TEMES

La taula periòdica a la butxaca

Descripció d'una taula periòdica de butxaca amb mostres reals de la major part de substàncies elementals i alguns compostos

Els autors d'aquesta entrada som Claudi Mans, Àngel Palomar Vidal, Pep Anton Vieta i Josep Duran, orgullosos posseïdors de sengles taules periòdiques com la que es descriu al text.

Les taules periòdiques amb elements reals

Aquest any 2019, Any Internacional de la Taula Periòdica i dels Elements Químics, deuen haver estat centenars o milers els centres d'ensenyament que han construït taules periòdiques amb objectes reals a cada casella. Aquests objectes són de la substància elemental corresponent, quan és fàcil d'obtenir, o d'algun compost de l'element. Aquesta idea va començar, probablement, amb la taula periòdica del Science Museum de Londres. El príncep i lingüista francès Louis Lucien Bonaparte [+], nebot de Napoleó, va començar cap al 1890 una col·lecció d'elements reals, dels quals va aconseguir-ne més de cinquanta. El príncep va cedir la seva col·lecció al South Kensington Museum, predecessor del Science Museum, que la va exposar fins al 1990, i enguany la torna a exhibir, un cop reorganitzada. El conegut neuròleg i escriptor Oliver Sacks [+] s'hi ha referit en algun dels seus llibres. El Science Museum n'ha fet una exhibició i una pàgina interactiva [+].

Les taules periòdiques amb objectes reals són avui una activitat reproduïda per tot el món. Molts col·leccionistes han pres el repte de fer-se la seva pròpia taula periòdica. El més conegut i famós és Theodore Gray,[+] que ha divulgat la seva col·lecció en un magnífic llibre i un pòster. El 2011, amb motiu de la celebració de l‘Any Internacional de la Química, el llibre The Elements va ser traduït al català per la SCQ-IEC i la UAB i enguany se n'ha fet la segona edició. També Bill Gates té a l'oficina una taula periòdica amb mostres reals que ocupa tota una paret. En un altre estil, el divulgador català Marc Boada [+] està confegint una col·lecció de metalls, que ell mateix extreu dels minerals corresponents, i que de tant en tant exposa.

Si no vols gastar temps buscant elements, són diverses les cases comercials que ofereixen col·leccions d'elements estructurats com a taula periòdica o elements individuals.

L'empresa Periodic Table, del Regne Unit, que té Theodore Gray en el seu equip, ofereix taules periòdiques de totes les dimensions i qualitats, fetes a mida. Per exemple, ven una tauleta de cafè amb elements incrustats [+] per 9.500 dòlars. Subministren des de capsetes amb tubets dels elements fins a taules periòdiques murals. Afirmen que tenen fetes més de cinquanta instal·lacions per tot el món.

L'empresa Luciteria, dels EUA [+], fa cubs de 50 mm de costat amb mostres d'elements força grosses, inclosos elements dins de tubs d'assaig micro com el brom; mostres de neptuni amb altres metalls (diuen que "limitat a un milió de mostres per comprador..."), triti, americi... Tot a preus exorbitants, de 90 dòlars per un metall com el plom a 995 per l'or (una autèntica moneda d'or bizantina) o 2.500 dòlars per una peça d'iridi metàl·lica de 14 g.

figura_1_bis_0.jpg

Figura 1. La taula periòdica manual

La taula periòdica de butxaca. Descripció

Sense volar tan alt, som molta gent els qui enguany hem comprat una taula periòdica dels elements amb mostres reals. El fabricant és Heritage [+]. Creiem que pot ser interessant una descripció detallada, tant per la peça en si mateixa com per les tecnologies que han hagut de desenvolupar per fabricar-la, i les limitacions amb què s'han trobat.

