La icónica tabla de elementos ha servido bien a la química durante 150 años. Pero no es la única opción, y los científicos están empujando sus límites.
Artículo de Ciencia del New York Times, traducido por ProfeQuíMICA
Entre sus muchos logros, la tabla periódica permitió a la química finalmente arrojar la mancha de la alquimia. Newton fue de poca ayuda a este respecto: estaba obsesionado con la "química", sinónimo de alquimia, según el Oxford English Dictionary, y con la identificación de la piedra filosofal que transmutaría los metales básicos en oro.
Artículo extraído y traducido de: New York Times / Ciencia / Tabla periódica
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Artículo de Ciencia del New York Times, traducido por ProfeQuíMICA
Alex Eben Meyer
Por Siobhan Roberts
27 de agosto de 2019 Actualizado 11:12 am ET
Cuando Sir Martyn Poliakoff, químico de la Universidad de Nottingham, se enteró de un juego llamado Periodic Table Battleship, no pudo evitar imaginar la perspectiva de un jugador de la flota invertida de elementos del oponente.
Esto catalizó una idea loca. En mayo - coincidiendo con el Año Internacional de la Tabla Periódica, que marca su 150 aniversario de la Unesco - Sir Martyn y colaboradores, incluyendo a su hija, Ellen Poliakoff, un psicólogo experimental de la Universidad de Manchester, publicado un documento con una recomendación: “Al girar el Tabla periódica al revés".
"Desde 1869, generaciones de químicos han propuesto variaciones en el formato para mejorar la tabla, hacerlo más claro o simplemente para hacerlo más divertido", escribieron.
La icónica tabla periódica de elementos, ideada por el químico ruso Dmitri Mendeleev, es una matriz bidimensional de los elementos químicos, ordenada por número atómico y ordenada 18 por orbitales. Presenta un esquema de patrones y tendencias que permite a los científicos predecir propiedades elementales, reactividades e incluso nuevos elementos. Se le ha llamado "Piedra de Rosetta de la naturaleza", "el mapa del químico" y "probablemente la recopilación de conocimiento más compacta y significativa que se haya inventado".
"Al igual que si miro un mapa de los Estados Unidos y estoy en Maine, puedo decir que las temperaturas allí serán más bajas que si estuviera en Florida", dijo Gregory Girolami en una entrevista conjunta con su esposa, Vera Mainz. Ambos son químicos inorgánicos en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Junto con Carmen Giunta, una química en Le Moyne College en Syracuse, organizaron un simposio del 150 aniversario, celebrado esta semana durante la reunión nacional de la American Chemical Society en San Diego.
"Si me dices que un elemento está en cierto lugar", dijo el Dr. Girolami, "puedo decirte muchas cosas al respecto, ya sea un metal o no, si es abundante en la tierra o no, simplemente al notar su ubicación en la tabla periódica ".
El Dr. Mainz agregó: "Si desea comunicarse con una raza alienígena, coloque una tabla periódica, porque ese arreglo es universal, sin importar dónde se encuentre".
La base de datos de tablas periódicas de Internet enumera más de 1,000 versiones, incluida una tabla de escasez elemental , así como variaciones de magdalenas, reloj, Lego y haiku, así como algunas adaptaciones más técnicas. El matemático y músico Tom Lehrer lo puso a la música (por Gilbert y Sullivan), y el químico italiano, escritor y sobreviviente de Auschwitz Primo Levi lo utilizó como base para una memoria idiosincrásica ("La tabla periódica").
"Muchas personas parecen creer que solo existe una tabla periódica verdadera, que existe o está esperando ser descubierta, y hacen todo lo posible para debatir la validez de los diferentes tipos", dijo el Dr. Poliakoff, que es un usuario de YouTube. personalidad con la serie de videos periódicos , producida por Brady Haran. (En la reunión de la ACS, el Dr. Poliakoff recibió un premio en honor a su trabajo de interpretación de la química para el público en general). "Creo que la mayoría de los tipos son igualmente válidos y solo depende de lo que intente mostrar".
La versión invertida tenía como objetivo mostrar el valor de una nueva perspectiva. "No estamos afirmando que nuestra versión sea de alguna manera 'más correcta' que la tabla tradicional", escribieron los autores. "Mirar un problema desde un nuevo punto de vista a menudo da lugar a nuevas ideas".
¿Por qué no alfabético?
La tabla periódica aportó solidez a un campo de investigación que durante mucho tiempo había sido blando. Sir Isaac Newton, en la consulta 31, una sección en su trabajo de 1717 "Opticks", enumeró y clasificó los compuestos químicos de acuerdo con su reactividad. En 1718, la primera "tabla de afinidad" del químico francés Étienne François Geoffroy clasificó la reactividad de los materiales en forma gráfica. Observadores cercanos de la naturaleza observaron que ciertos elementos químicos como el litio, el sodio y el potasio, conocidos hoy como metales alcalinos, eran todos blandos y flotaban en el agua. Pero tales clasificaciones cualitativas ofrecían solo una base inestable .
Los avances comenzaron en 1860 cuando Stanislao Cannizzaro, un químico italiano, fundamentó la discusión sobre el peso atómico . Hubo listas contradictorias de pesos atómicos que circulaban en ese momento, y diferentes suposiciones sobre lo que constituía un átomo versus una molécula. Cannizzaro produjo una lista de los pesos atómicos de los elementos conocidos, junto con una justificación de los valores, que entregó como folleto en una conferencia en Karlsruhe, Alemania.
"Eso abrió la puerta a lo que me gusta llamar el descubrimiento simultáneo de seis personas, durante un período de aproximadamente siete años, que culminó en Mendeleev", dijo Eric Scerri, historiador y filósofo de la ciencia en la Universidad de California, Los Ángeles, y un experto en la historia de la tabla periódica. (En octubre, Oxford University Press publicará una edición actualizada de su libro "La tabla periódica: su historia y significado").
En 1862, el geólogo francés Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois produjo una mesa tridimensional, que inscribe elementos alrededor de un cilindro de metal. John Newlands, un químico de azúcar en Londres, organizó los elementos en orden de peso atómico, en grupos de ocho, de acuerdo con la "ley de las octavas".
"Se rieron y desestimaron", dijo el Dr. Scerri. (Un crítico preguntó: ¿Por qué no un orden alfabético?)
El químico británico William Odling descubrió la "ley periódica", propiedades de una familia de elementos que se repiten, aproximadamente, a intervalos regulares. Gustavus Hinrichs, un inmigrante danés a los Estados Unidos, propuso un pedido radial. "Lo llamo la tabla periódica de la rueda de bicicleta", dijo el Dr. Scerri.
Lothar Meyer, un químico alemán, creó una tabla periódica parcial en 1864 y una versión más completa en 1869. "Estructuralmente, las tablas de Meyer y Mendeleev fueron muy similares", dijo Alan Rocke, un historiador científico de la Universidad Case Western Reserve, quien dio una charla sobre Meyer en el simposio de aniversario de ACS.
Inicialmente, la periodicidad de la tabla y sus notables poderes predictivos parecían un "misterio numerológico", dijo el Dr. Rocke. En el siglo XX, la periodicidad llegó a explicarse por la física cuántica, específicamente, la física de cómo los electrones orbitan el núcleo. El litio, el sodio y el potasio, que se alinean muy bien en la primera columna vertical de la tabla, el Grupo Uno, los metales alcalinos, con rubidio, cesio y francio, todos tienen un electrón en su capa externa de electrones.
Ambos químicos construyeron muchas tablas durante muchos años, ajustándolas en respuesta a nuevos descubrimientos y mejores datos. Finalmente, Mendeleev ganó. Cuando surgieron brechas en los patrones de sus tablas, hizo predicciones sobre lo que debería aparecer. Algunos estaban equivocados, pero predijo con precisión la existencia de tres elementos: galio, germanio y escandio.
"La predicción es psicológicamente dramática", dijo el Dr. Scerri. "Si un científico predice algo y se hace realidad, hay un sentido en el que ese científico conoce los secretos de la naturaleza, o casi sabe el futuro". Pero la ciencia rara vez avanza por revolución, dijo el Dr. Scerri: "La ciencia es una actividad llevada a cabo por cientos de miles de investigadores, todos contribuyendo a la imagen general que eventualmente emerge".
Ese fue un tema en el simposio de aniversario. Brigitte Van Tiggelen, historiadora de química en el Instituto de Historia de la Ciencia en Filadelfia, habló sobre el trabajo de Ida Noddack, una química alemana que descubrió el renio, y Lise Meitner, una física austriaco-sueca que, con Otto Hahn, descubrió el protactinio. El Dr. Tiggelen es editor de un nuevo libro, "Mujeres en su elemento", que explora más de 30 historias similares, incluida, por supuesto, la de Marie Curie, quien descubrió dos elementos, el radio y el polonio, y ganó dos veces el Premio Nobel.
"Presentamos la historia como una empresa comunitaria", dijo el Dr. Tiggelen.
Adiós alquimia
Entre sus muchos logros, la tabla periódica permitió a la química finalmente arrojar la mancha de la alquimia. Newton fue de poca ayuda a este respecto: estaba obsesionado con la "química", sinónimo de alquimia, según el Oxford English Dictionary, y con la identificación de la piedra filosofal que transmutaría los metales básicos en oro.
Durante varios años, William Newman, historiador de la ciencia en la Universidad de Indiana, ha estado replicando el trabajo de Newton en el banco de laboratorio y, más recientemente, ha tratado de identificar los ingredientes de la preparación de Newton.
"Algunos de los compuestos que Newton hizo no están en nuestras bibliotecas de datos", dijo el Dr. Newman, quien recientemente publicó un libro, " Newton el alquimista: ciencia, enigma y la búsqueda del 'fuego secreto' de la naturaleza" . sintetizando nuevos materiales que aún pueden no haber sido descubiertos 300 años después ".
Incluso a la luz brillante de la ciencia moderna, las reacciones químicas siguen siendo profundamente cautivadoras, dijo el Dr. Scerri: "En una mezcla física, obtienes la suma de las partes cuando mezclas A con B." En química, combinas A y B y obtienes algo cualitativamente nuevo ".
Considere la reacción entre el sodio, un metal venenoso plateado y el cloro, un gas venenoso verde. "Cuando reaccionan juntos, producen algo completamente diferente, que no solo es no venenoso", y un blanco cristalino, "sino esencial para la vida, a saber, la sal", dijo el Dr. Scerri. "Eso es mágico".
Y una especie de alquimia funciona en las zonas crepusculares de la tabla periódica, donde los físicos nucleares y los radioquímicos empujan los límites con nuevos elementos. El elemento natural más pesado en la mesa es el uranio, con el número atómico 92 (porque tiene 92 protones en su núcleo). Pero la tabla periódica contiene aún más; el más pesado hasta ahora es el elemento 118, oganesson, un elemento "superpesado" con 118 protones y una vida media de medio milisegundo. Fue sintetizado por primera vez en 2002 por Yuri Oganessian y un equipo intercontinental ruso-estadounidense en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear en Dubna, al norte de Moscú.
Comenzando en 2020, los científicos intentarán sintetizar elementos 119 y 120, con un recién inaugurado Superheavy Elemento Factor Y y un aparato experimental que es 100 veces más sensible . Esperan alcanzar la "isla de la estabilidad", una región legendaria de la tabla periódica poblada por elementos superpesados con mayor longevidad.
Al igual que la caja de Pandora, el descubrimiento de elementos superpesados presenta preguntas difíciles, dijo el Dr. Oganessian. ¿Se comportarán estos elementos de la manera que predice la tabla periódica? Hasta ahora, solo se esperan algunas desviaciones en el comportamiento. Pero a medida que aumentan los números atómicos, las desviaciones aumentarán rápidamente, desafiando la integridad esquemática de la tabla periódica.
¿Se mantendrá la tabla periódica? O como Pekka Pyykkö, un químico computacional de la Universidad de Helsinki, lo puso en el título de un artículo de 2016: “ ¿Está bien la tabla periódica ('PT OK')? Probablemente, con modificaciones, concluyó. El Dr. Pyykkö formuló una tabla periódica que clasifica químicamente los elementos hasta el número atómico 172.
El Dr. Pyykkö señaló, sin embargo, que la probabilidad de encontrar el más pesado de los elementos superpesados es menor que golpear una pelota de golf en Tokio y hacer un hoyo en uno en la cima del Monte Fuji.
Si los científicos tienen suerte, los elementos súper superpesados resultantes podrían incluso tener núcleos con formas exóticas, como una dona.
"Nadie cree en eso", dijo el Dr. Pyykkö. "Pero es una posibilidad teórica". Otra posibilidad es un núcleo que contiene un número mágico de protones o neutrones o, idealmente, ambos, es decir, un número suficiente para organizarse en capas subatómicas completas.
"Los núcleos doblemente mágicos, de los cuales existen muchos, tienden a tener la mayor estabilidad", dijo el Dr. Pyykkö. "Si pudieras encontrar un doble núcleo mágico, entonces tendrías las mejores posibilidades".
Artículo extraído y traducido de: New York Times / Ciencia / Tabla periódica
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