Educació Química EduQ

Educació Química

EduQ

La taula periòdica

La taula periòdica, una àgora de l’art i la ciència

Què diu i què no diu la taula periòdica

L’origen còsmic de la taula periòdica

Taules periòdiques menys convencionals

Educació Química EduQ

Juny 2013, número 15

Editors

Fina Guitart, CESIRE-CDEC, SCQ, Barcelona

Aureli Caamaño, SCQ, Barcelona

Consell Editor

Josep Corominas, Escola Pia, Sitges

Jordi Cuadros, IQS-URL, Barcelona

Josep Durán, UdG, Girona

Pere Grapí, INS Joan Oliver, Sabadell

Mercè Izquierdo, UAB, Barcelona

Claudi Mans, UB, Barcelona

Àngel Messeguer, CSIC, Barcelona

Neus Sanmartí, UAB, Barcelona

Montse Tortosa, INS Ferran Casablancas, Sabadell

Amparo Vilches, UV, València

Consell Assessor

Consell Assessor Catalunya / Espanya

Joan Aliberas, INS Puig Cadafalch, Mataró

Miquel Calvet, INS Castellar, Castellar del Vallès

Francesc Centellas, UB, Barcelona

Regina Civil, Escola Sakado, Barcelona

Anicet Cosialls, INS Guindàvols, Lleida

Carlos Durán, Centro Principia, Màlaga

Xavier Duran, TV3, Barcelona

Josep M. Fernández, UB, Barcelona

Dolors Grau, UPC, Manresa

Paz Gómez, INS Provençana, l’Hospitalet de Llobregat

Elvira González, Centro de Ciencias, Bilbao

Pilar González Duarte, UAB, Barcelona

Ruth Jiménez, UAL, Almeria

Teresa Lupión, Centro de Recursos UMA, Màlaga

María Jesús Martín-Díaz, IES Jorge Manrique, Madrid

Conxita Mayós, Departament d’Ensenyament, Barcelona

José María Oliva, UCA, Cadis

Gabriel Pinto, UPM, RSEQ, Madrid

Marta Planas, UdG, Girona

Anna Roglans, UdG, Girona

Núria Ruiz, URV, Tarragona

Olga Schaaff, Escola Rosa dels Vents, Barcelona

Marta Segura, Escola Pia Nostra Senyora, Barcelona

Rosa Maria Tarín, UAB, Barcelona

Romà Tauler, IDAEA-CSIC, Barcelona

Gregori Ujaque, UAB, Barcelona

Nora Ventosa, ICMAB-CSIC, Barcelona

Josep Anton Vieta, UdG, Girona

Consell Assessor Internacional

María del Carmen Barreto, Universitat de Piura, Perú Liberato Cardellini, U. Politecnica delle Marche, Itàlia

Agustina Echeverria, Universitat Federal de Goiás, Brasil

Sibel Erduran, Universitat de Bristol, Regne Unit

Odilla Finlayson, Universitat de Dublín, Irlanda

Andoni Garritz , UNAM, Mèxic

Lidia Galagowsky, Universitat de Buenos Aires, Argentina Marcelo Giordan. Universitat de São Paulo, Brasil

Gisela Hernández, UNAM, Mèxic Èric Jover, Observatori de la Sostenibilitat d’Andorra Isabel Martins, Universitat d’Aveiro, Portugal Eduardo Mortimer, Universitat de Minas Gerais, Belo Horizonte, Brasil

Carlos Javier Mosquera, Universitat Distrital, Bogotà, Colòmbia Fátima Paixão, Castelo Branco, Portugal Vincent Parbelle, Lycée La Martinière, Lió, França Ilka Parchmann, Universitat de Kiel, Alemanya Mario Quintanilla, Pontifícia Universitat Catòlica, Xile Santiago Sandi-Urena, Universitat de Tampa, Florida, EUA Wilson dos Santos, Universitat de Brasília, Brasil Vicente Talanquer, Universitat d’Arizona, EUA

Societat Catalana de Química (SCQ) http://scq.iec.cat/scq/index.html

President: Romà Tauler filial de l’ Institut d'Estudis Catalans (IEC) Barcelona. Catalunya. Espanya

Impressió: Gráficas Rey

ISSN: 2013-1755

Dipòsit Legal: B-35770-2008

Editorial

Per què un monogràfic sobre la taula periòdica? . . . . . .3

Aureli Caamaño, Fina Guitart i Pilar González Duarte

Monografia: La taula periòdica

Divulgació de la química

La taula periòdica, una àgora de l’art i la ciència

Santiago Alvarez

Actualització de continguts

Què diu i què no diu la taula periòdica

Pilar González Duarte

L’origen còsmic de la taula periòdica

David Jou

Taules periòdiques menys convencionals

Claudi Mans i Teixidó

Recerca en didàctica de la química

¿Qué enseñar en secundaria sobre la tabla periódica?

Antonio Joaquín Franco-Mariscal i José María Oliva-Martínez

Estratègies didàctiques

Diseña tu propia tabla periódica

Antxon Anta Unanue

Informacions

Una nova taula periòdica per a l’ensenyament secundari

Jordi Cuadros Margarit

Imatge de portada: Eugènia Balcells i el seu Homenatge als elements instal·lat al vestíbul del Centre d'Investigació i Desenvolupament del CSIC a Barcelona, durant l'acte d'inauguració que va tenir lloc el dia 11 d'abril de 2013. Fotografia de S. Alvarez.

4

19

25

34

43

53

62

Editorial

el present número d’Educació Química EduQ sobre la taula periòdica, coordinat per la professora Pilar González, continua la sèrie de monogràfics iniciada al número 14, «Ensenyar quí mica per indagació». Agraïm a la doctora Pilar González Duarte l’excel·lent coordinació que ha fet del monogràfic sobre la taula periòdica, que ha reunit articles d’experts tan notables com Santiago Alvarez, Pilar González, David Jou i Claudi Mans. Ens ha semblat oportú completar aquest monogràfic amb dos articles més, «¿Qué enseñar en secundaria sobre la tabla periódica?», dels professors Joaquín Franco i José María Oli va, i «Diseña tu propia tabla periódica», d’Antxon Anta, que exemplifiquen investigacions i activitats d’aula relacionades amb la taula periòdica.

El primer article mostra els resultats d’una investigació sobre els continguts que es poden ensenyar en el tema de la taula periòdica i s’hi presenten diferents propostes de seqüenciació d’aquests continguts i algunes implicacions didàctiques.

El segon descriu una activitat per a l’ESO amb l’objectiu de motivar l’alumnat per a l’estudi de la taula periòdica i

Per què un monogràfic sobre la taula periòdica?

S’ha escrit molt sobre la taula periòdica, que no només ha gaudit d’una llarga vida, sinó que al llarg d’aquesta ha man tingut, ampliat i consolidat la seva vigència. La pregunta òbvia és, doncs, si es pot aportar quelcom nou, si no està tot dit sobre la taula periòdica. La resposta sorgeix de l’enorme trans cendència de la taula periòdica en el camp de la química i de la constant evolució d’aquesta branca de la ciència. En paral· lel a la química, l’aplicació de la taula periòdica ha anat can viant al llarg del temps, i avui el seu ús és força diferent del que va tenir des del seu descobriment fins a mitjan segle xx

L’interès que desperten els grans descobriments científics i les obres d’art universals es manté al llarg dels segles. Això es deu al fet que, dins del propi camp de coneixement, supo sen un punt d’inflexió molt notori, el qual marca un abans i un després. Però també es deu al fet que la influència del descobriment o de l’obra d’art molt sovint depassa els límits de la seva pròpia àrea de coneixement.

És en aquest context que Educació Química EduQ ha proposat a diversos científics catalans, ben coneguts en el món de la recerca i de l’ensenyament de les ciències experimentals, que facin una revisió de la taula periòdica des dels seus res pectius camps d’especialitat.

En l’article «La taula periòdica, una àgora de l’art i la cièn cia», Santiago Alvarez dóna una àmplia perspectiva de les relacions de la taula periòdica amb el món de les arts plàs tiques, la música, la literatura, el cinema i els còmics. Tam bé fa una especial referència a la taula periòdica de l’artista contemporània Eugènia Balcells, d’una gran originalitat i espectacularitat, tal com es palesa a la imatge que trobareu a la coberta d’aquest número d’Educació Química EduQ. San tiago Alvarez, professor de química a la Universitat de Bar celona, es distingeix per una àmplia projecció internacional. Addicionalment a la seva intensa dedicació a la recerca, és l’organitzador de les trobades bianuals NOSIC (Not Stricktly Inorganic Chemistry), que tenen com a objectiu principal explorar els terrenys fronterers de la química amb altres ciències, amb les humanitats i amb les arts.

Des d’una perspectiva de molts anys de dedicació a la docència de la química general i inorgànica en l’àmbit uni versitari, l’article de Pilar González Duarte, «Què diu i què no diu la taula periòdica», planteja qüestions relatives a llur

l’aprenentatge dels elements, alhora que potencia la compe tència oral en diferents llengües.

Esperem que aquesta iniciativa d’editar números monogrà fics, que continuarà en el número 16 amb el tema «Història i naturalesa de la química», permetrà anar disposant de reculls d’articles al voltant de temes d’especial interès en l’ensenyament de la química, i que constituirà una bona font d’actualització de coneixements sobre els temes trac tats, així com un excel·lent recull de recursos didàctics.

ensenyament i utilitat, la qual (contràriament al que es pot pensar) és funció directa del nivell de coneixements químics que té l’observador. Les conseqüències d’aquest fet són importants i afecten molt particularment els continguts i la metodologia dels cursos en què els alumnes s’introdueixen en el món de la química per primer cop.

L’article de David Jou, «L’origen còsmic de la taula periòdica», palesa com la física nuclear, l’astrofísica i la cosmologia donen una dimensió temporal, de milers de milions d’anys, als ele ments químics, i com expliquen la seva genealogia dins de la immensitat de l’univers. Els poemes de David Jou La taula periòdica i Gènesi, particularment adients per a aquest monogràfic, els podeu trobar a la pàgina 32 d’aquest número d’Educació Química EduQ. David Jou és professor de física a la Universitat Autònoma de Barcelona, té un amplíssim currículum de recer ca i també una àmplia producció literària, que inclou temes científics i llibres de poemes sobre temes molt diversos.

Claudi Mans dedica el seu article «Taules periòdiques menys convencionals» als centenars de taules periòdiques que s’han anat proposant al llarg dels anys amb finalitats ben diverses, les quals inclouen l’optimització de la taula periòdica con vencional, l’ampliació d’informació relativa a elements o compostos químics i també l’aprofitament del mateix format de la taula per a temes no directament relacionats amb el món de la química. Claudi Mans, professor emèrit de quími ca de la Universitat de Barcelona, ocupa un lloc destacat en el món de la divulgació científica al nostre país i ha publicat diversos llibres (qui no recorda el seu best-seller La truita cremada?) que permeten aprendre i, simultàniament, passar una molt bona estona. Sens dubte, el secret per assolir aquesta fita requereix una bona combinació de solidesa cien tífica, claredat de conceptes i un llenguatge atractiu i planer.

