3.1 Misteris i informacions amagats a la Taula Periòdica

Quan vam escalfar l’enciam van anar sortint substàncies gasoses fins que al final va quedar una substància negra. Era la substància elemental carbó, la mateixa que ens serveix per fer dibuixos.

Aquest carboni era un element que ja devia ser a la fulla d’enciam, però formant, amb més elements, unes altres substàncies, que anomenem compostes, amb un aspecte ben diferent. L’imaginem com un munt àtoms de carboni que es conserven en els canvis i no es poden convertir en un altre element/àtom.

A finals del segle XVIII Lavoisier, la seva dona Mari-Anne i el seu equip de col·laboradors, van aclarir per primer cop la diferència entre una substància elemental, feta d’un sol element i una substància composta, que en té més d’un. Les substàncies elementals no es poden descompondre en altres. Totes les substàncies compostes estan formades per combinacions de substàncies elementals.

Vet aquí alguns exemples:

  • el sulfur de ferro, que trobem al mineral anomenat pirita, és un compost dels elements ferro i sofre
  • el clorur de sodi, que és la sal de taula, està format pels elements clor i sodi
  • hidrogen i oxigen, com és prou conegut, són els elements que formen l’aigua
  • sucre, farina, aspirina… i moltíssimes substàncies més (tot i que cal saber molta química per poder-ho demostrar!) contenen únicament els elements carboni, hidrogen i oxigen

Hi ha milions de substàncies compostes, però de substàncies elementals –i per tant, d’elements– n’hi ha un nombre molt menor.

És pràctic conèixer les substàncies simples perquè, en conjunt, ens mostren quins són els àtoms químics que hi ha a la Naturalesa. Si sabem con funcionen entendrem una mica millor com funcionen les substàncies químiques.

Abans de Lavoisier ja es coneixien algunes substàncies elementals: els metalls nobles, com l’or i la plata, amb els quals es feien joies, els metalls que s’utilitzaven per a les armes (ferro, plom) i els que servien per fer els utensilis de la llar (coure).

Es coneixia també el carboni, el sofre, el mercuri i el fòsfor. Però encara no se’ls relacionava amb els “elements”: semblaven unes substàncies com les altres, que es transformaven… però tornaven a aparèixer de nou en noves reaccions.

En l’època de Lavoisier es van identificar uns quantes substàncies elementals més: l’oxigen, l’hidrogen, el nitrogen i més metalls, fins arribar a unes 30 substàncies elementals, que Lavoisier considerava “elements dels materials”.

Al llarg del segle XIX se’n van anar descobrint més i més, en gran part degut a la descomposició de substàncies compostes mitjançant electròlisi; així es descobriren i aïllaren, per exemple, el metall sodi i el gas clor. També gràcies a l’anàlisi de la llum que desprenien les substàncies incandescents, com en el cas de l’heli, que veurem més endavant.

Saber si una substància era elemental o composta va ser una tasca molt difícil. Identificar una nova substància elemental o un nou element era un gran esdeveniment. Penseu que s’estaven identificant les “peces” que formaven tots –tots!– els materials de la Terra i de l’Univers.

El descobridor li donava un nom representatiu: per les característiques de l’element, per les seves creences o per alguna anècdota relativa al seu descobriment. Veureu que hi ha una gran varietat de noms bonics i interessants!

(Podeu consultar el llibre “Las maravillas de la Tabla Periódica” de Rita Linares. Cali: Ed. Universidad del Valle).

1. Consulta els noms dels elements de la Taula Periòdica i tria’n un que t’agradi. Busca informació per saber com es va descobrir i quin és el significat del seu nom. Explica com es va descobrir l’element i per què se li va posar el nom que té.

Diries que es pot descobrir abans un element que la seva substància elemental? Pot semblar estrany, però és possible. Va passar quan Marie Curie va descobrir el radi o quan Jenssen va identificar l’heli en el Sol.

Això passa quan els àtoms d’un element són capaços de donar el seu senyal, independentment de quin sigui el seu entorn.

