Tabla periódica para las Ciencias de la Tierra
Con motivo del 150 aniversario del descubrimiento del sistema periódico el ICGC ha realizado la versión en catalán de la tabla periódica
Con motivo del 150 aniversario del descubrimiento del sistema periódico, la Asamblea General de las Naciones Unidas y la UNESCO proclamaron el año 2019 como “Año Internacional de la Tabla Periódica de los Elementos Químicos (IYPT2019)”. En apoyo a este aniversario, el ICGC ha realizado la versión en catalán de la tabla periódica de Railsback (2003).
La Tabla Periódica de los Elementos Químicos, concebida originariamente por Dmitri Mendeléyev en 1869, es uno de los logros más significativos en la ciencia, que recoge la esencia no sólo de la química, sino también de la física, la biología y la geología. Con motivo del 150 aniversario del descubrimiento del sistema periódico, la Asamblea General de las Naciones Unidas y la UNESCO han proclamado en 2019 como “Año Internacional de la Tabla Periódica de los Elementos Químicos”.
En apoyo a este aniversario (IYPT2019) el Instituto Cartográfico y Geológico de Cataluña, como entidad pública de la Generalidad de Cataluña que tiene por objeto llevar a cabo actuaciones relativas al conocimiento, la prospección y la información sobre el suelo y el subsuelo, ha realizado la versión en catalán "An Earth Scientist’s Periodic Table of the Elements and their Ions" elaborada por Bruce Railsback (2003, Geology 31: 737-740).
La edición de la “Tabla Periódica de los Elementos y de sus Iones para las Ciencias de la Tierra” responde al objetivo de impulsar la normalización del lenguaje geológico en catalán y de divulgar un documento de síntesis que pueda servir como marco de referencia para el desarrollo de futuros trabajos geoquímicos y de evaluación de la calidad del medio ambiente.
La utilización de la tabla periódica convencional en el campo de la geoquímica queda a menudo limitada por el hecho de que gran parte de la materia que compone la Tierra no se encuentra en forma elemental. La mayor parte de los átomos que conforman los minerales y el resto de materiales terrestres naturales presentan carga. Por ejemplo, en el caso del silicio, es bien conocido que, en la naturaleza, mayoritariamente se encuentra como Si4+ formando minerales del grupo de los silicatos.
Para representar de forma sintética la química de la Tierra es necesaria una tabla periódica que, además de las formas elementales, especifique los iones que se encuentran en condiciones naturales. En este marco, Bruce Railsback en 2003 publicó “An Earth Scientist's Periodic Table of the Elements and their Ions”, una nueva tabla periódica adaptada a la química de la Tierra.
La “Tabla Periódica de los Elementos y de sus Iones para las Ciencias de la Tierra” proporciona un marco de referencia útil para la comprensión de la distribución de los elementos químicos y el funcionamiento de los procesos geoquímicos de la Tierra. Muestra tendencias, patrones e interrelaciones características de la mineralogía, la geoquímica de los suelos y de los sedimentos, la petrología endógena, la hidrogeoquímica, la geoquímica isotópica y la química de los nutrientes.
Organización de la Tabla periódica
La organización en la mesa de las diferentes formas presentes en la Tierra se basa fundamentalmente en la carga iónica, el potencial iónico (el cociente entre la carga iónica y el radio iónico) y el número de electrones de la capa de valencia (que define el grado de dureza). La mesa se compartimenta en cinco grandes grupos de formas químicas: los gases nobles, los cationes duros (en los que todos los electrones han sido arrancados de la capa de valencia), los cationes intermedios y blandos (en los que la capa de valencia retiene alguno o bien la mayor parte de electrones), las formas nativas (sin carga a excepción de los gases nobles), y los aniones (los iones negativos, que capturan electrones). En esta distribución se sobreponen unas isolíneas referentes al potencial iónico que definen conjuntos de iones con comportamientos geoquímicos similares.