Pilar González Duarte Coordinadora del monogràfic «La taula periòdica»

Fina Guitart i Aureli Caamaño Editors d’Educació Química EduQ

La taula periòdica, una àgora de l’art i la ciència

The periodic table, a meeting point for art and science

Santiago Alvarez / Universitat de Barcelona. Departament de Química Inorgànica i Institut de Química Teòrica i Computacional

resum

Aquest article pretén mostrar com la taula periòdica dels elements és un punt de trobada entre les diferents ves sants de la cultura: humanística, artística i científica. Aquesta icona de la química i els seus components són font d’inspiració per als creadors, alhora que un model per a l’organització visual d’elements d’informació de tot tipus de coneixements. Per aquesta raó, la taula periòdica és una eina pedagògica de primera magnitud no tan sols per a l’ensenyament de la química, sinó també per establir ponts entre disciplines. Amb aquest propòsit es mostren exemples relacionats amb la música, la literatura, les arts plàstiques, els còmics i el cinema.

paraules clau

Taula periòdica, música, literatura, art, còmics, cinema, comunicació visual.

abstract

This article is an attempt to show how the periodic table of the elements is a meeting point for the different facets of our culture: humanistic, artistic and scientific. This icon of chemistry together with its components constitute a source of inspiration for creators, as well as a model for the visual organization of information elements in many fields of knowledge. For that reason, the periodic table is a first rate pedagogical tool, not only for teaching chemis try, but also for building bridges with other disciplines. With this purpose, examples related to music, literature, fine arts, cartoons and films are given.

keywords

Periodic table, music, literature, art, cartoons, movies, visual communication.

Introducció

La taula periòdica dels elements és l’àgora on es troben art, ciència i cultura per dialogar sobre la matèria, la llum, la història, la llengua i la vida. És una eina docent extraordinària que permet establir ponts entre la cultura humanística i la ciència. En paraules de Levi (2011): «Si repassem els noms dels elements, veiem que constitueixen un mosaic pintoresc que s’estén en el temps, des de la llunyana prehistòria fins a avui, en el qual afloren potser totes les llengües i civilitzacions d’Occident: els nostres misteriosos pares indoeu· ropeus, l’antic Egipte, el grec dels

grecs, el grec dels hel·lenistes, l’àrab dels alquimistes, els orgullosos nacionalistes del segle passat i fins el sospitós internacio nalisme d’aquesta postguerra».

La taula periòdica dels elements és l’àgora on es troben art, ciència i cultura per dialogar sobre la matèria, la llum, la història, la llengua i la vida

És responsabilitat de l’escola evitar que en les joves ments dels estudiants es perpetuï la compar·

timentació del coneixement que inevitablement implica l’estruc· turació de l’ensenyament en assignatures. Hauríem, doncs, de proporcionar los la xarxa neuro· nal que connecta els diversos territoris de la nostra cultura, en el sentit més ampli del terme, sense discriminar les vessants científiques de les humanístiques. El propòsit d’aquest article és oferir vos alguns exemples de temes que es poden tractar des de les dues perspectives, prenent com a excusa els elements químics i la seva classificació periòdica, amb l’objectiu de difuminar les fronteres artificials entre les mal anomenades dues

cultures (Snow, 1977). Així ho fa el fotògraf Juan Manuel Castro Prieto, que ha estat capaç de captar la commovedora imatge d’una taula periòdica pintada a mà a la façana d’una escola rural d’Etiòpia (fig. 1) com un element més d’un estudi visual sobre els etíops i el seu medi (Castro Prieto, 2009). Un contrapunt cultural a aquesta imatge ens el proporcio· na la taula periòdica instal·lada pel professor de Química d’una escola de Higdon (Alabama, EUA) al sostre de l’aula on fa classe, amb la intenció de contrarestar altres focus d’atracció per als alumnes, com ara playstations, nintendos i xboxes (Wang, 2012).

Recordeu també com la mitologia troba el seu lloc a les caselles de diversos elements del sistema periòdic. D’una banda, tenim els elements coneguts des de l’antiguitat, que s’associaven als astres i als corresponents déus grecs (i romans): el mercuri, associat al déu alat; el plom, a Cronos (Saturn); l’estany, a Zeus (Júpiter); el coure, a Afrodita (Venus); la plata, a Artemisa (Diana), la caçadora; el ferro,

a Ares (Mart), i l’or, a Apol·lo. D’altra banda, elements desco· berts més recentment han estat també batejats en honor de personatges mitològics: el titani, en record dels titans; el vanadi, en honor de Vanadis, deessa escandi nava de la bellesa, pels atractius colors dels seus compostos; el tàntal, pel fill de Zeus i la nimfa Plouto; el niobi, en honor de Níobe, filla de Tàntal a la mitolo· gia grega; el prometi, tot recor· dant Prometeu, que robà el foc a Zeus per donar lo als humans, i el tori, en honor de Thor, déu del llamp a la mitologia germànica.

Tampoc no ens ha d’estranyar que pertot arreu hi hagi sales de museus dedicades a un element o fins i tot museus monogràfics. A tall d’exemples representatius, podem esmentar el Museo del Oro, a Bogotà; el Museo del Mercurio, a Almadén (Ciudad Real); les sales dedicades a l’estany i a l’argent al Musée d’Art et d’Histoire, a Ginebra; el Natio· nal Coal Mining Museum (carbo· ni), a Wakefield, prop de Leeds; el New Mexico Mining Museum

(urani); el Zinkhütter Hof (zinc i llautó), a Stolberg, prop d’Aquis· grà; el Museu de les Mines de Cercs (carboni); el Coalbrookdale Museum of Iron (ferro), prop de Birmingham, i el petit però interessantíssim Museu del Coure, a les Masies de Voltregà. En aquest article, us presento exemples de relacions entre la taula periòdica o els elements amb els aspectes humanístics de la nostra cultura. Els he agrupat en apartats dedicats a la música, la literatura, les arts plàstiques, els còmics i el cinema, tot i que us encoratjo a interpretar los de forma transversal. Podríeu, per exemple, pensar com es pot parlar de l’oxigen i de les seves propietats físiques i químiques aprofitant cançons, poemes, fragments de novel·les o la coneguda obra de teatre de Djerassi i Hoffmann (2011).

Música

Mentre que ens sembla natural que qualsevol pel·lícula, reportatge visual i vídeo vagin acompanyats de música, les nostres classes continuen sent fonamentalment recitatives. Per què no ens atrevim a introduir una falca musical o una cançó enmig d’una assenyada lliçó de química? És que les diverses parcel·les del coneixement no tenen també banda sonora? No ajudaria, per exemple, la cançó First and second law, de Flanders i Swann, a veure amb més bons ulls i a recordar per sempre els principis de la termodinàmica? Imaginem el debat que podríem organitzar intentant esbrinar en què estaria pensant el compositor d’un tema de música clàssica o de jazz instrumental quan li va posar un títol químic a la seva peça. Què volia dir Ornette Coleman quan va compondre Elements different forms or same, en registrada per Joachim Kühn al piano? Per què el saxofonista Joe

La

Figura 1. Elemento periódico, fotografia de Juan Manuel Castro Prieto (2005). Reproduïda amb permís de l’autor.

Henderson va anomenar Isotope una de les seves peces més conegudes?

Sí que sabem, en canvi, què pensava Julian Wagstaff quan va compondre el trio per a clarinet, violoncel i piano Persistent illusion. Aquesta obra va ser encarregada per la Royal Society of Chemistry per celebrar l’Any Internacional de la Química (AIQ) i va ser estrenada a Edimburg el desembre de 2011. Pensant en el passat, present i futur de la química, Wagstaff va manllevar el títol a Albert Einstein, que havia comentat que la distinció entre passat, present i futur és una «il·lusió tossudament persistent». En aquest viatge musical a través del temps, el primer moviment representa un diàleg a tres bandes en què intervenen Alexander Crum Brown (1838 1922), professor a Edimburg i pioner en l’ús de fórmules estructurals per descriure els compostos orgànics (Crum Brown, 1864; Crum Brown, 1865); el químic i compositor musical Alexander Borodin (1833 1887), i el descobridor del diòxid de carboni, Joseph Black (1728 1799). Aquest moviment recorda els primers compassos de la sonata per a violoncel de Borodin, una obra de joventut que, al seu torn, s’inspira en el primer tema de la primera sonata en sol menor de Bach (BWV 1001). El segon moviment representa el procés de cristal·lització, de manera que el piano «cristal·litza» en acords les notes soltes que surten dels altres dos instruments. L’últim movi· ment neix de les discussions del compositor amb alumnes i mestres de les escoles d’Edim· burg, als quals demanà que escrivissin en un tros de paper pautat grups de notes inspirades per fórmules i estructures químiques.

Ja veieu com una peça musical ens permet establir connexions

Si en comptes de mirar cada element per separat ens interessem per la música associada a grups d’elements o a la taula periòdica en conjunt, podem començar pel principal autor del sistema periòdic

entre les fórmules químiques i el procés de cristal·lització i fer alhora un viatge per la història de la música, des del Barroc fins als nostres dies. Podeu trobar més exemples i fins i tot una discogra fia bàsica en articles anteriors meus sobre la relació entre la música i la química (Alvarez, 2007; Alvarez, 2008a; Alvarez, 2008b), així com en un estudi recent de João Paulo André sobre els verins a les òperes (André, 2013).

Em centraré més aviat en la música directament relacionada amb els elements o amb la taula periòdica. Un enfocament de tipus sociològic consisteix a quantificar el nombre d’obres musicals amb el nom d’un element al seu títol, la qual cosa ens permet veure que els metalls coneguts des de l’anti guitat són els més preuats pels músics, mentre que altres elements pesants són completa ment ignorats.

Si en comptes de mirar cada element per separat ens interes· sem per la música associada a grups d’elements o a la taula periòdica en conjunt, podem començar pel principal autor del sistema periòdic: Dmitri Mende· léiev. L’única peça musical que li ha estat dedicada de la qual tinc notícia és una cançó que Michael Offutt gravà en el seu disc de 2002 Chemistry songbag, del qual és autor de la lletra i la música, cantant i intèrpret de guitarra, banjo, baix i teclats.

Pel que fa a la taula periòdica, el músic estatunidenc Andrew Stiller (n. 1946) va compondre el 1988 A periodic table of the elements, una obra que es pot trobar al disc A descent into the Maelström, interpretada per diversos instru· ments de vent acompanyats de percussió i cinc solistes de corda. Es basa en un algorisme que estableix una correspondència entre les propietats d’un element (abundància natural, densitat, reactivitat química, afinitats químiques, radioactivitat, valèn· cia, estat físic i caràcter metàl·lic) i la seva expressió musical (durada, densitat harmònica, intensitat, orquestració, percus· sió, nota, registre i clau, respecti· vament). Els elements apareixen en ordre decreixent de nombre atòmic, començant pel dubni (element 105) i acabant per l’hidrogen. Com sigui que la radioactivitat és més freqüent entre els elements pesants i l’abundància natural és major per als més lleugers, la música és més sincopada i rica en percussi· ons al principi, per fer se progres· sivament més melòdica. Tot plegat, la desfilada d’elements dura uns sis minuts. El composi· tor italià Stefano Giannotti inclou una «Conversa entre els 118 elements» dins la seva obra Dialoghi, una peça de ràdio per a veus, instruments i sons naturals i electrònics (2009). El diàleg entre els elements, que dura escassa· ment un minut, va seguit d’«Els 118 elements es combinen: el naixement de la química», al bell mig d’aquesta obra, que consta de cinquanta moviments. El darrer moviment és «La mort de la química», que es produeix després que l’ordinador mascle i l’ordinador femella reaccionin. Hi ha algunes cançons interes· sants que tenen com a tema el sistema periòdic. D’una banda, tenim The Demi song, de Pete Seeger, un dels pares de la cançó

folk nord americana, que juga amb la marxa analítica dels cations. D’altra banda, Tom Lehrer va compondre als anys cinquanta una cançó titulada The elements, en què va desgranant l’un rere l’altre els noms dels elements coneguts aleshores amb un ritme trepidant. Finalment, si no la coneixeu, val la pena que escolteu la cançó La química, del

Literatura

En un article recent, s’ha fet esment d’algunes obres literàries que fan referència als elements químics i al sistema periòdic (Alvarez, Sales i Seco, 2008; Alvarez, Sales i Seco, 2010). Reproduiré aquí tan sols de forma breu alguns dels exemples més notoris i n’afegiré alguns més. Si fem una ullada a la presència dels elements químics a la literatura des de l’antiguitat fins als nostres dies, podem començar per la Bíblia. Aquesta obra té, a més del seu significat religiós, una vessant literària i una altra d’històrica. Tots tres aspectes conflueixen en les freqüents mencions als metalls (trobareu al final d’aquest article una adreça d’Internet amb més informació al respecte). Una citació que té una relació menys evident amb el sistema periòdic dels elements és la que trobem al Llibre de la saviesa (11:20), datat

cantaor Diego Carrasco. Apostaria qualsevol cosa que la seva audició per part d’alumnes que fan les primeres passes en l’estudi de la química els farà tenir una actitud més receptiva envers l’assignatu ra. El grup They Might Be Giants, per la seva part, té una cançoneta pedagògica, Meet the elements, amb una lletra interessant però una música poc apta per fer reflexio

pels volts de l’any 50 aC: «Vós heu decidit tota cosa amb mida, nombre i pes».

