como el vanadio (23), el antimonio (51) o el bismuto (83).

También hay muchos gases elementales puros, que, como se ha dicho, se han incluido en una resina en forma de microburbujas. Han seguido este tratamiento los siguientes gases: hidrógeno (1), helio (2), nitrógeno (7), oxígeno (8), neón (10), argón (18), criptón (36) y xenón (54).

Comentarios sobre algunos elementos

Para asegurar su estabilidad, algunas muestras se han recubierto con poliéster. Es el caso de los compuestos citados de litio, sodio y potasio, y de los metales zinc y paladio.

Hay varias sustancias de color característico. Destacan el azufre (16), amarillo, que está en polvo y englobado en resina plástica; el fósforo (15) en su variedad alotrópica de fósforo rojo; el cobre (29), anaranjado, y el oro (79), amarillo. Se ha citado ya el sulfuro de mercurio (80), rojo, y el compuesto de cloro (17), verdoso. El carbono (6) es un trozo de bloque de grafito negro. La mayor parte de metales son negros o grises.

Hay dos elementos radiactivos: el torio (90) como metal, y el uranio (92) en forma del compuesto autunita ya citado. Pero la poca cantidad de muestra y la relativamente baja radiactividad que tienen no permite que un detector Geiger convencional detecte radiación cuando se le acerca esta tabla periódica.

Es curiosa la procedencia de la pieza de silicio (14) sacada de una lámina del metal usada para la industria electrónica.

No parece haber errores en los textos de la mesa, excepto en el caso del lutecio (71), que está etiquetado como lutenium en lugar de lutetium, que es la denominación correcta en inglés.

Fabricación

Los objetos con inclusiones se fabrican siguiendo una pauta común. Se crea una base con monómero o resina líquida y catalizador, del grosor adecuado, que en la tabla que se describe es de 8 mm. Una vez solidificada y fría la base, se deposita la matriz de números y letras que constituyen las casillas y la marca de la empresa, por un procedimiento basado en impresión digital. A continuación, se depositan manualmente las muestras de las sustancias, que se han tenido que preparar previamente según la naturaleza del elemento (trocitos de metal o mineral, resinas con burbujitas de gas, partículas incluidas en resina). Y finalmente se llena el molde con más resina líquida y catalizador, procurando que las muestras no se muevan de lugar. Para minimizar la formación de burbujas de aire se trabaja a vacío parcial. Una vez solidificada y enfriada la pieza completa es pulida.

En el caso del PMMA [+]  que es el material con que se hace esta tabla, se suele polimerizar usando metiletilcetona como catalizador. La reacción es exotérmica, y hay que proceder lentamente para evitar movimientos de la masa en reacción que puedan perturbar la posición de las muestras, y al mismo tiempo que se pueda ir evacuando lentamente el calor generado.

Adquisición

La tabla periódica Heritage se puede adquirir online por varias vías. La ofrece la propia empresa [+], y plataformas como Etsy o eBay, a precios variables alrededor de USD 200 más gastos de envío. Hay también la posibilidad de comprar una versión de la tabla con defectos de fabricación, como muestras de elementos algo desplazadas de su ubicación, o errores ópticos en el acrílico, por USD 80 o menos. El éxito de la tabla ha generado también vías dudosas de adquisición, cuando no directamente fraudulentas, que se dedican al phishing: algunos de estos enlaces fraudulentos son www.jinniestore.com, www.dscarf.com, y www.pearsandpeaches.com, que anuncian la tabla por USD 79, Muy económico, pero arriesgado.

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Esta tabla es una buena forma de que los alumnos y personas interesadas - que no siempre coinciden - puedan ver de un vistazo toda la tabla periódica sin tener que hacer grandes inversiones ni desplazamientos. Con esta tabla periódica en el bolsillo puedes llevar contigo la inmensa mayoría de los elementos que configuran el universo... No es poca cosa.

Figura 3 TP.jpg

Figura 3. Izquierda: algunos otros elementos. Derecha: la casilla del elemento oro.

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Claudi Mans Teixidó
Claudi Mans Teixidó

Catedrático emérito de Ingeniería Química por la Universidad de Barcelona. Autor de los libros de divulgación científica: La truita cremada (2005, Ed. Col·legi de Químics de Catalunya, catalán) y Tortilla quemada (2005, Ed. Col·legi de Químics de Catalunya). Els secrets de les etiquetes (2007, Ed. Mina, catalán) y Los secretos de las etiquetas (2007, Ed. Ariel). La vaca esfèrica (2008, Rubes editorial, catalán). Sferificaciones y macarrones (2010, Ed. Ariel), La química de cada dia (2016, Publicacions de la Universitat de Barcelona, catalán) y La Química en la cocina: una inmersión rápida (2018, Tibidabo Ediciones).

Director científico del Comité Español de la Detergencia, Tensioactivos y Afines (CED). Vocal de la junta de la Associació Catalana de Ciències de l'Alimentació (ACCA) y del Colegio-Agrupación de Químicos de Catalunya.

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