La taula és un paral·lelepípede rectangular de polimetacrilat de metil transparent (PMMA), material conegut en el món anglosaxó com acrylic. És un termoplàstic amorf i molt transparent, fabricat en aquest cas per l'empresa Lucite, del grup Mitsubishi Chemicals. Hi ha molts altres fabricants amb productes de marques diferents però de propietats similars. Les mides de la taula periòdica són: 154 mm d’ample, 115 mm d’alt i 26 mm de gruix. Pesa 555 g. El bloc té en el seu interior una taula periòdica d’estil convencional amb mostres d'elements o compostos en la major part de caselles. Segueix els darrers models de la IUPAC, és a dir, divuit grups, set períodes i amb lantànids i actínids separats en files inferiors, amb 15 elements per fila. Hi ha 83 caselles amb mostres d’elements o compostos. Les 35 caselles buides corresponen als següents elements:

  • Tecneci (Z=43): radioactiu, que cal preparar in situ quan s'usa als hospitals.
  • Prometi (61): radioactiu i escassíssim.
  • Del poloni (84) al curi (96) (11 caselles, excepte el tori (90) i l’urani (92)): no hi ha mostres per la seva radioactivitat o la seva escassetat.
  • Del berkeli (97) a l’oganessó (118) (22 caselles): són elements sintètics radioactius només existents en el moment que se sintetitzen, i que ràpidament es desintegren.

La informació que es dona de cada element és el nombre atòmic, símbol, nom en anglès i massa atòmica. En el cas dels elements radioactius dels quals no hi ha mostra, hi apareix també el símbol internacional de substància radioactiva.

Composició de les mostres

Hi ha dos tipus de mostres: les substàncies elementals pures, de les quals n'hi ha 72, i els compostos, dels quals n'hi ha 11, alguns amb una mica de la substància elemental. Algunes substàncies elementals pures són trossets de la substància, però altres estan suportades en alguna matriu inerta, com el cas dels gasos, el sofre (16), el iode (53) o el bari (56). De cada element o compost hi ha una mostra d’uns 5 mm de dimensió màxima. 

Els compostos que conté aquesta taula periòdica són els que es detallen a continuació, amb l'explicació del perquè és compost i no substància elemental.

Els metalls alcalins no han pogut ser inclosos en la taula per la seva reactivitat, i són substituïts per compostos. El compost de liti (3) és l'òxid Li2O amb traces del metall. El sodi (11) és representat pel peròxid de sodi Na2O2 amb traces del metall. Del potassi hi ha el seu superòxid, KO2. El rubidi (37) hi és com a lepidolita amb rubidi K(Li,Al,Rb)2(F, OH)2,[Si4O10], mineral que és una sal complexa. El mateix passa amb el cesi (55), representat pel mineral pol·lucita (Cs,Na)2 Al2 Si4O12-H2O.

Alguns altres metalls també hi són com a compostos. L'estronci (38) hi és com a òxid SrO amb traces del metall. El mercuri (80) està en forma del mineral cinabri HgS, vermell. I l'urani (92) és un tros del mineral autunita, Ca(UO2)2(PO4)2·10-12H2O.

Els halògens gasosos o líquids ataquen la major part de resines i les tornen no transparents. Per això no se'ls ha pogut incloure com a microbombolles dins de resina plàstica, com sí que s'ha fet amb altres gasos. Per això hi ha compostos: per al fluor (9), la fluorita CaF2; per al clor (17), l'hexacloroplatinat de potassi K2PtCl6, que té un to verd que recorda el color del clor gas. Per al brom (35), el bromur de ferro (III) FeBr3. En canvi el iode (53), molt menys reactiu, hi és present com a iode elemental incorporat a una resina plàstica.

La resta d'elements hi són com a substàncies elementals de procedència molt diversa. Són tots els metalls restants, sòlids i estables, que permeten ser manipulats fàcilment. Alguns són metalls natius conformats, com l’or (79), la plata (47) o el platí (78). Molts s’han obtingut per reducció a partir de diversos minerals, i estan en formes molt variades: com a làmines fines (alumini (13) o ferro (26)), com a filferros (rodi (45) o estany (50)); o també l’element cristal·litzat, com el vanadi (23), l’antimoni (51) o el bismut (83). Val a dir que el procés artesanal de construcció d'aquestes taules periòdiques a partir de mostres tan heterogènies fa que hi hagi diferències d'aspecte entre les taules, com es pot detectar en les fotos que il·lustren aquesta entrada.