Berzelius, pels volts del 1849, havia citat aquest versicle de la Bíblia en la introducció a la secció de química analítica del seu tractat de química, i el mateix havia fet poc abans Friedlib Ferdinand Runge al llibre Grundleheren der Chemie für Jedermann. Un cop Mendeléiev va establir el sistema periòdic dels elements el 1869, Hermann Kolbe associà el versicle, amb lletres grans, a la taula periòdica mural que presi· dia la seva aula a la Universitat de Leipzig.

Al cant xi de la Ilíada, Homer narra les gestes d’Agamèmnon i parla d’una armadura de bronze enlluernador tot descrivint en detall els metalls que lluïa l’Atrida en preparar se per a la guerra. Vegem ne un petit frag· ment: «A les espatlles es penjà

nar un grup d’adolescents. Altres grups tenen cançons o discs els títols dels quals no es corresponen amb les lletres, com ara la cançó Periodic table of the elements, que apareix a l’àlbum Are you listening?, de Quickening, o el disc Elements, de Noxious Emotions, amb les cançons Nobelium, Iodine, Oxygen, Uranium, Selenium, Molybdenum, Titanium i Nitrogen

l’espasa, en la qual brillaven claus d’or. La beina tot al voltant era de plata i estava agafada a un baldric d’or. Va agafar l’impetuós escut, ben treballat, que el cobria tot sencer, preciós, al voltant del qual hi havia deu cercles de bronze. Tenia vint prominències en forma de melic, fetes d’estany, blanques, i la del mig era d’esmalt blau fosc» (Homer, 1999).

Fem ara un salt en el temps fins a l’època del descobriment d’elements químics per mitjà de mètodes electroquímics. Edgar Allan Poe (1809 1849), en la narració breu Von Kempelen and his discovery, descrivia la troballa d’una substància desconeguda (tal vegada un nou element) mitjançant un experiment inspirat en un suposat diari de Humphry Davy (Poe, 1850). Per a un altre mestre de les narracions de misteri, Howard Phillips Lovecraft, un dels fets terrorífics

La taula periòdica, una àgora de l’art i la ciència 7

Figura 2. Portades d’alguns discs que tenen relació amb els elements o amb la taula periòdica: Oxygène, de Jean Michel Jarre; Elements, de Noxious Emotions, i Relevant elements, d’Above Levels.

Monografia / Divulgació de la química

recurrents als seus relats és el descobriment d’elements que es resisteixen a l’anàlisi espectroscò· pica i que no encaixen (quin espant!) a la taula periòdica (Lovecraft, 1933; Lovecraft, 2008).

Dins el gènere literari de les biografies i les autobiografies, alguns científics han produït obres de lectura recomanada, com ara Benjamin Franklin, Marie Sklodowska Curie o Santiago Ramón y Cajal. Íntimament relacionades amb la taula periòdica, les memòries de Primo Levi i d’Oliver Sacks mereixen ser incloses dins aquesta categoria d’obres exemplars. El primer, molt conegut per les obres en què descriu la vida als camps de concentració nazis en primera persona (Si això és un home, Els enfonsats i els salvats, La treva, La clau estrella), ens ha llegat un clàssic, El sistema periòdic (Levi, 1988), format per vint i un capítols, dedicat cadascun a un element químic: Ar, H, Zn, Fe, K, Ni, Pb, Hg, P, Au, Ce, Cr, S, Ti, As, N, Sn, U, Ag, V i C. Cada capítol ens narra un episodi de la seva vida, sovint relacionat amb el seu ofici de químic, o bé un conte. Així, al primer capítol associa els seus avantpassats als gasos nobles, perquè són «nobles, inerts i rars». El capítol que tanca el llibre és l’autobiografia d’un àtom de carboni, que és alhora un recorre· gut pel cicle del carboni i una mostra dels molts compostos d’aquest element que són cabdals per a la humanitat. A aquests capítols podríem afegir el conte titulat Tàntal, que aparegué al llibre Lilith i altres contes (Levi, 2002). La deslegitimació de les fronteres entre la química i la literatura permet a Levi referir se a la taula periòdica de la manera següent: «El sistema periòdic de Mendeléiev era un poema més elevat i solemne que tots els poemes que ens feien empassar a classe; pensant ho bé, fins rima

tenia» (Levi, 1988). Més tard afegiria que, tal com havia fet Mendeléiev: «Revisar o crear una simetria, col·locar cada cosa al seu lloc, és una aventura mental comuna al poeta i al científic» (Levi i Regge, 2005).

Dins el gènere literari de les biografies i les autobiografies, alguns científics han produït obres de lectura recomanada, com ara Benjamin Franklin, Marie Sklodowska

Curie o Santiago Ramón y Cajal. Íntimament relacionades amb la taula periòdica, les memòries de Primo Levi i d’Oliver Sacks mereixen ser incloses dins aquesta categoria d’obres exemplars

Oliver Sacks, neuròleg de gran prestigi professional que és, a més, conegut pel gran públic, ha recollit les seves memòries d’infantesa i adolescència en un llibre de lectura imprescindible: L’oncle tungstè (Sacks, 2003). En ell, Sacks descriu de forma magistral les seves experiències precoces amb metalls, reaccions més o menys espectaculars, colors i espectres, aromes i pudors i, sobretot, la taula periòdica, amb la qual somiava. A la taula periòdica li dedica un capítol titulat «El jardí de Mendeléiev», ja que: «La taula periòdica era increïblement bella, la cosa més bella que jo havia vist mai».

Un altre capítol de les memò· ries de Sacks que hauria de ser de lectura obligatòria per als joves és el dedicat a les olors i les explo sions. Aquí tot es connecta: les reaccions químiques (fins i tot les més violentes), els colors, les

gemmes, els accidents de labora· tori, la història de la química, les olors de les fruites o dels hospi· tals i dels gasos de guerra. Tot en tan sols tretze pàgines brillants! Hugh Aldersey Williams ha recollit al llibre Periodic tales (d’impossible traducció, el títol de l’edició en castellà és La tabla periódica. La curiosa historia de los elementos) una sèrie d’històries que tenen a veure amb els elements (Aldersey Williams, 2013). Gràcies a ell vaig descobrir la descarnada novel·la de Kim Robinson Les tres Califòrnies, en què es pot trobar una resplendent descripció de les llums urbanes de tungstè, neó, sodi, mercuri, halògens o xenó, per exemple. En el seu interessant llibre, Aldersey Williams estableix relacions entre el zinc i Brecht o Prévert; l’arsènic i Flaubert; el coure i Daniel Defoe; el crom i Nabokov o DeLillo; el tali i Agatha Christie; el mercuri i Jean Cocteau; l’oxigen i Coleridge; el sofre i Milton; el carboni i George Orwell o Zola; el neó i John Kennedy Toole; el platí i Steinbeck; l’or i Mark Twain, i Mendeléiev i Ivan Turguénev. Xavier Duran, per la seva part, ha associat en una pàgina web dedicada a l’AIQ diversos ele· ments químics amb un autor literari. Entre aquests escriptors, a més d’alguns ja esmentats en aquest article, podem trobar Enric Casassas i Simó, Stanislaw Lem, Kurt Voneguth i Nawal el Saadawi.

Entre la sèrie de narracions Les cosmicòmiques (Calvino, 2011), la que porta per títol Què t’hi jugues? descriu la gènesi dels elements mitjançant dos perso· natges que s’entretenen apostant quin serà el pròxim element que apareixerà: «“Ara apareix un isòtop del bismut!”, m’apressava a dir, mirant com els elements acabats de néixer sortien escope· tejats del gresol d’una estrella supernova. “Què t’hi jugues?”.

Però res: era un àtom de poloni tendre i ben sa». Hi ha una picada d’ullet de Calvino, en aquest text, ja que els nombres atòmics del bismut i el poloni difereixen en tan sols una unitat i, per tant, la juguesca es perd per tan sols un protó!

Un novel·lista i poeta que té punts en comú amb Calvino és el francès Raymond Queneau (Bollinger, 2007), que en el poema Petita cosmogonia portàtil (Queneau, 1969) mostra com el llenguatge de la ciència té categoria poètica. El tercer cant d’aquesta cosmogo· nia, el més directament relacio· nat amb la química, ens ofereix un passeig per la taula periòdica. Tot i que a primera vista ens faci la impressió de ser un recorregut a l’atzar, hi ha un pla metòdic en l’ordre amb què hi apareixen vint i un elements. En primer lloc, es refereix a alguns elements importants per a la humanitat: ferro, coure, sodi, clor i calci. Després, aplica un ordre descen dent, dels núvols a la terra, és a dir, dels elements gasosos (N, He, Ar, Ne, Kr, Xe, Cl, H, F i O) als líquids (Br, Ga i Hg) i als sòlids, introduïts mitjançant algunes relacions entre si (Li, Be, B, C, Si, Al, Ca, Na, K, Mg, Ti, P, S, Sc, W, Y i V), per acabar amb alguns elements radioactius (Po, At, Fr i Rn).

També a les novel·les de Queneau són presents els ele· ments químics. Per exemple, un dels protagonistes de Les enfants du limon, aficionat als experi· ments químics en l’adolescència, aspirava a descobrir un nou element que anomenaria chambernici (pel nom del protagonista, Chambernac) i que finalment canvià per danoèmi, apòcope dels noms seu i de la seva germana: Daniel i Noèmi (Queneau, 1938). El pes atòmic d’aquest element hauria de ser superior al de l’urani i segurament s’acostaria a 250. Dotze anys després, el 1950, es descobriria un nou element de

pes atòmic 251: el californi. Podríem afegir, doncs, aquest element de ficció a l’extraordinà· ria llista de «falsos» elements (Mans, 2010; Román, 2012).

En la poesia de Pablo Neruda i en la d’Àngel Terron, per posar dos exemples, podem trobar una bona varietat d’elements químics (Alvarez, Sales i Seco, 2008; Alvarez, Sales i Seco, 2010). Una de les descripcions més inspirades de la taula periòdica (Jou, 1999) ens l’ha ofert David Jou en un poema en prosa que trobareu en aquest mateix número d’Educació Química EduQ. Nicanor Parra, d’altra banda, en el divertidíssim poema Los profesores, ens fa veure la ineficàcia de l’aprenentatge purament memorístic de la taula periòdica: «[...] òrgans exclusius dels peixos / sistema periòdic dels elements / [...] / les preguntes dels mestres / passaven gloriosament per les nostres orelles / com aigua per esquena d’ànec» (Parra, 1985).

