Na década de 1860, os químicos Lothar Meyer e Dmitri Mendeleev apresentaram independentemente o primeiro sistema periódico. Desde então, o arranjo tabular bem conhecido dos elementos tem sido o princípio orientador da química. Uma equipe de pesquisadores do Instituto Max Planck de Matemática nas Ciências e do Centro Interdisciplinar de Bioinformática da Universidade de Leipzig fornece abordagens computacionais baseadas em extensos conjuntos de dados do banco de dados de química Reaxys que explicam o desenvolvimento dos primeiros sistemas periódicos. Seus resultados são relevantes tanto para a história da ciência quanto para a futura expansão do conhecimento químico.
Em um artigo publicado recentemente na revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS ), os cientistas olham para os primórdios do sistema periódico, cuja estrutura é caracterizada por relações de similaridade e ordem entre os elementos. As tabelas periódicas surgiram do conhecimento dos elementos e compostos químicos existentes ou potencialmente possíveis conhecidos na época. A combinação total desses dois componentes forma o chamado espaço químico. As relações de ordem foram inicialmente estabelecidas com base em pesos atômicos e semelhanças em termos de comunalidade na composição química. À medida que o conhecimento das substâncias químicas cresceu ao longo da história da ciência, o mesmo aconteceu com os sistemas periódicos potencialmente possíveis, influenciados pelo estado do espaço químico da época. "Fomos atraídos pela questão de como a expansão do espaço químico contribuiu para a formação dos primeiros sistemas periódicos. Pouco se sabia sobre isso. Então, investigamos em particular o espaço químico entre 1800 e 1869 para descobrir quão bem a tabela periódica corresponde aos dados químicos no momento de sua formulação", Guillermo Restrepo, líder do projeto no Instituto Max Planck de Matemática nas Ciências descreve o objetivo da equipe de pesquisa.

Expansão do espaço químico entre 1800 e 1869

Sua análise do conhecimento do espaço químico revelou que a tabela periódica dos elementos químicos convergia para uma estrutura básica claramente visível já na década de 1840 e, portanto, já estava codificada no espaço cerca de duas décadas e meia antes de sua formulação.

O primeiro quartel do século XIX foi caracterizado por uma rápida descoberta de elementos químicos e seus compostos, levando a um período instável com uma grande variedade de tabelas periódicas, das quais apenas algumas resistiram ao teste do tempo. Em 1826, a descoberta de elementos desacelerou, permitindo que os químicos explorassem ainda mais as propriedades de substâncias conhecidas e descobrissem compostos que tinham novas valências e, portanto, novas semelhanças entre elementos químicos conhecidos. Essas descobertas persistiram por anos e proporcionaram a consolidação do espaço químico e, portanto, sistemas periódicos bastante estáveis. Entre 1835 e 1845, o sistema continuou a se aproximar de sua estrutura básica, que foi finalmente revelada na década de 1860.

Impacto da química orgânica

Wilmer Leal, doutorando no Instituto Max Planck e na Universidade de Leipzig, descreve o papel essencial da química orgânica na formulação do sistema periódico:entre elementos massivamente representados no espaço químico, como oxigênio, hidrogênio, carbono, nitrogênio e enxofre, e entre metais frequentemente associados a compostos orgânicos, como sódio, potássio, paládio, platina, bário e cálcio. Ao longo do tempo, a abundância de compostos orgânicos obscureceu a identificação de semelhanças entre metais que são mal representados no espaço orgânico."

Em relação aos sistemas periódicos de Lothar Meyer e Dmitri Mendeleev, ambos os químicos já podiam contar com um espaço químico maduro e um conjunto bastante estável de pesos atômicos naquela época. Os sistemas que eles formularam eram, portanto, amplamente consistentes com outros sistemas periódicos que teriam sido possíveis na época, de acordo com a análise computacional.

Reconstrução computacional do espaço químico a partir de pesos atômicos

Para replicar o espaço químico antes de 1869 e explicar o papel dos pesos atômicos conhecidos no século 19, os pesquisadores usaram o banco de dados de química Reaxys e, com base em suas extensas informações, introduziram um algoritmo para ajustar o espaço químico a diferentes conjuntos de pesos. Isso permite que as fórmulas químicas atuais sejam convertidas para se adequarem a qualquer sistema de pesos atômicos. Permite aproximações ao espaço químico conhecido pelos químicos do passado e estima os sistemas periódicos resultantes da época.

Analisando os vários sistemas periódicos formulados ao longo do tempo, os cientistas revelaram que sua estrutura era determinada principalmente pelas semelhanças entre os elementos químicos e menos por sua ordem baseada em pesos atômicos. "Avaliar essas semelhanças foi a parte mais difícil para nós, e os resultados foram bastante surpreendentes. Anteriormente, supunha-se que os sistemas periódicos só poderiam ser formulados se um sistema estável de pesos atômicos fosse fornecido. No entanto, conseguimos demonstrar que mesmo os sistemas instáveis pesos relatados antes de 1860 produziram sistemas periódicos bastante estáveis", diz Peter Stadler, professor do Centro Interdisciplinar de Bioinformática da Universidade de Leipzig.

Revisar com visão

O método apresentado no artigo para formular um sistema periódico para um determinado espaço químico não se limita ao passado, mas também pode ser aplicado a todos os ambientes possíveis, como o estudo de espaços químicos gerados sob condições extremas de pressão e temperatura. A implementação deste método poderia fornecer uma visão abrangente da química em tempo real, o que também teria implicações para o ensino e o futuro da área. Embora sua abordagem seja mais computacional do que histórica, os cientistas esperam que ela possa complementar outras ferramentas da história da química e contribuir para o avanço do conhecimento químico. + Explorar mais

A estrutura oculta do sistema periódico