La agrupación de los cationes en función de su grado de dureza tiene sentido en la medida en que los cationes duros tienden a formar enlaces fuertes con el O2– pero no con el S2–, mientras que los blandos tienden a enlazarse especialmente con el S2– y otros aniones más pesados como el Br– y el I–. En clave geológica, esta diferenciación es importante dado que el oxígeno, en la forma O2–, es el elemento más abundante en el manto y la corteza de la Tierra y, en consecuencia, buena parte de los procesos geoquímicos que tienen lugar vienen condicionados por este hecho. Por otra parte, el azufre también es un elemento importante dado que existe un buen número de elementos, los calcófilos, que tienden a enlazarse dando lugar a sulfuros de tipos metálicos como la esfalerita (ZnS), la estibina (Sb2S3), el cinabrio (HgS) o la galena (PbS).
Uno de los resultados más notables de ordenar los elementos según la carga es que muchos de ellos aparecen varias veces. A consecuencia de este sistema la mayoría de los elementos se representan dos veces (por ejemplo, el uranio aparece como U4+ y U6+), varios se representan tres veces (por ejemplo, el hierro aparece como Fe, Fe2+ y Fe3+) y otros más de tres (por ejemplo, el azufre aparece como S2–, S, S4+ y S6+).
Por cada elemento la tabla muestra el número atómico, la masa atómica, los isótopos presentes en la naturaleza y las cadenas de desintegración radioactiva. Además, para cada forma se especifica su radio (iónico o atómico, dependiendo de su carga) y su nombre asociado. Por ejemplo, en el caso del S6+ se especifica “azufre como sulfato SO42–”, el S4+ “azufre como sulfito SO32–”, el S2– “azufre como sulfuro” y el S nativo simplemente “azufre”.
Recuadro elemento
El tamaño de los símbolos químicos varía según la abundancia del elemento en el conjunto de la corteza terrestre. Las casillas asociadas a cada ion o elemento que integra la tabla periódica incluyen información referente a su abundancia y distribución en los distintos compartimentos geoquímicos terrestres. Mediante un sistema de símbolos muy original, la tabla indica la tendencia de los iones a concentrarse en el núcleo, el manto, las rocas ígneas, los fondos oceánicos, el agua de mar, las aguas fluviales, los sedimentos, los suelos, la atmósfera y, por último, los diferentes tipos de nutrientes necesarios para la vida y. Estas tendencias son producto de un gran número de procesos termodinámicos que, de forma más o menos directa, se relacionan con el equilibrio mineral. En este sentido, la tabla periódica identifica las formas (cargadas o neutras) que forman algunos de los grupos minerales más relevantes presentes en la Tierra como el de los sulfuros, los óxidos, los fluoruros o los minerales nativos.
Sistema de símbolos que indica la tendencia de los iones a concentrarse en el núcleo, el manto, las rocas ígneas, los fondos oceánicos, el agua de mar, las aguas fluviales, los sedimentos, los suelos, la atmósfera y los distintos tipos de nutrientes
Por último, la tabla periódica incluye, en la parte inferior, una serie de esquemas de propiedades físicas de minerales como la compresibilidad, la temperatura de fusión o la solubilidad. Estos gráficos muestran las relaciones que existen entre estas propiedades y el grado de dureza de los cationes que forman los minerales.
Módulo de compresibilidad (Ks en GPa) de los óxidos minerales de cationes duros
Imatge
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Créditos
- Versión 4.8e © 2012 L. Bruce Railsback, Departamento de Geología, Universidad de Georgia, Estados Unidos de América (página del autor, http://railsback.org/PT.html). Versión en catalán a cargo de Miquel Vilà, ICGC (enero de 2019).
- La Versión 4.7 fue publicada el 2004 por la Geological Society of America dentro de la serie Maps & Charts (MCH092).
- La Versión 4.6 de esta tabla fue publicada en la Figura 1 del artículo: Railsback, L.B., 2003: An Earth Scientist’s Periodic Table of the Elements and Their Ions. Geology v. 31 (9): 737-740.
- La publicación de la Versión 4.6 a Geology fue financiada por el proyecto DUE 02-03115 (National Science Foundation).