Per cloure aquest tast literari, deixeu me apuntar dos llibres en què es parla dels elements en vers, l’un en anglès i l’altre en italià, encara que només sigui com a curiositat. El primer dedica un quartet a cada element (Newton, 1965), mentre que el segon és un manual de química escrit en vers (Cavaliere, 1939) que parla de diverses propietats i reaccions de cada element o compost. El capítol dedicat a l’arsènic comença així: «Amb sofre es troba / en l’estibina / que existeix lliure / i cristal·lina».

Arts plàstiques

Sota el títol «Elemental matters–Artists imagine che mistry», la Chemical Heritage Foundation va organitzar, amb motiu de l’AIQ (2011), una exposi ció en què set artistes presentaren diverses formes de percebre els elements i la taula periòdica. En aquesta exposició es podia, per exemple, escoltar el so que

diversos elements generen en traduir les radiacions de micro ones que emeten els seus nuclis en la banda sonora per a la instal· lació An elemental garden, de Susan Alexjander (2009); desplegar quatre cents llumets en una muntanya aprofitant l’energia produïda per la potassa d’una mina abandonada, tal com va fer Brigitte Hitschler a l’obra Energy fields 1 (1999), o llegir els símbols dels elements en braille, tal com proposava David Clark a l’obra Braille (2000). Aquesta darrera peça forma part d’una interessant instal·lació anomenada Chemical visions, inspirada en la taula periòdica i que també s’ha exhibit com a Clor, argó, potassi, que són els elements simbolitzats pel cognom de l’autor, de qui podeu veure, a més, una sèrie d’obres sota el títol Periodic table work

Una de les peces d’aquesta exposició, The periodic table printmaking project (2007), és una taula periòdica coordinada per Susan Alexjander i composta per cent divuit gravats realitzats amb tècniques diverses (xilografia, linogravat, monotípia, aiguafort, litografia, serigrafia o tècniques mixtes) per noranta dos artistes de set països diferents. A les pàgines web del projecte, que trobareu recollides al final d’aquest article, podeu veure tots i cadascun dels gravats, així com una explicació de l’artista sobre les propietats de l’element corresponent i el motiu pel qual va triar representar lo de la manera que ho va fer, així com informació sobre la tècnica emprada. Aquesta taula periòdica esdevé un petit museu del gravat contemporani, alhora que un reflex sociològic de la visió que els nostres conciutadans tenen de les propietats dels elements.

El Royal Australian Chemical Institute va tenir una iniciativa molt semblant, si bé es va limitar als cent dotze elements que

La taula periòdica, una àgora de l’art

ciència

Monografia / Divulgació

apareixien a la taula periòdica oficial de la IUPAC l’any 2010. D’aquesta manera, els químics australians es van sumar també a les celebracions de l’AIQ. És molt interessant comparar els gravats del mateix element en aquestes dues taules periòdiques. Aquí ho faig sols amb un exemple: el samari (fig. 3). Linda Abblitt va tenir en compte que un dels usos

més importants d’aquest element és en forma d’imant, ja que el SmCo5 ho és (i molt potent), i també que el samari s’oxida fàcilment amb l’aire, així que en el seu gravat va combinar el color de l’òxid de ferro i les formes corbes d’uns imants. A Cathy Cully, artista anglesa resident a Cambridge, li va cridar l’atenció que el samari es trobi en els

elèctrodes de grafit que es fan servir en els projectors de cinema, de manera que va voler crear un gravat abstracte que recordés la llum tremolosa dels projectors, combinada amb un color verd fosc que proporcionés un fort contrast.

L’artista Eugènia Balcells es va inspirar en els espectres d’emissió dels elements per a l’obra multi· mèdia Freqüències, que es va presentar per primera vegada a l’Arts Santa Mònica de Barcelona el 2009. En aquesta obra, les línies espectrals dels diversos elements es transformen les unes en les altres en un joc visual captivador, reforçat per sons de diferents freqüències procedents de tubs d’alumini de llargàries diferents. Com a síntesi i full de ruta de l’obra, Balcells va organitzar en una taula periòdica tota la col·lecció de línies acolorides que participen en la seva dansa lumínica. Aquesta taula periòdi· ca, fruit de la mirada d’una artista als principis últims de la matèria i de la vida, els elements i la llum a través de la qual ens parlen, es va acabar convertint en una obra mural anomenada

Figura 3. Gravats representatius del samari a la taula periòdica del Royal Australian Chemical Institute (Linda Abblitt, esquerra) i a The periodic table printmaking project (Cathy Cullis, dreta).

Figura 4. Mural Homenatge als elements, de l’artista Eugènia Balcells, instal·lat a la biblioteca de Física i Química de la Universitat de Barcelona. Fotografia de S. Alvarez.

Homenatge als elements, instal·lada a la biblioteca de Física i Química de la Universitat de Barcelona (fig. 4) i, en una versió més reduïda, al vestíbul del Centre d’Investigació i Desenvolupament del CSIC a Barcelona (foto de portada). També s’ha realitzat una edició d’aquest Homenatge als elements en format pòster que distribueix l’Institut d’Estudis Catalans. Com sigui que en aquesta obra conflueixen el sistema periòdic i els espectres d’emissió, que van tenir una importància cabdal per al desco· briment d’uns quants elements, la seva contemplació i anàlisi ens permeten evocar fites rellevants de la història de la ciència. Des de l’altra banda del mirall, la inspira· ció que han proporcionat a escriptors i artistes les llums que s’hi representen ens ofereix un pont gens menyspreable d’anada i tornada entre la ciència i les arts (Alvarez, 2012b).

Us recomano que mireu el DVD L’arròs es planta amb arròs, que recull tot un ventall d’experi· ències que van tenir lloc en

diversos centres d’ensenyament arran de l’exposició de Freqüències, des d’escoles d’ensenyament bàsic fins a facultats de ciències, passant per instituts d’ensenya· ment superior i escoles de disseny i d’art. Ens proporciona, així, un excel·lent exemple de com aquesta taula periòdica dels espectres pot ser una font d’inspi· ració per a una àmplia varietat de projectes en els camps de les humanitats i les ciències.

Victoria Vesna és artista i professora al Departament de Disseny de la Universitat de Califòrnia a Los Angeles, on ha presentat diverses instal·lacions relacionades amb conceptes i activitats de la ciència. A les instal·lacions Atomic manipulation i Feeling is seeing, pretén transmetre la sensació de manipular àtoms amb les mans, tal com ho fa a escala atòmica el microscopi de força atòmica. Més encara, els visitants de Feeling is seeing poden experimentar mitjançant una interfície tàctil la resistència que oposen els àtoms i fins i tot llurs vibracions. En una reflexió sobre

què voldria dir «veure els àtoms», he posat recentment de manifest (Alvarez, 2010) que dos aspectes de la visió macroscòpica que ens mancarien en les tècniques de visualització microscòpica són la textura i el color. Aquestes instal·lacions de Vesna, a la cruïlla de l’art amb la ciència i la tecnologia, ens apropen a la possibilitat de veure i distingir de forma tangible els àtoms dels diferents elements que s’apleguen en la taula periòdica.

Blair Bradshaw, un artista de San Francisco, fa un interessant trajecte d’anada i tornada entre la taula periòdica i l’art. La seva obra s’ocupa de simplificacions gràfiques de sistemes complexos, com ara les xarxes de metro o la taula periòdica, ja que, segons ell: «No puc pensar en un altre sistema que descrigui de forma tan senzilla les parts d’un tot inimaginablement complex».

Bradshaw combina a les seves pintures una iconografia acolori· da i aparentment simple, tot apro· fitant unes retícules copiades de la taula periòdica i que pretenen

Figura 5. Periodic table (2002), de Blair Bradshaw, oli sobre tela.

Monografia / Divulgació de la química

domesticar la naturalesa d’altra banda caòtica dels traços de pinzell que conté cadascuna de les caselles. D’aquesta manera, converteix la taula periòdica i els mateixos elements químics en objecte del seu art, alhora que aquesta icona química inspira l’esquema organitzatiu i visual d’altres obres seves que no tenen res a veure amb la química. Un dels seus quadres que s’inspira directament en el sistema periòdic es mostra a la fig. 5. No és sorprenent la semblança amb la taula de la fig. 1?

De l’obra del gran artista Paul Klee s’han estudiat molt poc els aspectes que reflecteixen el seu interès per la ciència en general i per la química en particular. És sabut, per exemple, que en les seves llibretes de notes de física i de química havia fet nombrosos dibuixos de dones, verges i magdalenes penitents, que va arrencar i es va endur a Munic (Franciscono, 1991). D’altra banda, jo he cregut trobar alguna relació entre l’ús que feia aquest artista de les fletxes i el que en fem els químics, així com una clara influència de la representació gràfica de les observacions del moviment brownià fetes per Jean Perrin (que li van valdre el Premi Nobel de Física) sobre l’obra Trio abstracte (Alvarez, 2012a). I atès que parlem dels elements quí· mics, podríem, a més, fixar nos en el Jardí per a Orfeu (1926). Les anàlisis que s’han fet d’aquesta obra se centren sobretot en la innovació que representa el dibuix de paisatges mitjançant múltiples línies paral·leles. Jo, en canvi, hi veig sobretot la possible utilització de les imatges que podia haver retingut Klee en veure un cristall de bismut (fig. 6). Encara que no tinc cap dada que em permeti afirmar que el pintor es va inspirar en el bismut per desenvolupar aquesta tècnica de dibuix, almenys la semblança

visual és prou clara com per permetre’ns establir un nexe entre l’obra artística i l’element 83 de la taula periòdica.

D’altres pintors podríem analitzar com empren diversos elements en els seus pigments acuradament triats. En qualsevol tractat clàssic de pintura, com ara el Llibre de l’art (Cennini, 1988), podem veure una àmplia varietat d’elements en la composició de pigments: or, plata, coure, ferro, carboni, sofre i arsènic, combinats en l’orpiment i en el realgar; plom, titani, estany, calci, bari, crom, cadmi, mercuri i seleni. En canvi, no hi ha gaires artistes que expliquin quins són els materials de la seva paleta. Podem anotar algunes excepcions, com ara Van Gogh (2008) i Barceló (2003), o les anotacions sobre els blancs que feia servir alternativa· ment Edward Hopper (de plom, zinc o argent), meticulosament recollides per la seva dona en un quadern (Lyons i O’Doherty, 2012). A la recerca de criteris de conservació d’obres d’art dels segles xx i xxi, el Getty Conser vation Institute ha implementat un programa d’estudi i de docu· mentació dels materials dels artistes, que s’inicià amb Willem de Kooning (Lake, 2010) i que ha continuat, de moment, amb Jean Paul Riopelle i Lucio Fontana. No cal dir que, a banda d’alguns pigments «orgànics» de naturalesa no especificada, la majoria dels pigments que hi apareixen es corresponen amb la

varietat d’elements que acabo d’esmentar, en forma d’òxids o carbonats.

Amb una àmplia experiència com a cristal·lògraf, Edgar F. Meyer ha desenvolupat una metodologia pròpia per fer escultures moleculars en fusta amb una fresadora controlada per ordinador. Escapant de les habituals representacions bidimensionals, les seves molè cules adquireixen volum amb la consistència de diverses fustes: el noguer, l’auró, el mesquite ( Prosopis velutium ), el pacaner ( Carya illionensis ) o el pal de ferro. La mateixa tècnica li ha permès de fer motlles per a la fosa de peces en bronze (Meyer, 2011).

