¿Por qué el cuarto y quinto período de elementos contienen 18 elementos?

La expansión de la tabla periódica: ¿Por qué el cuarto y quinto periodo tienen 18 elementos?

La tabla periódica es una herramienta fundamental en la química que organiza los elementos según sus propiedades químicas y electrónicas. En la estructura de esta tabla, encontramos un patrón interesante: los primeros tres periodos contienen 2, 8 y 8 elementos, respectivamente. Sin embargo, a partir del cuarto período, se produce una expansión notable, con 18 elementos en cada uno. ¿Por qué?

La clave de esta expansión radica en el llenado de los orbitales d. Los metales de transición, característicos de estos periodos, presentan electrones en los orbitales d, los cuales se encuentran a un nivel energético ligeramente superior a los orbitales s y p del mismo nivel.

La adición de estos orbitales d introduce un nuevo subnivel de energía, lo que permite la incorporación de un mayor número de elementos en el cuarto y quinto períodos.

Para comprenderlo mejor, recordemos que cada nivel de energía (n) en el átomo contiene un número específico de orbitales:

• n=1: 1 orbital (s)
• n=2: 4 orbitales (1 s + 3 p)
• n=3: 9 orbitales (1 s + 3 p + 5 d)

En los tres primeros períodos, se llenan los orbitales s y p, que corresponden a un total de 8 electrones. Sin embargo, en el cuarto período, además de llenarse los orbitales 4s y 4p, también se comienzan a llenar los orbitales 3d, que se encuentran a un nivel energético ligeramente superior.

Este proceso de llenado de los orbitales d provoca que se añadan 10 nuevos elementos (Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn) a los 8 elementos ya existentes (K, Ca, Ga, Ge, As, Se, Br, Kr). En total, el cuarto período contiene 18 elementos.

La misma lógica se aplica al quinto período, donde el llenado de los orbitales 4d introduce 10 nuevos elementos (Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd), sumándose a los 8 elementos correspondientes a los orbitales 5s y 5p (Rb, Sr, In, Sn, Sb, Te, I, Xe).

En resumen, la expansión a 18 elementos en el cuarto y quinto períodos de la tabla periódica se debe al llenado de los orbitales d, característica distintiva de los metales de transición. Este proceso, al añadir subniveles energéticos, incrementa significativamente la cantidad de elementos en esos periodos.