També hi ha molts gasos elementals purs, que, com s'ha dit, s'han inclòs en una resina en forma de microbombolletes. Han sofert aquest tractament els següents gasos: hidrogen (1), heli (2), nitrogen (7), oxigen (8), neó (10), argó (18), criptó (36) i xenó (54).

figura_2_tp_0.jpg

Figura 2. Uns quants elements de la part central de la taula.

Comentaris sobre alguns elements

Per assegurar-ne l'estabilitat, algunes mostres s'han recobert de polièster. És el cas dels compostos de liti (3), sodi (11) i potassi (19), i dels metalls zinc (30) i pal·ladi.(46).

Hi ha diverses substàncies de color característic. Destaquen el sofre (16), groc, que és en pols i englobat en resina plàstica; el fòsfor (15) en la seva varietat al·lotròpica de fòsfor vermell; el coure (29), taronja, i l'or (79), groc. S'ha citat ja el sulfur de mercuri (80), vermell, i el compost de clor (17), verdós. El carboni (6) és un tros de bloc de grafit negre. La major part de metalls són negres o grisos.

Hi ha dos elements radioactius: el tori (90) com a metall, i l'urani (92) en forma del compost autunita. Però la poca quantitat de mostra i la relativament baixa radioactivitat que tenen fan que un detector Geiger convencional no detecti radiació quan se li acosta aquesta taula periòdica.

És curiosa la procedència de la peça de silici (14), treta d'una làmina del metall, usada en la indústria electrònica.

No sembla haver-hi errors en els textos de la taula, excepte en el luteci (71), que està etiquetat com a lutenium en lloc de lutetium, que és la denominació correcta en anglès. 

Fabricació

Els objectes amb inclusions es fabriquen seguint una pauta comuna. Es crea una base amb el monòmer en forma de resina líquida i catalitzador, del gruix adequat, que en la taula que es descriu és de 8 mm. Un cop polimeritzada i solidificada la base, s’hi diposita la matriu de números i lletres que constitueixen les caselles i la marca de l’empresa, per un procediment basat en impressió digital. A continuació, manualment es dipositen les mostres dels elements, que s’han hagut de preparar prèviament segons la naturalesa de l’element (trossets de metall o mineral, resines amb bombolletes de gas, partícules incloses en resina plàstica). I finalment s’omple el motlle amb més resina líquida i catalitzador, procurant que les mostres no es moguin de lloc. El procés té lloc amb un buit parcial per evitar la formació de bombolles d’aire. Un cop polimeritzada i solidificada la part superior de la peça, es deixa refredar i es poleix. 

En el cas del PMMA [+], que és el material amb què es fa aquesta taula, se sol polimeritzar usant metiletilcetona com a catalitzador. La reacció és exotèrmica, i cal procedir lentament per tal d’evitar moviments de la massa en reacció que puguin pertorbar la posició de les mostres, i al mateix temps que es pugui anar evacuant lentament la calor generada.

Adquisició

La taula periòdica Heritage es pot adquirir online per diverses vies. L'ofereixen la mateixa empresa [+] i plataformes com Etsy eBay, a preus variables, al voltant dels 200 dòlars i despeses d’enviament.. Hi ha també la possibilitat de comprar una versió amb defectes de fabricació, com mostres d’elements desplaçades, o errors òptics en l’acrílic, per 80 dòlars o menys. L’èxit de la taula ha generat també vies dubtoses d’adquisició, quan no directament fraudulentes, que es dediquen al phishing: alguns d’aquests enllaços fraudulents són www.jinniestore.comwww.dscarf.com, i www.pearsandpeaches.com, que anuncien la taula per 79 dòlars. Molt econòmic, però arriscat. 

***************

Aquesta taula és una molt bona forma que els alumnes i persones interessades –no sempre coincideixen– puguin veure d'una ullada tota la taula periòdica sense haver de fer grans inversions ni desplaçaments. Amb aquesta taula periòdica a la butxaca pots portar amb tu la immensa majoria dels elements que configuren l'univers... No és poca cosa.

figura_3_tp_0.jpg

Figura 3. Esquerra: uns quants elements més. Dreta: la casella de l'element or.

Contacta amb Divulcat