Amb el temps, les escultures de Meyer han evolucionat des d’una representació gairebé estricta d’estructures moleculars cap a una major abstracció, on encara queden vestigis d’un o uns pocs àtoms (fig. 7) i apareixen sovint formes còncaves complementà ries. De l’escultor Julian Voss Andreae m’atreu l’obra Cor d’acer (fig. 7), en què, enmig d’una estructura en acer que represen ta una molècula d’hemoglobina, destaca una esfera de vidre vermell: l’àtom de ferro tan important per a la funció vital d’aquesta proteïna (Voss Andreae, 2005). Un bell joc de contraris en què el «cor d’acer» de l’hemoglobina està represen tat per vidre del color de la sang, mentre que els àtoms no metàl· lics ho són per acer rovellat per

Figura 6. a) Fragment de Jardí per a Orfeu (1926), de Paul Klee, tinta i aquarel·la sobre paper. b) Cristall de bismut (fotografia de l’autor).

7. A dalt: escultura d’Edgar F. Meyer en fusta de mesquite que mostra un àtom de cobalt envoltat de quatre àtoms de nitrogen en la vitamina B12 (publicada amb autorització). A baix: escultura Cor d’acer (2005), de Julian VossAndreae, en acer envellit i vidre; alçària: 1,60 m (fotografia de J. Voss-Andreae, amb llicència Creative Commons).

l’acció de l’oxigen, que en realitat és transportat per la pro teïna sense oxidar la.

Còmics

Com qualsevol altra manifes tació de la nostra cultura, els còmics reflecteixen les preocu pacions i les influències a què estan sotmesos els seus autors, de manera que no ens ha d’estranyar que puguem trobar referències a pràcticament qualsevol element químic en els seus ninotets. Una excel·lent recopilació en forma de taula periòdica interactiva es pot trobar a la pàgina web de

Chemcomics, tot i que, natural ment, esbiaixada cap als còmics d’origen anglosaxó. En ella podem trobar, per exemple, l’Ànec Donald parlant de nitro gen i d’oxigen i inventant l’ ànecmita ( duckmite , en anglès), un nou explosiu de la seva invenció. També podem apreciar les habilitats de l’Oncle Garrepa per distingir a simple vista la presència de seleni, tori i liti en un munt de terra, o veure els esforços de Donald com a recol·lector d’algues marines per a l’obtenció de iode. O podem descobrir com Superboy es troba un centcames, cada peu del qual converteix el que toca en un element diferent, o com en Tintín se les ha de veure amb els diferents isòtops de l’urani i amb altres elements presents en un reactor nuclear: grafit, alumini i cadmi. En Tintín és, fins i tot, testimoni (fig. 8) de com el professor Càlix (Calys, en la versió original en francès; Tournesol, en una edició posteri or; Decimus Phostle, en anglès) descobreix espectroscòpicament un nou metall: el calixteni ( calystène , en francès; phostlite , en anglès) (Hergé, 1965). També podem trobar un còmic que descriu el descobriment del poloni i el radi per part de Marie Curie, i fins i tot Batman té encontres amb elements, com ara un maligne personatge que s’ha convertit en fòsfor vivent. Un altre plantejament és que un únic autor descrigui cada element de la taula periòdica com un personatge de còmic, de manera que creï amb el conjunt dels elements un univers amb un estil propi. Aquest és el cas de la dibuixant Kaycie Dunlap, original de Minnesota i graduada pel Milwaukee Institute of Art and Design. El seu projecte de final de grau, Elements–Experiments in character design, consistí en el disseny de figures representati

El professor

dansa per celebrar el descobriment d’un nou element, el calixteni, mitjançant el seu espectre d’emissió, a Les aventu· res de Tintín. L’estel misteriós

ves de setanta dos elements i es presentà l’abril de 2011. Pocs mesos més tard, va completar la taula periòdica amb quaranta elements més. Segons l’autora: «En una classe de química de batxillerat, miràvem un vídeo sobre la taula periòdica dels elements i, en comptes de prendre notes com un bon estudiant, jo vaig començar a dibuixar aquests personatges humans elementals». A la fig. 9 podeu veure la seva representa ció del samari, inspirada per la presència d’aquest element en les pastilles de les guitarres elèctriques.

Amb un enfocament semblant però amb resultats molt diferents, l’artista japonès Bunpei Yorifuji ha escrit un llibret divulgatiu (Yorifuji, 2012) en què explica breument les propietats i les aplicacions dels elements, alhora que representa cadascun d’ells amb un personatge de còmic. La personalitat d’aquests ninots, però, reflecteix les característi· ques de l’element corresponent seguint unes regles establertes per l’autor. Així, els elements coneguts des de l’antiguitat són homes amb llargues barbes, els elements pesants són grassos, els artificials són robots, els pentinats que llueixen són diferents per a cada grup periòdic, els elements amb aplicacions industrials

Figura

Figura 8.

Hipòlit Càlix

Monografia / Divulgació de la química

porten americana i corbata, mentre que els d’origen mineral surten en calçotets. Tota aquesta galeria de personatges es reuneix en una taula periòdica desplega· ble que, penjada en un passadís, dóna motiu d’animada conversa. Podeu veure l’aspecte que té el samari a la fig. 9.

Cinema

Convé no perdre de vista el projecte 94 elements, que té per objectiu realitzar un documental per a cada element natural, dels quals, en el moment d’escriure aquest article, són a l’abast del públic els corresponents a l’oxigen, el coure, el germani, el gadolini i l’osmi. Aquests docu· mentals volen explicar la nostra vida a través del prisma dels elements, alhora que mostrar les històries que hi ha al darrere i fer al mateix temps palès que vivim en un món finit i que podríem exhaurir en poques dècades les reserves d’alguns elements, que són la matèria primera de tots els objectes del món.

No cal, però, conformar se amb documentals, ja que al cinema de ficció podem trobar nombroses referències als elements. En un llibre molt ben documentat, titulat encertada ment ReAction! Chemistry in the movies (Griep i Mikasen, 2009), es fa referència, per exemple, a quaranta sis elements. Fins i tot el seaborgi surt en una producció de Walt Disney que va permetre la trobada de l’actor Robin Williams amb el premi Nobel Glenn Seaborg: el film Flubber (1997). Entre altres moltes dades interessants, podem fins i tot esbrinar en quina pel·lícula sortia Elvis Presley envoltat d’aparells de destil·lació plens de solucions acolorides i bombolle jants! No, no em confonc amb El professor guillat, de Jerry Lewis; aquesta ja suposava que la coneixíeu.

Si he parlat abans d’Oliver Sacks i de la seva fascinació per la taula periòdica, no ens ha d’estra· nyar que a la pel·lícula Despertar (Awakenings), de Penny Marshall (1990), protagonitzada per Robert de Niro i Robin Williams, un dels protagonistes digui que un dels millors records que té del batxille· rat és la taula periòdica. Recordeu

que aquest film està basat en el llibre del mateix títol escrit per Sacks.

Conclusions

Amb el pas del temps, la taula periòdica dels elements ha esdevingut una icona cultural universal, de tal manera que el seu enreixat característic i el seu ús d’una o dues lletres simbòli· ques han estat adaptats per a molts altres usos. Així, la taula periòdica s’ha emprat com a metàfora d’organització i simbo· logia combinades, com a les taules periòdiques de les cerveses o de les confitures esmentades per Claudi Mans en aquest mateix número (Mans, 2013); a la de les metàfores, de Christoph Nie· mann; a la d’interferències polítiques en ciència, de la Union of Concerned Scientists; en una excel·lent taula periòdica de mètodes de visualització, o a la de les bandes de rock, en què els dos primers elements són H (per Jimi Hendrix) i Ze (per Led Zeppelin) i que ofereix enllaços a la Wikipe· dia i a vídeos de YouTube per a cada grup de rock. Totes aquestes taules les trobareu a les adreces d’Internet que apareixen al final d’aquest article.

Simon Patterson, a la litografia Rhodes reason (1995), ha encabit en el format visual de la taula periòdica una llista de personat· ges, de manera que el símbol

Amb el pas del temps, la taula periòdica dels elements ha esdevingut una icona cultural universal, de tal manera que el seu enreixat característic i el seu ús d’una o dues lletres simbòliques han estat adaptats per a molts altres usos

Figura 9. Personalització del samari a Elements–Experiments in character design, de Kaycie Dunlap (a dalt), i a Wonderful life with the elements, de Bunpei Yorifuji (a baix).

decada element químic evoca el nom d’un personatge famós recollit posteriorment en un llibre (Patterson, 2007): en vermell, els gasos representen personatges mitològics, com ara O per Orfeu; en blau, els líquids poden corres· pondre a un pintor, com ara Fr per fra Filippo Lippi; en negre, els sòlids estan dedicats a personat· ges del cinema, com ara Ca per Claudia Cardinale, As per Telly Savalas, Sn per Susan Sarandon o W per Billy Wilder, mentre que els elements artificials conserven cadascun el seu nom. Agafant encara una mica més de distància pel que fa als contorns de la taula i als símbols «atòmics» emprats, la portada i l’índex d’un llibre sobre fotografia contemporània (Demos, 2006) organitzen una col·lecció de noms de fotògrafs i fan una referència visual directa a la taula inventada per Mendeléiev el 1869 (fig. 10). Per no avorrir vos amb una llista interminable, us recomano una visita al web de la taula periòdica de taules periòdiques.

Finalment, voldria recordar que la taula periòdica representa en molts llocs el paper d’àgora no tan sols en sentit metafòric, sinó també en sentit estricte, ja que presideix amb magnificència diversos llocs de trobada (per exemple, alguns museus de ciència). Una gran columna central de la gran sala de l’exposi· ció permanent «Making moder· nity», del Museu de la Chemical Heritage Foundation, a Filadèlfia, mostra la taula periòdica de Theodore Gray de forma dinàmi· ca, transformant els símbols químics en imatges espectaculars d’elements explotant, vaporit· zant se i congelant se. El Museum of Science and Industry de Chicago, per la seva banda, té una exposició titulada «Science storm», i a la secció «Atoms» hi ha una projecció digital d’una taula periòdica. D’aquesta es pot triar un element i arrossegar lo cap a la casella d’un altre per esbrinar quins compostos poden formar o per veure’ls reaccionar virtualment.

Però és en locals acadèmics relacionats amb l’ensenyament de la química on podem trobar la més sovint. Vegeu, per exemple, la taula periòdica que decora el terra del pati que dóna accés a la Facultat de Ciències de la Universitat de Lisboa, amb cada element representat en una rajola (fig. 11). Aquesta taula es va instal·lar l’any 2011 per commemorar simultània ment l’AIQ i el centenari de la fundació d’aquesta facultat. En l’article de Claudi Mans que apareix en aquest mateix número (Mans, 2013) es mostra la taula dissenyada per Antropoff que presideix l’aula García Banús de l’edifici històric de la Universitat de Barcelona. En contrast, a l’aula magna Enric Casassas de la seva Facul tat de Química hi ha una taula periòdica anomenada col·loquialment taula magna, instal·lada el 2007 segons disseny de S. Alvarez, J. Sales i M. Seco, que ha permès anar afegint en anys successius els nous ele ments batejats com copernici, flerovi i livermori (fig. 12). La portada d’aquest número ens mostra també l’Homenatge als elements d’Eugènia Balcells, del qual ja he parlat abans, en la instal·lació al vestíbul del Centre d’Investigació i Desenvolupament del CSIC a Barcelona. Aquests i altres exemples de taules periò diques que presideixen les àgores de la química difereixen entre si pel que fa al material, la ubica ció, l’extensió, la tipografia, la numeració dels grups, el nombre total d’elements presents i la informació addicional que aporten. Sense voler ho, ens proporcionen una història gràfica del descobriment de nous elements artificials, de l’evolució de la nomenclatura química i fins i tot de les tendències estètiques dominants al llarg dels anys.

