La vida i l'univers, explicats en 118 elements químics: 150 anys de la taula periòdica

Què tenen en comú el ferro, l'arsènic, el radó, el potassi i el molt menys conegut gadolini? Tots són elements químics, i, per tant, tots tenen el seu lloc a taula periòdica dels elements. El 2019 va ser declarat per la Unesco l'Any Internacional de la Taula Periòdica, per commemorar que fa 150 anys justos que el rus Dmitri Mendeléiev la va dissenyar.

La taula periòdica no és només una eina imprescindible per als químics i per a molts no químics. També s'ha convertit en una icona cultural que trobem en samarretes, corbates, gorres, tasses o bosses, que apareix en algunes pel·lícules i que ha inspirat cançons i poemes.

I això dona peu a nombroses activitats. Les que s'han organitzat a Catalunya es poden trobar a la web www.taulaperiodica.cat i la Universitat de Barcelona ha publicat el llibre "150 anys de taules periòdiques a la Universitat de Barcelona", amb edició de Santiago Álvarez i Claudi Mans. Amb textos en català, castellà i anglès, mostra l'evolució de la taula periòdica a Catalunya. Inclou taules periòdiques de molt diverses menes: pintades a l'oli, magnètiques, murals, de butxaca, de ceràmica, concebudes com a jocs de construcció, etc.

El disseny de Dmitri Mendeléiev

El 1869, el disseny de Mendeléiev va posar ordre entre un nombre creixent d'elements químics. Ja se'n coneixien 63 -ara són 118- i s'havien fet intents de classificar-los per les seves propietats. Va ser el químic rus qui ho va aconseguir. Es va basar en la massa atòmica, que s'havia definit com la quantitat de cada element que es combinava amb un gram d'hidrogen. La massa atòmica de l'hidrogen, la de referència, era, doncs, 1.

Molts químics ho havien intentat abans, però tot just havien estat capaços d'agrupar uns quants elements per les seves característiques. Com ara tres amb les anomenades tríades de Döbereiner i vuit amb les octaves de Newlands. Aquest darrer tenia formació musical i havia observat que ordenant els elements, el vuitè tenia semblances amb el primer, tal com després de les set notes musicals torna a aparèixer el Do.

S'hi va acostar una mica més l'alemany Julis Lothar Meyer. Però Mendeléiev no només va publicar primer el seu sistema, que era més complet, sinó que es va atrevir a deixar uns espais buits i pronosticar que corresponien a elements que encara no s'havien descobert. Els va anomenar en relació a altres de coneguts amb els prefixos eka-, dvi- y tri-, de les paraules que en sànscrit signifiquen un, dos i tres. Així especificava si el nou element estaria un, dos o tres llocs més avall.

Per tant, l'eka-alumini estava situat just a sota de l'alumini. El 1875 es va descobrir un nou element que es va anomenar gal·li i que tenia unes propietats de massa atòmica, densitat, punt de fusió i característiques de l'òxid i del clorur, molt semblants a les que havia predit el químic rus per a l'eka-alumini. Era una confirmació de la validesa del seu sistema.

De la mateixa manera, l'eka-bor corresponia a l'escandi, aïllat el 1879. I l'eka-silici al germani, descobert el 1886. Les propietats calculades per Mendeléiev s'assemblaven molt a les reals.

Molts més anys es va haver d'esperar per trobar l'eka-manganès, perquè correspon al tecneci, el primer element artificial, que no es va sintetitzar fins al 1937.

A la natura, només 92 elements

Dels elements de la taula, només 92 es poden trobar a la natura. Són els que van de l'hidrogen, el número 1, al plutoni, el número 94, amb dues excepcions: el tecneci i el prometi, que són artificials. Però només 80 són totalment estables -la resta existeixen com a elements radioactius que es desintegren i i es poden transformar en altres.

A part del tecneci i el prometi, són també artificials tots a partir del 95, l'americi. La síntesi d'aquests elements que no es troben a la Terra han permès allargar la taula. S'obtenen fent xocar un element amb un altre o bombardejant-lo amb nuclis atòmics o partícules subatòmiques com el neutró.

D'aquesta forma s'ha arribat als 118 elements. El darrer de la taula, l'oganessó, es va obtenir el 2002 -el 113, el 115 i el 117 es van sintetitzar més tard. I és l'únic element que porta el nom d'un científic encara viu: el rus Yuri Oganessian.

Obtenir nous elements no és fàcil ni barat. I quan s'aconsegueix, se n'obtenen uns pocs àtoms que es mantenen estables fraccions de segon. El temps just per demostrar-ne l'existència i esbrinar-ne algunes propietats. El químic i divulgador Philip Ball oferia al gener, a la revista "Nature", una recepta per obtenir l'element 119:

"Pren uns pocs mil·ligrams de berkeli, un rar metall radioactiu que només es pot obtenir en reactors nuclears. Bombardeja la mostra amb feixos d'ions de titani, accelerats fins aproximadament la desena part de la velocitat de la llum. Mantén-ho així al voltant d'un any i sigues pacient. Per cada deu trilions d'ions de titani que colpegen la diana de berqueli -cosa d'un any de feixos- l'experiment produirà probablement només un àtom de l'element 119".

