04.08.2022 - Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften

El espacio determina la disposición

Los investigadores estudian la evolución histórica del sistema periódico de elementos químicos

En la década de 1860, los químicos Lothar Meyer y Dmitri Mendeleev presentaron por separado el primer sistema periódico. Desde entonces, la conocida disposición tabular de los elementos ha sido el principio rector de la química. Un equipo de investigadores del Instituto Max Planck de Matemáticas en las Ciencias y del Centro Interdisciplinario de Bioinformática de la Universidad de Leipzig aporta enfoques computacionales basados en amplios conjuntos de datos de la base de datos de química Reaxys que explican el desarrollo de los primeros sistemas periódicos. Sus resultados son relevantes tanto para la historia de la ciencia como para la futura expansión del conocimiento químico.

En un artículo publicado recientemente en la revista "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS), los científicos se remontan a los inicios del sistema periódico, cuya estructura se caracteriza por las relaciones de similitud y orden entre los elementos. Las tablas periódicas surgieron a partir del conocimiento de los elementos y compuestos químicos existentes o potencialmente posibles que se conocían en aquella época. La combinación total de estos dos componentes forma el llamado espacio químico. Las relaciones de orden se establecieron inicialmente sobre la base de los pesos atómicos y las similitudes en cuanto a la composición química común. A medida que el conocimiento de las sustancias químicas fue creciendo a lo largo de la historia de la ciencia, también lo hicieron los posibles sistemas periódicos, influidos por el estado del espacio químico de la época. "Nos atrajo la cuestión de cómo la expansión del espacio químico contribuyó a la formación de los primeros sistemas periódicos. Se sabía poco al respecto. Así que investigamos en particular el espacio químico entre 1800 y 1869 para descubrir hasta qué punto la tabla periódica se corresponde con los datos químicos en el momento de su formulación", describe el objetivo del equipo de investigación Guillermo Restrepo, jefe del proyecto en el Instituto Max Planck de Matemáticas en las Ciencias.

Expansión del espacio químico entre 1800 y 1869

Su análisis del conocimiento del espacio químico reveló que la tabla periódica de los elementos químicos convergía en una estructura básica claramente visible ya en la década de 1840, por lo que ya estaba codificada en el espacio unas dos décadas y media antes de su formulación.

El primer cuarto del siglo XIX se caracterizó por el rápido descubrimiento de elementos químicos y sus compuestos, lo que dio lugar a un periodo inestable con una gran variedad de tablas periódicas, de las que sólo unas pocas resistieron la prueba del tiempo. En 1826, el descubrimiento de elementos se ralentizó, lo que permitió a los químicos seguir explorando las propiedades de las sustancias conocidas y descubrir compuestos que tenían nuevas valencias y, por tanto, nuevas similitudes entre los elementos químicos conocidos. Estos descubrimientos se prolongaron durante años y permitieron consolidar el espacio químico y, por tanto, sistemas periódicos bastante estables. Entre 1835 y 1845, el sistema continuó acercándose a su estructura básica, que finalmente se reveló en la década de 1860.

Impacto de la química orgánica

Wilmer Leal, estudiante de doctorado en el Instituto Max Planck y la Universidad de Leipzig, describe el papel esencial de la química orgánica en la formulación del sistema periódico: "El auge de la química orgánica en la década de 1830 desempeñó un papel fundamental al facilitar el reconocimiento de las similitudes entre elementos masivamente representados en el espacio químico, como el oxígeno, el hidrógeno, el carbono, el nitrógeno y el azufre, y entre metales a menudo asociados a compuestos orgánicos, como el sodio, el potasio, el paladio, el platino, el bario y el calcio. Al mismo tiempo, la plétora de compuestos orgánicos oscureció la identificación de similitudes entre metales poco representados en el espacio orgánico".

En cuanto a los sistemas periódicos de Lothar Meyer y Dmitri Mendeleev, ambos químicos podían contar ya con un espacio químico maduro y un conjunto de pesos atómicos bastante estable en aquella época. Por tanto, los sistemas que formularon eran en gran medida coherentes con otros sistemas periódicos que habrían sido posibles en aquella época, según el análisis computacional.

Reconstrucción computacional del espacio químico a partir de los pesos atómicos

Para reproducir el espacio químico anterior a 1869 y tener en cuenta el papel de los pesos atómicos conocidos en el siglo XIX, los investigadores utilizaron la base de datos de química Reaxys y, a partir de su amplia información, introdujeron un algoritmo para ajustar el espacio químico a diferentes conjuntos de pesos. Esto permite convertir las fórmulas químicas actuales para adaptarlas a cualquier sistema de pesos atómicos. Permite realizar aproximaciones al espacio químico conocido por los químicos del pasado y estimar los sistemas periódicos resultantes de la época.

Al analizar los distintos sistemas periódicos formulados a lo largo del tiempo, los científicos revelaron que su estructura estaba determinada principalmente por las similitudes entre los elementos químicos y menos por su orden basado en los pesos atómicos. "Calibrar estas similitudes fue la parte más difícil para nosotros, y los resultados fueron bastante sorprendentes. Antes se suponía que los sistemas periódicos sólo podían formularse si se daba un sistema estable de pesos atómicos. Sin embargo, pudimos demostrar que incluso los pesos inestables de los que se informó antes de 1860 producían sistemas periódicos bastante estables", afirma Peter Stadler, profesor del Centro Interdisciplinario de Bioinformática de la Universidad de Leipzig.

Revisión con visión

El método presentado en el artículo para formular un sistema periódico para un espacio químico determinado no se limita al pasado, sino que puede aplicarse a todos los entornos posibles, como el estudio de espacios químicos generados en condiciones extremas de presión y temperatura. La aplicación de este método podría proporcionar una imagen completa de la química en tiempo real, lo que también tendría implicaciones para la enseñanza y el futuro del campo. Aunque su enfoque es más computacional que histórico, los científicos esperan que pueda complementar otras herramientas de la historia de la química y contribuir al avance del conocimiento químico.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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