Figura 10. Fragment de l’índex del llibre Vitamin Ph. New perspectives in photography

La taula periòdica, una àgora de l’art i la ciència

Monografia / Divulgació de

dos elementos químicos (2011), instal·lada al pati d’accés a l’edifici C8 de la Facultat de Ciències de la Universitat de Lisboa, segons projecte de José A. Martinho Simões i Fernando J. V. Santos. Fotografia de M. J. Calhorda, reproduïda amb autorització de l’autora.

Figura 12.

Adreces d’Internet

Introducció

Carl Djerassi: http://www.djerassi.com

Manuel Castro Prieto, fotògraf: http://www.castroprieto.com

Museus d’elements: Au: http://www.banrepcultural.org/museo-del-oro

Hg: http://www.mayasa.es/esp/ museo_mercurio.asp

Sn, Ag: http://www.ville-ge.ch/mah

C: http://www.ncm.org.uk; http://www.mmcercs.cat

U: http://grants.org/MiningMuseum/tabid/497/Default.aspx

Zn: http://www.zinkhuetterhof.de

Fe: http://bit.ly/15K70Fp

Cu: http://www.museudelcoure.com

El Museum of Science and Industry de Chicago té una exposició titulada «Science storm», i a la secció «Atoms» hi ha una projecció digital d’una taula periòdica

Roald Hoffmann: http://www.roaldhoffmann.com

Taula periòdica al sostre d’una escola: http://cen.acs.org/articles/90/ i18/Periodic-Table-Ceiling-ElementalPups.html

Música

Andrew Stiller: http://www.kallistimusic.com/Stiller. html

Cobertes de centenars de discs que tenen alguna relació amb la química: http://rateyourmusic.com/ list/gavin_harrison

Conferència sobre música i química (S. Alvarez, Universitat de Vigo, 2011): http://tv.uvigo.es/es/ video/44731.html

Flanders & Swann: http://en.wikipedia.org/wiki/ Flanders_and_Swann

Julian Wagstaff: http://www.julianwagstaff.com

Stefano Giannotti, «Dialoghi»: http://www.stefanogiannotti.com/ dialoghi.html; http://www.youtube. com/watch?v=ZyXB7sJjj64

Literatura

Citacions sobre metalls a la Bíblia: http://www.bible-topics.com/ Metals.html

Edgar Allan Poe: http://www.eapoe.org

Howard Phillips Lovecraft: http://www.hplovecraft.com

Hugh Aldersey Williams i les seves històries periòdiques: http://www.hughalderseywilliams.com

Oliver Sacks: http://www.oliversacks.com

Primo Levi: http://ca.wikipedia.org/wiki/Primo_Levi

Taula magna de la Facultat de Química de la Universitat de Barcelona, dissenyada per S. Alvarez, J. Sales i M. Seco, en el moment de la seva instal·lació l’any 2007. Fotografia de S. Alvarez.

Figura 11. Tabela periódica

Raymond Queneau: http://www.oulipo.net/oulipiens/RQ

Xavier Duran, elements i literatura: http://barcelonacultura. bcn.cat/numero-9

Arts plàstiques

David Clark, Chemical visions i Periodic table work: http://www.chemicalpictures.net

Edgar F. Meyer, escultures moleculars: http://molecularsculpture.com

«Elemental matters–Artists imagine chemistry»: http://www.chemheritage.org/visit/ museum/exhibits/elemental-matters

Eugènia Balcells: http://www.eugeniabalcells.com

Homenatge als elements, d’Eugè· nia Balcells: http://araahoranow. blogspot.com.es/2012/12/homage-toelements.html

Julian Voss Andreae, escultor de proteïnes: http://www.julianvossandreae.com

The periodic table printmaking project: http://www.periodictableprints.com; http://www.azuregrackle.com/ periodictable/table/; http://www. flickr.com/groups/periodictable

The Royal Australian Institute, taula periòdica de gravats: http://www.raci.org.au/periodictable-on-show

Victoria Vesna: http://nano.arts. ucla.edu/index2.php; http://victoriavesna.com

Còmics

Bunpei Yorifuji: http://www.bunpei.com/?lang=en Chemcomics, la taula periòdi· ca dels còmics: http://www.uky.edu/Projects/ Chemcomics/index.html

Kaycie Dunlap: http://kcdelements.tumblr.com

Cinema

94 elements: http://www.94elements.com

Conclusions

Taula periòdica d’interferènci·

es polítiques en ciència, de la Union of Concerned Scientists: http://bit.ly/9oEG

Taula periòdica de les bandes de rock: http://roadsidejesus.com/ periodic/ptableHola.htm

Taula periòdica de les metàfo· res, de Christoph Niemann: http://bit.ly/HRzKvY; http://www.christophniemann.com

Taula periòdica de mètodes de visualització: http://www.visualliteracy.org/periodic_table/periodic_ table.html

Taula periòdica de taules periòdiques: http://www.keaggy.com/periodictable/ Taules periòdiques interactives en museus: http://www.chemheritage.org; http://www.msichicago.org

Discografia

CarrasCo, D. (2000). «La química». Inquilino del mundo. Nuevos Medios.

Flanders & swann (1994). «First and second law». The best of... EMI.

lehrer, T. (1997). «The elements». Songs & more songs by Tom Lehrer. Rhino.

oFFutt, M. (2002). «Mendeleev». Chemistry songbag. Musical Brainstorms.

seeger, P. (1958). «The Demi song». Gazette. Volume one Folkways.

stiller, A. (1995). «A periodic table of the elements». Orchestra 2001. MMC.

they Might Be giants (2009). «Meet the elements». Here comes science. Disney Sound.

DVD

BalCells, E. (2011). L’arròs es planta amb arròs. Producció d’Eugènia Balcells amb la col·laboració de CIRCULAR, Associació per a la Difusió de les Arts. [En català, castellà i anglès]

Bibliografia

aldersey-williaMs, H. (2013). La tabla periódica: La curiosa

historia de los elementos Trad. de Joandomènec Ros. Barcelona: Ariel. [Versió original: Periodic tales: The curious lives of the elements Londres: Viking, 2011]

alvarez, S. (2007). «La música de los elementos». Anales de Química, 103: 54 63.

— (2008a). «Té música la quími· ca?». Revista del Col·legi Oficial i Associació de Químics de les Illes Balears, 27: 6 7.

— (2008b). «Music of the ele· ments». New Journal of Chemistry, 32: 571 580.

— (2010). «Visionarios, videntes, visualizadores y veedores de moléculas». Anales de Química, 106: 37 42.

— (2012a). «Chemistry: A panoply of arrows». Angewandte Chemie International Edition, 51: 590 600.

— (2012b). «An artist’s hommage to the elements». Chemistry International, 34: 5.

alvarez, S.; sales, J.; seCo, M. (2008). «On books and chemical elements». Foundations of Chemistry, 10: 79 100.

— (2010). «El bagul dels llibres: 6. Els elements i el sistema periòdic». Revista de la Societat Catalana de Química, 9: 51 65. andré, J. P. (2013). «Opera and poison: A secret and enjoyable approach to teaching and learning chemistry». Journal of Chemical Education, 90: 352 357.

BarCeló, M. (2003). Carnet d’Afrique París: Gallimard.

Bollinger, J. C. (2007). «Quand Raymond Queneau rencontre Primo Levi». L’Actualité Chimique, 311: 53 57.

Calvino, I. (2011). Totes les cosmicòmiques. Trad. de Fran· cesc Miravitlles. Barcelona: Edicions 62. [Versió original: Le cosmicomiche. Torí: Einaudi, 1965]

Castro Prieto, J. M. (2009). Etiopía Barcelona: Lunwerg, p. 89.

La

Cavaliere, A. (1939). Chimica in versi: Rime distillate. Roma: Angelo Signorelli.

Cennini, C. (1988). El libro del arte Trad. de Fernando Olmeda Latorre. Torrejón de Ardoz: Akal. [Versió original: Il libro dell’arte, 1390]

CruM-Brown, A. (1864). «On the theory of isomeric com· pounds». Transactions of the Royal Society of Edinburgh, 23: 707 719.

— (1865). «On the theory of isomeric compounds». Journal of the Chemical Society, 3: 230 245.

deMos, T. J. (ed.) (2006). Vitamin Ph: New perspectives in photography Londres: Phaidon.

djerassi, C.; hoFFMann, R. (2011). Oxigen. Trad. de Arantxa Gorostiza i Mercè Piquera. València: Universitat de Valèn cia. [Versió original: Oxygen Weinheim: Wiley VCH, 2001]

FranCisCono, M. (1991). Paul Klee: His work and thought. Chicago: The University of Chicago Press.

grieP, M.; Mikasen, M. (2009). ReAction! Chemistry in the movies. Oxford: Oxford Univer· sity Press. hergé (1965). L’estel misteriós. Trad. de Joaquim Ventalló. Barcelo· na: Joventut, p. 11. [Versió original: L’Étoile mystérieuse Tournai: Casterman, 1942] hoMer (1999). La Ilíada. Trad. de Joan Alberich i Mariné. Barce· lona: La Magrana. [Versió original: Ilias, s. viii aC] jou, D. (1999). Joc d’ombres. 2a ed. Barcelona: Columna. lake, S. F. (2010). Willem de Kooning: The artist’s materials. Los Ange les: The Getty Conservation Institute.

levi, P. (1988). El sistema periòdic Trad. de Xavier Rius. Barcelo· na: Edicions 62. [Versió original: Il sistema periodico Torí: Einaudi, 1975]

— (2002). Lilit y otros relatos. Trad. de Bernardo Moreno. Barcelo· na: El Aleph. [Versió original: Lilith e altri racconti. Torí: Einaudi, 1981]

— (2011). El oficio ajeno. Trad. d’Antoni Vilalta. Barcelona: El Aleph. [Versió original: L’altrui mestiere. Torí: Einaudi, 1985]

levi, P.; regge, T. (2005). Dialogo Torí: Einaudi. [Versió original: 1984]

loveCraFt, H. P. (2008). The dreams in the witch house. A: loveCraFt, H. P. An H. P. Lovecraft anthology Londres: Forgotten Books. [Versió original: 1933]

lyons, D.; o’doherty, B. (2012). Edward Hopper: Pinturas y dibujos de los cuadernos personales. Madrid: Museo Thyssen Bornemisza.

Mans, C. (2010). «Els falsos ele· ments». Revista de la Societat Catalana de Química, 9: 66 81. — (2013). «Taules periòdiques menys convencionals». Educació Química EduQ, 15: 34 42.

Meyer, E. F. (2011). «Digital design of molecular sculptures and abstractions». Leonardo, 44: 22 28.

newton, V. (1965). Adam’s atoms: Making light of the elements Nova York: Viking Press. Parra, N. (1985). Hojas de Parra Santiago de Xile: Ganymedes. Patterson, S. (2007). Rex reason (solid gaseous liquid synthetic) Londres: Book Works. Poe, E. A. (1850). Von Kempelen and his discovery. A: Poe, E. A. Tales of Edgar Allan Poe. Vol. 1. Nova York: J. S. Redfield.