No és una feina molt moguda i animada, però té la seva recompensa, com explica el mateix article amb paraules de Matthias Schädel, que ha participat en la síntesi de diversos nous elements en el Centre Helmholtz de Recerca en Ions Pesants de Darmstadt (Alemanya):

"Seure en una sala de control durant hores, dies, potser setmanes, només buscant el llargament esperat senyal d'un detector, pot ser molt avorrit i cansat. Malgrat això, observar el primer esdeveniment pot ser més excitant i alegre, i un enorme alleujament."

Icona cultural

La taula periòdica s'ha convertit en eina i emblema per als químics, però també s'ha revelat element ornamental i icona cultural. Convida a fer jocs, com ara compondre paraules i fins i tot frases amb els símbols dels elements. Per dir-ne un de molt senzill: PaU, amb els símbols del protoactini i l'urani.

L'artista Eugènia Balcells és autora de l'obra "Homenatge als elements". Cada un està representat amb el seu espectre d'emissió, que és una mena de DNI personal i intransferible. Són les bandes de radiació que emet un element quan se li transfereix energia. Està instal·lada de forma permanent a la biblioteca de la Facultat de Física i Química de la Universitat de Barcelona, en Centre d'Investigació i Desenvolupament del CSIC, en el Cosmocaixa i a la Maxine Greene High School de Nova York.

En música, cal destacar "Elements químics 2018", del químic i compositor Ernest Giralt, una obra per a orquestra que consta de 118 fragments breus, cadascun inspirat en un dels 118 elements coneguts actualment. L'autor diu que també evoca els trencadís utilitzat en moltes obres per Antoni Gaudí.

El cantant i matemàtic americà Tom Lehrer va compondre una cançó el 1959 en què esmentava a gran velocitat tots els elements coneguts fins aquell any. I acabava dient: "I n'hi deu haver molts altres, però encara no s'han descobert."

També apareix en pel·lícules i sèries. La careta de "Breaking Bad" destaca els símbols químics que es troben dintre dels noms dels actors. I a "Big Bang Theory" apareix una cortina de dutxa amb la taula periòdica. I al primer capítol de la sèrie "Stranger Things", ambientat a l'any 1983, hi apareix una taula periòdica amb elements que encara no s'havien descobert en aquella data.

De la literatura al futbol i les melmelades

En literatura, l'obra emblemàtica és "El sistema periòdic", del químic i escriptor Primo Levi. En capítols titulats amb el nom d'un element explica les seves vivències, des dels anys d'estudiant fins a episodis relacionats amb la seva feina, passant per records de l'època de presoner dels nazis i per algunes històries de ficció.

El físic i poeta David Jou té, dintre de la seva amplíssima obra, un poema titulat "La taula periòdica".
Acaba així:

"Venim de més enllà d'aquestes peces, anem no sabem on, però quin goig, haver pogut comprendre rere d'elles la bellesa d'una lògica del món!"

La taula periòdica dels elements químics n'ha inspirat d'altres. Hi ha taules periòdiques de cerveses, de la literatura, del feminisme, de l'ortografia, de tipografia, de les pel·lícules, dels personatges mítics... I, entre moltes altres, aquesta de confitures i melmelades, elaborada el 2007 per la Fundació Alícia i el Museu de la Confitura. Estan classificades per la seva acidesa i pel contingut en sucres i pectina, una substància vegetal que s'utilitza com gelificant i estabilitzadora.

L'escriptor esportiu Nick Holt ha elaborat i descrit en un llibre la "La taula periòdica del futbol". Té 108 "elements": futbolistes que han destacat en algun moment de la història d'aquest esport. Les divuit columnes agrupen jugadors que tenen les mateixes propietats. Xavi Hernández i Michael Laudrup pertanyen al grup dels catalitzadors i Maradona i Cristiano Ronaldo es troben entre els explosius. També hi ha els metalls preciosos Pelé, Di Stefano, Beckenbauer, Cruyff, Platini i Messi.

I relacionada amb el futbol també trobem la imatge del compte oficial de Twitter del Betis, que, a més, recorda la careta de la sèrie "Breaking Bad".

Hi ha taules de mides extremes. La més gran del món és a la façana de la Facultat de Química de la Universitat de Múrcia. Cadascuna de les 118 caselles fa 75 centímetres quadrats i tota la taula ocupa 150 metres quadrats.

I la més petita fa 0,1x 0,05 mil·límetres. Va ser impresa en un cabell del professor Martyn Poliakoff, conegut divulgador de la química. Li van regalar el 2010 pel seu aniversari.

Fa 150 anys Mendeléiev va aconseguir posar ordre en els elements químics. Va ser un pas imprescindible per a l'avenç de la química. El que probablement mai no hauria imaginat és que la seva troballa seria tan popular i donaria tant de joc fora de l'àmbit estricte d'aquesta ciència.