En aquest dibuix, Marie Curie i el seu marit, Pierre Curie, mostren a un visitant el clorur de radi, que llueix en la foscor… Els Curie havien descobert un nou element, el radi, el 1989. Però no va ser fins al 1910 que Marie, ja vídua, aconseguiria d’obtenir el metall radi pur.

Substàncies elementals i substàncies compostes

Per nosaltres és ben senzill saber si una substància és elemental o composta… si ens diuen el seu nom químic. Ho podeu comprovar amb alguns d’ells. Veieu quin és “el truc”?

2. Quines d’aquestes substàncies podrien ser elementals? Quines podrien ser compostes?

a) Una pols verda, carbonat de coure

b) Un metall, el plom

c) Uns cristalls blaus, sulfat de coure

d) Uns cristalls grocs, sofre

e) Uns cristalls blancs, clorur de sodi

f) Una pols vermella, fosfor

g) Un gas incolor, oxigen

h) Un gas incolor, diòxid de carboni

Però per estar-ne segurs, necessitem la Taula Periòdica! Allà no hi ha noms com ara ‘etanol’ o ‘sucre’, hi ha només el nom dels elements i de les substàncies elementals que tenen el mateix nom (per ex., no hi trobem ‘diamant’ sinó ‘carboni’; però hi trobem noms com ferro, coure, plata…)

Com es poden ordenar tants elements?

Versió primitiva de la taula de Mendeléiev datada el 1869

L’embolic de l’elevat nombre d’elements químics es va resoldre quan es van poder classificar. Molts químics importants del segle XIX ho intentaren segons diferents criteris, però no se’n sortien.

Els elements es varen classificar quan es van saber les masses atòmiques correctes dels 69 elements que es coneixien en aquell moment, l’any 1869.

Ho varen fer els químics Lothar Meyer i Dmitri Mendeléiev, treballant un a Alemanya i l’altre a Rússia.

Quan van ordenar els elements segons les masses atòmiques, varen veure que les propietats químiques es repetien periòdicament. Mendeléiev va enunciar la Llei Periòdica i va confegir una taula en la qual els elements varen quedar ordenats en files i columnes.

La Taula Periòdica actual és un magnífic resultat d’aquesta tasca, sense la qual seria molt difícil aprendre química. Si es sap llegir bé, ens parla del passat i del futur de la química… i de la història interminable dels elements i dels seus àtoms… no tan indestructibles com semblava, per cert!

3. Fixeu-vos que queden ordenats els elements i no les substàncies elementals! Com explicaríeu clarament quina és la diferència entre els uns i les altres? Us pot ajudar la Taula Periòdica que han elaborat a una escola.

El joc de la Taula Periòdica

El joc consisteix en “fer de Mendeléiev”.

Segons una anècdota força fiable, Mendeléiev va intuir la Llei Periòdica quan preparava les seves classes de química. Cercava la manera d’explicar als seus alumnes de manera senzilla la diversitat d’elements i substàncies i de les seves reaccions. Havia preparat una targeta per a cada element, en la qual havia anotat la massa atòmica i les propietats químiques i físiques d’algunes de les substàncies que el contenen.

Amb tot això, buscava la manera de ordenar-les. Quan les va posar per ordre creixent de masses atòmiques es va adonar que les propietats es repetien de manera periòdica.

Per això, quan hi estigueu jugant caldrà que recordeu les reaccions químiques que coneixeu, especialment aquelles en les que heu pogut intervenir i les substàncies, tant les elementals com les compostes, que heu anat coneixent.

Per exemple, hem vist canvis químics ben interessants: la combustió del carbó, la de l’espelma, i la d’un fruit sec, la interacció entre l’hidrogencarbonat (bicarbonat) de sodi i els àcids alliberant diòxid de carboni

Coneixem substàncies com l’aigua, el clorur de sodi, el carbonat de calci, el diòxid de carboni, el diòxid de silici (quars), el sulfat de coure, el sofre, l’oxigen, l’hidrogen, el carbó

I també l’electròlisi de l’aigua. Va ser tan important aquesta reacció que encara ara podem parlar en general dels canvis químics dient que es produeixen entre elements que es comporten com l’hidrogen (fan ions positius, donen electrons) i elements que es comporten com l’oxigen (fan ions negatius, agafen electrons).

Quines més? Pensem-hi! D’aquesta manera veurem quins són els àtoms que ens interessa conèixer, a quins altres s’assemblen i quin panorama global ens mostren de química en el món.

Ara ja podeu començar el joc, disposats a pensar, a imaginar i a incorporar noves informacions sobre substàncies, per tal que comprengueu el significat i la importància de la Taula Periòdica i del seu fonament teòric: la Llei Periòdica.

A cada grup seguiu les regles del joc i poseu en comú les informacions, preguntes i conclusions que aneu obtenint, de manera que pugueu anar construint la vostra pròpia taula periòdica… incompleta, esclar.

I la referència a l’aigua ha estat molt útil a la química

Què necessiteu?

Un conjunt de targetes en les quals hi consta el nom i símbol dels elements i algunes de les seves propietats.

Cada grup rebrà 20 targetes, cadascuna amb el nom de l’element i les característiques d’algunes de les substàncies que forma. Una d’elles se la quedarà el professor/a.

Què fareu?

4. Ordeneu les 19 targetes restants segons la massa atòmica de l’element, una al costat de l’altra.

a) Quan trobeu un element semblant a un dels que ja heu posat, canvieu de fila i poseu la targeta sota l’element que presenta propietats similars. Us poden quedar llocs buits.

b) Mendeléiev va preveure les propietats de tres elements que corresponien a tres llocs que li quedaven buits a la taula. Com que esteu fent de Mendeléiev, podeu preveure com serà l’element que s’ha quedat el professor? Perquè us la torni, caldrà que ho encerteu!

c) De manera semblant, podeu preveure algunes propietats de l’element 35?

d) Un cop tingueu la Taula elaborada, compareu-la amb la Taula Periòdica “oficial” de l’Annex 5. Comproveu que heu col·locat correctament els elements de les vostres targetes. Afegiu ara els números d’ordre a la vostra Taula.

e) Posa aquí els resultats que acordeu entre tots plegats:

Una mica d’història química

Dmitri Mendeléiev va néixer a Tobolsk, Sibèria, l’any 1834 i va morir l’any 1907 a Sant Petersburg. Tot i les dificultats econòmiques de la seva família, va poder estudiar a la Universitat. Un cop graduat en química va obtenir una beca per treballar a Heidelberg, Alemanya. El 1860 va assistir a l’històric congrés internacional de química de Karlsruhe, a Alemanya mateix, on es varen establir les masses atòmiques dels elements, unes informacions que li havien de resultar molt útils. De nou a Rússia, va començar a fer de professor l’any 1867.

L’any 1869 va enunciar la Llei Periòdica: els elements, quan s’ordenen segons la seva massa atòmica, mostren una periodicitat de les seves propietats. La seva ‘Classificació Periòdica dels elements’ li va permetre, fins i tot, intuir les propietats d’elements que encara no s’havien descobert i que, efectivament, es confirmarien després de la seva mort.

Mendeléiev va tenir un gran disgust amb les recerques de Marie i Pierre Curie a París, que varen posar en evidencia la complexitat interna dels àtoms. Considerava que un àtom que no era “massís” no seria irreductible tal com correspon a un element químic. Va pensar que la seva estimada Taula estava en perill. Però s’equivocava: els nous descobriments, que van enriquir els nostres coneixements sobre els àtoms, la varen fer encara més interessant.

Pierre i Marie Curie al seu laboratori

Conclusions d’aquest apartat

5. Heu fet bé de Mendeléiev? Vegem-ho.

a) Quins elements heu encertat? I quins no? Per què?

b) Quines regularitats et criden més l’atenció?

c) Quins noms d’elements personalment t’han agradat més?

d) Pot ser que la repetició periòdica de les propietats químiques dels elements / àtoms ens estigui donant alguna informació de com deuen ser els àtoms?

◀︎ 3. La Taula Periòdica

3.2 Com són els àtoms dels elements?…que mai van sols! ►

Hits: 9