Queneau, R. (1938). Les enfants du limon. París: Gallimard. — (1969). Petite cosmogonie portative París: Gallimard. [Versió original: 1950]

roMán, P. (2012). «Los elementos perdidos de la tabla periódica: Sus nombres y otras curiosida· des». Anales de Química, 108: 57 64.

saCks, O. (2003). El tío tungsteno: Recuerdos de un químico precoz Trad. de Damián Alou. 2a ed. Barcelona: Anagrama. [Versió original: Uncle Tungsten. Nova York: A. Knopf, 2001]

snow, C. P. (1977). Las dos culturas y un nuevo enfoque. Trad. de Salustiano Masó. Madrid: Alianza. [Versió original: The two cultures: A second look. Cambridge: Cambridge University Press, 1964] van gogh, V. (2008). Cartas a Théo Trad. de Francisco de Oraá. Madrid: Alianza. [Versió original: Vincent van Gogh: Brieven aan zijn broeder. Amster· dam: J. van Gogh Bonger, 1964] voss-andreae, J. (2005). «Protein sculptures: Life’s building blocks inspire art». Leonardo, 38: 41 45.

wang, L. (2012). «Periodic table ceiling: Elemental pups». Chemical and Engineering News, 90: 48.

yoriFuji, B. (2012). Wonderful life with the elements: The periodic table personified. San Francisco: No Starch Press. [Versió original: en japonès, 2009]

Santiago Alvarez Reverter

Va néixer a Panamà i estudià química a Barcelona. És catedràtic de química inorgànica a la Univer sitat de Barcelona i la seva recerca s’orienta a l’estudi de l’estructura electrònica, l’enllaç, la forma molecu· lar i la simetria, en particular, dels compostos de metalls de transició. És fellow de la Royal Society of Chemistry, membre corresponent de la Real Academia Española de Ciencias i membre de l’European Academy of Sciences.

A/e: santiago@qi.ub.es.

Què diu i què no diu la taula periòdica

What the periodic table does and doesn’t say

Pilar González Duarte / Catedràtica emèrita de química inorgànica, Universitat Autònoma de Barcelona

resum

Des de la proposta de Mendeléiev l’any 1869, la taula periòdica ha consolidat plenament la seva vigència i ha esdevingut l’eix vertebrador de la química. Ara bé, la rellevància de la taula periòdica no implica que intrínseca ment aporti informació química. Ben al contrari, la seva gran utilitat és funció directa dels coneixements previs que hom té, els quals, un cop organitzats i sistematitzats en el marc de la taula, permeten fer prediccions sobre les propietats, l’estructura i la reaccionabilitat dels elements químics i de llurs compostos. Atès que la taula periòdica és un tema cabdal en l’aprenentatge de la química, es fa una proposta sobre com es pot abordar llur presentació als alumnes que inicien el seu camí en aquesta disciplina.

paraules clau

Taula periòdica, llei periòdica, Mendeléiev.

abstract

Since Mendeleev’s proposal in 1869, the periodic table has fully consolidated its validity and has become the central axis of chemistry. However, the relevance of the periodic table does not require that it intrinsically provides chemical information. In fact, the usefulness of the periodic table is a direct function of previous chemical knowledge one has. Once this knowledge is organized and systematized within the framework of the periodic table, prediction of chemical behavior, and properties of the elements and their compounds becomes possible. As the periodic table is a main topic in the learning process of chemistry, a procedure for presenting it to students who take a chemistry course for the first time is reported here.

keywords

Periodic table, periodic law, Mendeleev.

Mendeléiev: el principal descobridor de la llei periòdica

La taula periòdica que avui s’utilitza habitualment i que inclou cent divuit elements prové de la llei periòdica descoberta per Dmitri I. Mendeléiev l’any 1869, quan només se’n coneixien seixanta tres i els electrons encara no havien estat desco· berts. És important remarcar que, a diferència de la major part dels descobriments científics fets a mitjan segle xix, la taula periòdica ha mantingut, ampliat i consoli· dat la seva vigència. Aquesta característica només és pròpia de descobertes excepcionals. Per això

la taula periòdica es pot compa· rar amb les lleis de Newton, la teoria de l’evolució de Darwin i la de la relativitat d’Einstein. D’altra banda, la comparació de la taula periòdica amb la pedra de Rosetta no és infreqüent a la literatura. En conseqüència, Dmitri I. Mendeléiev (1834 1907) mereix ser considerat com un dels millors científics de tots els temps.

Els amplis coneixements de química que tenia Mendeléiev i, per damunt de tot, la seva clarividència i tenacitat (Román Polo, 2002) expliquen que assolís l’ordenació dels seixanta tres

elements coneguts en funció de llur pes atòmic i que «anticipés de forma molt acurada les propietats d’elements encara no coneguts» (Mendeleev, 2005; Mendeleev, 2008). És a dir, la llei periòdica proposada per Mendeléiev a la Societat Russa de Química l’any 1869, publicada en rus (Mende· leev, 1869a) i de forma resumida en alemany el mateix any (Mendeleev, 1869b), complia els requisits intrínsecs de les lleis científiques: «permetre fer prediccions» (fig. 1).

Aquesta és la diferència cabdal respecte de les aporta cions d’altres químics contempo·

Figura 1. Mendeléiev l’any de la presentació de la primera taula periòdica (1869) i la segona versió de la taula (1871), on es palesa la predicció de l’existència dels elements Sc (pes atòmic 44), Ga (pes atòmic 68) i Ge (pes atòmic 72).

ranis (J. W. Döbereiner, A. B. de Chancourtois, J. A. R. Newlands, W. Odling i G. D. Hinrichs), que van proposar ordenacions més parcials però relativament properes a la de Mendeléiev, tot i que va ser J. L. Meyer qui més s’hi va apropar (Scerri, 2011). De fet, algunes persones parlen de descoberta independent de la taula periòdica per part dels dos autors (Idhe, 1964; Spronsen, 1969a). Aquesta opinió, però, no està d’acord amb el fet que, de les diferents propostes de Meyer, la taula periòdica que és molt propera a la de Mendeléiev és la que publica a Liebigs Annalen l’any 1870 (Meyer, 1870). En aquest article, ell mateix estableix que la seva taula i la de Mendeléiev són molt semblants, la qual cosa palesa que Meyer tenia coneixe· ment de la taula de Mendeléiev. El camí tradicional dels descobriments científics no acostuma a partir del no res, ni és erràtic, ni fa salts d’acrobàcia. Ben al contrari, els científics dediquen força temps al segui· ment de la literatura relativa al

seu tema d’estudi. També esta· bleixen col·laboracions científi· ques per tal d’enriquir els resul· tats. Però el fet de concloure que contribució i col·laboració són el mateix que codescobriment seria un error important. Sovint, persones que han rebut el Premi Nobel han col·laborat amb una àmplia llista de recercadors. També és cert que fer una bona recerca no necessàriament comporta fer un descobriment important. En resum, en el món científic, treballar en la mateixa línia i fins i tot participar en la recerca d’un determinat autor no implica necessàriament esdevenir coautor dels seus descobriments. Per tot això, resulta difícil d’entendre l’opinió d’alguns historiadors de la ciència —desco nec si sobre la base dels llibres d’Idhe (1964) i/o Spronsen (1969b)— que parlen del «codes· cobriment» de la llei periòdica considerant que Mendeléiev ha de compartir el mèrit amb els autors esmentats i, particular· ment, amb Meyer. Aquesta opinió no és compartida per la majoria

dels químics, que consideren que una comparació detallada dels raonaments i les propostes de Meyer i Mendeléiev palesa clarament que és Mendeléiev qui mereix la consideració de «pare del sistema periòdic» (Mendeleev, 2005: 47 55; Seaborg, 1996).

Sembla, doncs, que un possible repartiment de mèrits no només no estaria d’acord amb les dades que aporten les publicacions científiques dels diversos autors esmentats, sinó que fins i tot lesionaria greument la genialitat i l’autoria de Mendeléiev (Gorin, 1996).

Després de Mendeléiev, H. G. J. Moseley és el científic que més ha contribuït al desenvolupament i la millora de la taula periòdica. Els seus experiments i la interpre· tació teòrica dels mateixos (1912 1914) van donar la resposta que Mendeléiev, mort el 1907, hauria volgut conèixer: per què l’ordenació dels elements sobre la base de llur pes atòmic permetia agrupar los d’acord amb llur comportament químic. Alhora, la demostració de Moseley que l’ordenació dels elements segons el pes atòmic és essencialment coincident amb la del nombre atòmic va ser l’origen de les taules periòdiques actuals, en què els elements s’ordenen d’acord amb aquest segon paràmetre (Scerri, 2011).

Malauradament, ni Mende· léiev ni Moseley no han rebut el reconeixement científic que mereixien. Mendeléiev va ser proposat per al Premi Nobel de Química l’any 1906, però el guardonat va ser H. Moissant, per haver assolit l’aïllament del fluor. Sorprenentment, va ser S. Arren· hius (premi Nobel de Química 1903) qui va convèncer l’Acadè· mia sueca perquè no s’atorgués el premi a Mendeléiev, la qual cosa va aconseguir per un sol vot, en una ajustada votació. Sembla que l’oposició provenia dels dubtes

que havia plantejat Mendeléiev sobre la teoria d’Arrenhius de la dissociació electrolítica. Igual· ment injusta va ser l’opinió de molts científics occidentals justificant que la precària situa· ció de la ciència a Rússia no «mereixia» tenir un premi Nobel. Rússia tampoc no va ser gaire generosa amb un fill tan il·lustre, que mai no va ser nomenat membre de l’Acadèmia Imperial de Ciències Russa. En aquest cas, les seves idees massa liberals expliquen que fos refusat quatre vegades (Mendeleev, 2005: 66 67).

D’altra banda, Moseley (1887 1915), que tenia una intel·ligència preclara, morí als vint i set anys d’un tret al cap quan estava fent de telegrafista al bàndol anglès a la Primera Guerra Mundial. Probablement Moseley va morir massa jove per poder rebre el Premi Nobel, però, a diferència de Mendeléiev, no té cap element químic amb el seu nom. A Mendeléiev se li va atorgar l’any 1955, quan la IUPAC, a instàncies de G. T. Seaborg i altres investigadors, va donar el nom de mendelevi (Md) a l’ele· ment 101.

Un científic que també cal destacar quan es parla de la taula periòdica és precisament Seaborg (1912 1999), que va donar nom a l’element 106, el seaborgi (Sg), i que va rebre el Premi Nobel de Química l’any 1951, per la seva contribució a l’estudi dels ele· ments transurànids. Possiblement és el científic que més ha contri· buït a l’allargament de la taula periòdica, atès que ha descobert o ha participat en el descobri· ment de molts elements pesants, des del plutoni (Z = 94) fins al nobeli (Z = 102). Alhora, Seaborg va saber resoldre els dubtes que hi havia pels volts del 1940 sobre la ubicació a la taula periòdica dels elements posteriors a l’actini(89) i a l’urani(92), tal com

en què els elements transurànids, neptuni i plutoni, es consideren membres d’una sèrie «urànida» i els actínids formen una quarta sèrie de transició.

palesa la fig. 2. La seva proposta va consistir a considerar que no eren elements de transició, sinó que formaven part d’una nova sèrie, la sèrie actínida, en paral·lel a la ja establerta sèrie lantànida (Seaborg, 1996; Scerri, 2011).

Què diu i què no diu la taula periòdica

La majoria dels llibres de química general i de química inorgànica dediquen una part important a presentar la taula periòdica, tot remarcant la gran utilitat del seu ús i coneixement. Un cop explicats la gestació i el format actual, passen a descriure alguns paràmetres, que s’agrupen sota el nom propietats periòdiques dels elements i que es refereixen a radis, energies d’ionització, afinitats electròniques i electro· negativitats. A partir d’aquí, en la gran majoria dels casos, deixen que el lector, sovint alumne, descobreixi el fet que disposar de la taula periòdica no el porta a «saber química», és a dir, a conèixer les propietats, l’estructu· ra i la reaccionabilitat dels elements i de llurs compostos. En altres paraules, la informació intrínseca de la taula periòdica no és suficient per assolir l’objectiu

essencial de la química, que és «conèixer les propietats i l’estruc· tura de la matèria i llurs regles de transformació».

Aquesta situació molt poques vegades mereix atenció per part dels professors. De fet, l’analogia de la taula periòdica amb la pedra de Rosetta és molt atractiva però poc realista. Mentre que quan hom coneix l’escriptura jeroglífica té les portes obertes al coneixement de la religió i la cultura egípcies, el fet de tenir a mans la taula periòdica no com porta poder anticipar ni el comportament químic dels elements ni moltes de les seves propietats.

Es podria argumentar que, a partir de la posició d’un element a la taula periòdica, es dedueix fàcilment llur configuració electrònica en l’estat fonamental. Això és cert, però també ho és que per a un gran nombre d’elements la configuració electrònica no permet deduir quins dels possibles estats d’oxidació són els més freqüents ni quines condicions experimen· tals es requereixen per a llur estabilització. Un bon exemple de la dificultat de conèixer quins són aquests estats d’oxidació el

Què

Figura 2. Taula periòdica dels anys 1941-1944,

Monografia / Actualització

donen els metalls de transició i també elements no metàl·lics com el nitrogen, el fòsfor i el sofre. Una primera conseqüència d’aquesta impossibilitat té repercussions importants en el procés d’aprenentatge de la química, si aquest s’inicia amb la formulació de compostos químics sobre la base de la memorització de la taula periòdica. Aquest intent pot esdevenir un exercici surrealista, és a dir, es poden formular compostos que senzilla· ment no existeixen o que només existeixen en condicions molt particulars.

La taula periòdica tampoc no dóna resposta directa a preguntes tan significatives com les següents:

– Quina llargada, és a dir, quants elements pot arribar a tenir la taula?

– Com trobem els elements a la Terra: en forma elemental o combinats amb altres elements?

– Quina quantitat hi ha de cada element a la Terra? I a l’univers?

– Quins elements són essen cials per als éssers vius?

Què diu, doncs, la taula periòdica? De què informa? La resposta és força breu: «dóna la relació de parentiu entre els elements químics». En altres paraules, informa que els ele· ments que són propers a la taula tenen configuracions electròni· ques també properes, la qual cosa es tradueix en un comportament químic semblant; ara bé, no explicita quin és aquest compor· tament ni fins on arriba aquesta similitud. Així, doncs, la millor manera de descriure la taula periòdica és comparar la amb un arbre genealògic (Mingos, 1998), en què la característica essencial és palesar la data de naixement i de defunció de tots els membres d’una família i les relacions de parentiu entre ells. Ara bé, a partir

d’un arbre genealògic no es pot deduir si tots o alguns membres de la família tenien el mateix caràcter, una aparença física semblant o si compartien senti· ments, aficions o habilitats. Ben diferent és el cas quan l’observa· dor d’un arbre genealògic és especialista en la història d’aquell període. En aquesta situació, l’observador disposarà d’una eina excel·lent per resumir, relacionar i contextualitzar els seus coneixe· ments històrics.

Què

diu, doncs, la taula periòdica? De què informa? La resposta és força breu: «dóna la relació de parentiu entre els elements químics»

Una primera conclusió és, doncs, que la taula periòdica és tant més útil com més química coneix l’observador. Com en el cas de l’historiador especialista de l’època a la qual es refereix un arbre genealògic, quan hom disposa d’àmplia informació conceptual i experimental en el terreny químic, la taula periòdica és l’eina que permet organitzar, sistematitzar i interrelacionar aquests coneixements. En altres paraules, la taula periòdica esdevé l’eix vertebrador de la química, és essencial per resumir la informació de què hom dispo· sa, i és llavors quan, sobre la base de les relacions de parentiu, es poden fer prediccions.

Una segona conclusió és que el fet d’«iniciar» l’aprenentatge de la química memoritzant total· ment o parcial la taula periòdica no només pot donar pocs fruits, sinó que sovint l’esterilitat de l’esforç de memorització pot portar els alumnes a una impor· tant desafecció envers la química. Encara més difícil d’entendre és que avui hi hagi professors de química que organitzin concursos

per tal que els alumnes disposin de «les millors frases» (o potser regles mnemotècniques) per recordar el símbol dels elements i llur posició a la taula periòdica. Cal notar que aquestes frases no tenen cap relació amb la química i que difícilment comporten una millora de l’alumne en cap altra àrea de coneixement (Tomás Serrano, 2012).

Una darrera conclusió va dirigida no a les primeres passes, sinó al mateix procés d’aprenen tatge de la química. Quan la quantitat de dades existents depassa àmpliament la possibili tat de conèixer les totes, té sentit explicar química memoritzant reaccions, propietats, dades estructurals, etc.? Quan es coneixen cent divuit elements i desenes de milions de compos tos, es pot intentar descriure individualment el comportament químic dels vuitanta o noranta elements que es poden trobar al laboratori? Davant d’aquesta allau d’informació, no hi ha gaires alternatives. A l’hora d’explicar química, cal fer ús de la taula periòdica per tal de dipositar, resumir i sistematitzar la informació que s’està adqui rint. Aquest procés es farà en sentit contrari quan hom vulgui fer prediccions o esbrinar la química d’un determinat ele ment.

Com es pot abordar l’ensenyament de la taula periòdica?

A continuació es fa una proposta del procediment que es podria seguir per presentar la taula periòdica als alumnes que estan fent les primeres passes en el món de la química. Òbviament, la taula periòdica és un tema essencial i imprescindible en els cursos de química general i de química inorgànica en l’àmbit universitari. I cal dir que la manera de presentar la no és una qüestió banal (Mingos, 1998). Ara

bé, atesa l’orientació preferent d’Educació Química EduQ cap als primers nivells d’aprenentatge de la química, només considera· rem la primera situació.

El primer que cal plantejar és quins coneixements previs cal tenir i com es pot transmetre, des del primer dia, l’interès per conèixer la taula periòdica. Els alumnes haurien de saber el següent, per aquest ordre:

1) Els elements químics són les unitats fonamentals (podríem dir que són les lletres de l’alfabet) de la matèria, és a dir, de tot el que ens envolta, fins i tot del que no veiem, com ara l’atmosfera, i de nosaltres mateixos.

2) Els elements químics estan formats per àtoms que contenen un nucli central, uns electrons interns i uns altres de perifèrics, i són aquests els que determinen les propietats dels elements i llur capacitat de formar compostos.

3) A partir d’uns noranta elements (dels cent divuit cone· guts), avui s’han descrit desenes de milions de compostos químics, la qual cosa indica la gran riquesa de comportament d’aquests elements i fa imprescindible posar ordre i sistematitzar els coneixements. Precisament per això és útil la taula periòdica.

Per tal d’augmentar la motiva· ció, es pot fer una mica d’història, parlar de la genialitat de Mende· léiev, de les circumstàncies del descobriment de la taula periòdi· ca i de la seva evolució fins als nostres dies (González Duarte, 2005). Tot seguit es pot entrar pròpiament en matèria establint, primer, l’ordenació dels elements en funció de llur nombre atòmic; després, la divisió de la taula en grups i períodes, i, finalment, la classificació dels elements en tres grans blocs: metàl·lics, no metàl· lics i semiconductors (fig. 3). Els gasos nobles, que es poden esmentar, queden al marge d’aquesta classificació.

Per completar aquesta primera visió de la taula periòdica, també es poden considerar «qüestions que no troben resposta directa a la taula», com ara la seva llargada i les abundàncies relatives dels elements, ambdues relacionades amb l’estabilitat nuclear. I també es pot «palesar la proximitat de la química a la qualitat de vida» analitzant i comparant tres elements força diferents com el coure (metàl·lic), el clor (no metàl·lic) i el silici (semiconduc· tor), indispensables, respectiva· ment, per a la conducció elèctrica, la potabilització de l’aigua i la microelectrònica.

Figura 3. La forma semillarga de la taula periòdica amb els elements descoberts fins al 2013. Una primera visió palesa la classificació dels elements en metalls i no-metalls, amb una regió fronterera que inclou els set elements semiconductors.

Es pot constatar que aquesta presentació de la taula periòdi ca no requereix memoritzar ni el nom, ni el símbol, ni la posició exacta de cap dels cent divuit elements. Tampoc no exigeix saber formular, la qual cosa no vol dir que no es parli de compostos químics. Fins i tot, per tal d’engrescar els alumnes, se’ls pot demanar que portin mostres de matèries primeres a partir de les quals s’obté l’element pur i també objectes en què l’element és protagonista. Per exemple, en el cas del coure: minerals de coure (calcopirita, atzurita, etc.), fils elèctrics, estris de bronze i de llautó, monedes de cèntim d’euro; en el del clor: sal comu na, lleixiu, salfumant, Voltaren ® (diclofenac sòdic), i en el del silici: sorra de platja, oblia de silici, un microxip, estris de vidre, massi lla de silicona. Només amb aquestes mostres, es pot parlar molt de química!

Conclusions

La taula periòdica dóna la relació de parentiu entre els elements químics, és a dir, indica que els elements que ocupen llocs propers a la taula tenen un comportament químic semblant, sense explicitar quin és aquest comportament ni fins on arriba aquesta similitud.

La utilitat de la taula periòdica és funció directa del grau de coneixements de l’observador. Al llarg del procés d’aprenentatge, la taula periòdica permet dipositar, resumir i sistematitzar la infor· mació que hom adquireix. Posteriorment, aquest procés es farà en sentit contrari quan hom vulgui fer prediccions o esbrinar la química d’un determinat element.

El fet que la taula periòdica no aporti intrínsecament conei xements de química és perfecta ment compatible amb el fet que

Monografia

sigui una eina indispensable per a l’aprenentatge d’aquesta disciplina.

Per als alumnes que s’inicien en l’aprenentatge de la química, l’esterilitat de l’esforç de memo· rització de la taula periòdica i de les valències dels elements pot portar los a un rebuig irreversible envers aquesta branca de la ciència.

Si bé la presentació de la taula periòdica requereix uns coneixe· ments previs sobre què és la matèria i què són llurs lleis de transformació, això no impedeix que, independentment del nivell del curs de química, se’n pugui explicar l’essència i la utilitat de forma assequible i entenedora (fig. 4).

Bibliografia

gonzález duarte, P. (2005). Les mil cares de la taula periòdica. Bella terra: Universitat Autònoma de Barcelona. Facultat de Ciències.

gorin, G. (1996). «The principal discoverers of the Periodic Law». J. Chem. Educ., 73(6): 490 493.

idhe, A. (1964). The development of modern chemistry. Cap. 9. Nova York: Harper and Row. Mendeleev, D. I. (1869a). «The Relation between the Properties and Atomic Weights of the

Per als alumnes que s’inicien en l’aprenentatge de la química, l’esterilitat de l’esforç de memorització de la taula periòdica i de les valències dels elements pot portar­los a un rebuig irreversible envers aquesta branca de la ciència

Elements». J. Rus. Chem. Soc., 1: 60 77. [Trad. a l’anglès]

— (1869b). «On the Relationship of the Properties of the Elements to their Atomic Weights». Z. