Tota la matèria en un full de paper

Aquest 2019 se celebra l’Any Internacional de la Taula Periòdica dels Elements, una fita que té origen en la voluntat d’explicar la complexitat de la matèria de la manera més senzilla possible

A tots els que els dissabtes preneu un Bloody Mary mentre llegiu el diari tot esperant l’hora de dinar, us interessarà saber que si el vodka amb què regueu aquest còctel té una graduació alcohòlica de 40 graus és gràcies al químic Dmitri Mendeléiev. Aquest científic rus nascut a Sibèria va fer la tesi doctoral sobre dissolucions i quan a finals del segle XIX va dirigir l’Oficina de pesos i mesures de Rússia, va decidir analitzar el cas de la beguda nacional russa. En aquella època el vodka es produïa amb mètodes i condicions molt diverses i podia tenir des de 10 fins a 50 graus d’alcohol. Mendeléiev va arribar a la conclusió que si la proporció d’alcohol era de 38 graus en volum, la quantitat de calor produïda en el moment de consumir la beguda era tal que en maximitzava el sabor. Per simplificar-ho, va arrodonir el 38 a 40 i l’any següent el govern rus va aprovar el resultat i va emetre la regulació corresponent.

Mendeléiev, però, no és conegut per això sinó per una aportació que va resoldre un dels problemes fonamentals a què s’enfrontaven els químics del segle XIX. La química era aleshores una professió a l’alça i a les escoles tècniques i universitàries hi havia una gran preocupació sobre com ensenyar-la. Es coneixien ja més d’una seixantena d’elements i el repte que treia la son al professorat era com transmetre aquest coneixement als estudiants sense que haguessin de retenir tanta informació de manera purament memorística. És a dir, maldaven per trobar alguna manera d’agrupar els elements que tingués sentit químic.

Mentrestant, Mendeléiev obtenia una beca per anar a Alemanya. Allà va tenir l’oportunitat de treballar amb l’eminent químic Robert Bunsen i també de participar en el primer congrés internacional de químics celebrat a Karlsruhe el 1860, una trobada que seria crucial en la història de la química: allà els químics europeus i americans es van posar d’acord per primera vegada sobre la naturalesa i definició dels conceptes d’àtom, molècula i element. Avui aquests conceptes són molt evidents i gaudeixen d’una acceptació absoluta, però assolir aquest consens no va ser gens fàcil. Malgrat que el físic Richard Feynman sempre deia que si hagués de salvar una sola idea científica per llegar a les generacions futures després d’un apocalipsi es quedaria amb la idea que tot el que veiem està fet d’àtoms, “al segle XIX hi havia molts científics que pensaven que el concepte d’àtom era inútil per a la pràctica diària, com per exemple per fabricar medicaments o per tractar metalls”, explica Agustí Nieto-Galan, catedràtic d’història de la ciència de la Universitat Autònoma de Barcelona.

La idea de Mendeléiev

En la figura de Mendeléiev, doncs, es van conjugar la brillantor intel·lectual, la preocupació per ensenyar química -exercia de professor a Sant Petersburg- i l’aplicació d’un nou consens científic. Per mirar de resoldre el problema d’organitzar els elements, el químic rus fins i tot es va fabricar unes targetes que duia sempre a sobre en què va anotar el nom i les propietats de cadascun dels 63 elements coneguts aleshores. Després d’innombrables passejades pels carrers d’aquella ciutat que segons l’escriptor Andrei Beli posseeixen la qualitat inqüestionable de convertir en ombres els que hi passen, a finals de la dècada del 1860 Mendeléiev es va adonar d’un fet singular: si s’ordenaven els elements en funció del seu pes atòmic -una magnitud que dona una idea de la massa de cada àtom-, s’observaven una sèrie de propietats que apareixien de manera periòdica al llarg de l’ordenació. Vist això, Mendeléiev va reorganitzar les targetes de manera que cada vegada que es repetís la primera propietat comencés una nova columna, per arribar finalment a una organització en forma de taula. Aquests resultats es van presentar el 1869, fa exactament 150 anys.

Aquesta taula no era ni la primera que es proposava ni tenia la forma de la taula periòdica que utilitzem avui. Abans que la de Mendeléiev hi havia hagut moltes propostes, però cap d’elles amb un criteri tan encertat. A mesura que va passar el temps, la taula de Mendeléiev s’aniria modificant fins assolir l’estructura actual. De fet, el terme “taula periòdica” no el va encunyar pas el químic rus, sinó que va aparèixer el segle XX, després de la seva mort.

Segons Nora Ventosa, investigadora de l’Institut de Ciències de Materials de Barcelona (ICMAB) i vicepresidenta de la Societat Catalana de Química, «el descobriment de Mendeléiev és important perquè estableix una relació entre els diversos elements que constitueixen qualsevol objecte de la nostra Terra». Com passa amb moltes idees noves, però, la comunitat científica no va valorar la proposta de Mendeléiev fins al cap d’uns anys. I ho va començar a fer sobretot perquè com a bona idea científica, a més de tenir la capacitat d’explicar millor el que se sabia sobre els elements coneguts, també podia fer prediccions.

