En la década de 1860, los químicos Lothar Meyer y Dmitri Mendeleev presentaron de forma independiente 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 el Centro Interdisciplinario de Bioinformática de la Universidad de Leipzig proporciona enfoques computacionales basados ​​en extensos 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 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 del conocimiento de los elementos y compuestos químicos existentes o potencialmente posibles conocidos en ese momento. La combinación total de estos dos componentes forma el llamado espacio químico. Las relaciones de orden se establecieron inicialmente en función de los pesos atómicos y las similitudes en términos de similitud en la composición química. A medida que creció el conocimiento de las sustancias químicas a lo largo de la historia de la ciencia, también lo hicieron los sistemas periódicos potencialmente posibles, influenciados por el estado del espacio químico de la época. "Nos atrajo la pregunta de cómo la expansión del espacio químico contribuyó a la formación de los primeros sistemas periódicos. Poco se sabía al respecto. Entonces, investigamos en particular el espacio químico entre 1800 y 1869 para descubrir qué tan bien funcionaba la tabla periódica. corresponde a los datos químicos al momento de su formulación”, describe el objetivo del equipo de investigación Guillermo Restrepo, líder del proyecto del 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 elementos químicos convergió en una estructura básica claramente visible ya en la década de 1840 y, por lo tanto, ya estaba codificada en el espacio unas dos décadas y media antes de su formulación.

El primer cuarto del siglo XIX se caracterizó por un rápido descubrimiento de elementos químicos y sus compuestos, lo que condujo a un período inestable con una amplia variedad de tablas periódicas, de las cuales solo unas pocas resistieron la prueba del tiempo. En 1826, el descubrimiento de elementos se hizo más lento, lo que permitió a los químicos explorar más a fondo las propiedades de las sustancias conocidas y descubrir compuestos que tenían nuevas valencias y, por lo tanto, nuevas similitudes entre los elementos químicos conocidos. Estos descubrimientos persistieron durante años y proporcionaron la consolidación del espacio químico y, por lo tanto, sistemas periódicos bastante estables. Entre 1835 y 1845, el sistema siguió 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 surgimiento de la química orgánica en la década de 1830 desempeñó un papel clave para facilitar el reconocimiento de similitudes entre elementos que están masivamente representados en el espacio químico, como oxígeno, hidrógeno, carbono, nitrógeno y azufre, y entre metales frecuentemente asociados a compuestos orgánicos, como sodio, potasio, paladio, platino, bario y calcio. tiempo, la plétora de compuestos orgánicos oscureció la identificación de similitudes entre metales que están pobremente representados en el espacio orgánico".

Con respecto a los sistemas periódicos de Lothar Meyer y Dmitri Mendeleev, ambos químicos ya podían contar con un espacio químico maduro y un conjunto de pesos atómicos bastante estable en ese momento. Los sistemas que formularon eran, por lo tanto, en gran medida consistentes con otros sistemas periódicos que habrían sido posibles en ese momento, según el análisis computacional.

Reconstrucción computacional del espacio químico a partir de pesos atómicos

Para replicar el espacio químico anterior a 1869 y dar cuenta del papel de los pesos atómicos conocidos en el siglo XIX, los investigadores utilizaron la base de datos de química Reaxys y, basándose en su amplia información, introdujeron un algoritmo para ajustar el espacio químico a diferentes conjuntos de pesos. Esto permite que las fórmulas químicas actuales se conviertan para adaptarse a cualquier sistema de pesos atómicos. Permite aproximaciones al espacio químico conocido por los químicos del pasado y estima los sistemas periódicos resultantes de la época.

Al analizar los diversos 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. "Medir estas similitudes fue la parte más difícil para nosotros y los resultados fueron bastante sorprendentes. Anteriormente se suponía que los sistemas periódicos solo podían formularse si se proporcionaba un sistema estable de pesos atómicos. Sin embargo, pudimos demostrar que incluso los sistemas inestables los pesos informados antes de 1860 produjeron sistemas periódicos bastante estables", dice Peter Stadler, profesor del Centro Interdisciplinario de Bioinformática de la Universidad de Leipzig.

Revisar con visión

El método presentado en el documento para formular un sistema periódico para un espacio químico determinado no se limita al pasado, sino que también se puede aplicar a todos los entornos posibles, como el estudio de espacios químicos generados bajo condiciones extremas de presión y temperatura. La implementación 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 en la historia de la química y contribuir al avance del conocimiento químico. + Explora más

La estructura oculta del sistema periódico