En la seva estructura de taula, Mendeléiev hi va descobrir alguns buits, que va omplir amb un interrogant, i va aventurar que els elements que els ocupaven encara no s’havien descobert. Fins i tot es va arriscar a predir les propietats d’aquests elements desconeguts. Per exemple, el buit adjacent a l’alumini havia de correspondre, segons ell, a un metall amb una massa atòmica de 68, un punt de fusió baix per tractar-se d’un metall i una densitat de sis grams per centímetre cúbic. Sis anys més tard, es va descobrir el gal·li, que té una massa atòmica de 69,7, es fon amb la calor de la mà i té una densitat de 5,9 grams per centímetre cúbic. El mateix va passar amb l’escandi, el germani i el tecneci, que no es va descobrir fins 30 anys després de la seva mort. Malgrat aquesta proesa, l’Acadèmia de ciències russa no va acceptar mai Mendeléiev. Tenia, sembla, un tarannà excessivament lliberal.

La diversitat de taules periòdiques

La taula periòdica és una manera sintètica de representar molt visualment la diversitat dels maons que constitueixen la matèria del nostre voltant i veure’n les possibles combinacions. En paraules de Nieto-Galan, “l’ordenació dels elements a la taula periòdica va donar identitat a la química i als químics en relació amb altres científics del segle XIX com els físics; és una contribució genuïna de la química a la filosofia natural i a la composició de la matèria”. Justament per això, tothom la coneix, tothom l’ha estudiada algun cop amb més o menys passió.

De tan omnipresent s’ha convertit gairebé en una icona cultural. Se n’han fet pòsters, samarretes, corbates, tasses i un reguitzell més d’objectes decoratius plantejats amb enginy. Se n’han fet de grosses i de petites. La taula periòdica fixa més grossa és a la paret de la facultat de química de la Universitat de Múrcia i ocupa uns 150 metres quadrats. La més petita la va dur gravada un temps en un cabell el químic britànic Sir Martyn Poliakoff, conegut sobretot per la sèrie de divulgació The periodic table of videos. Aquesta taula en miniatura, que es va dibuixar amb un microscopi electrònic, mesurava menys d’una dècima de mil·límetre de llargada.

Una taula inspiradora

“La idea d’ordenar elements i buscar propietats que es repeteixin es pot exportar més enllà de la química”, sosté Sílvia Simon, directora de la càtedra de cultura científica i comunicació digital de la Universitat de Girona. “Per què no s’ordena grups de rock d’aquesta manera?”, es pregunta Simon. De fet, aquesta exportació s’ha fet ja en alguns camps. La Fundació Alícia, per exemple, va elaborar una taula periòdica de confitures a partir de la seva acidesa. També n’hi ha d’estils de cervesa, de futbolistes, de moviments artístics, d’escriptors i de col·leccions de roba.

A banda d’organitzar elements més o menys curiosos, l’estructura de la taula periòdica també ha inspirat obres d’art. És el cas de Freqüències, inaugurada el 2009 i creada per l’artista Eugènia Balcells, un homenatge visual als elements de la taula periòdica construït a partir dels colors de llum que emet cadascun d’ells. Més lluny, a la Science Gallery de Dublin, es pot visitar en aquests moments l’exposició Elements, en què diversos artistes han partit de la naturalesa de cada element per crear un mosaic d’obres que, al seu torn, conformen una nova taula periòdica.

És probable que la influència de la taula periòdica no acabi aquí, no només per les possibilitats que obre sinó perquè no se sap si és una construcció completa o no. Avui dia hi figuren 118 elements, 55 més que en l’època de Mendeléiev. Al llarg dels anys s’han descobert elements a la natura i se n’han fabricat d’altres en els acceleradors de partícules. De fet, els últims 28 elements descoberts s’han creat en explosions nuclears o en laboratoris -alguns d’ells no s‘han quedat estables més de mil·lèsimes de segon-. La pregunta que obre aquest passat recent és directa: ¿hi ha més elements que els 118 coneguts? Feynman va utilitzar la relativitat per predir que n’hi podien haver fins a 137, però càlculs més recents indiquen que en podrien ser 170. Per saber qui té raó, només cal parar atenció als acceleradors de partícules els propers anys.

L’ANIVERSARI DE LA TAULA PERIÒDICA A CATALUNYA

La Societat Catalana de Química i altres entitats aprofiten l’Any Internacional de la Taula Periòdica per donar a conèixer la importància de la química en la vida quotidiana amb un programa d’activitats que es pot consultar al web www.taulaperiodica.cat. Algunes de les més destacades són:

Acte inaugural: 5 de febrer a l’Institut del Teatre (Barcelona), amb la participació dels professors Pilar González, Santiago Álvarez i l’Orquestra Simfònica del Vallès.

Conferència Qui era Dimitri Mendeléiev, l’enigmàtic químic rus?: 28 de gener, biblioteca Sagrada Família (Barcelona), a càrrec d’Agustí Nieto-Galan.

Renovació de l’exposició Tot és química: a partir del 29 de gener, Museu Nacional de la Ciència i la Tècnica de Catalunya (Terrassa).

Espectacle Ordre i llenguatge a la taula periòdica: 9 de febrer, Centre de Cultura Contemporània de Barcelona, a càrrec dels químics Claudi Mans, Deborah García Bello i Sílvia Simon.

Més continguts de

Blogs de ciència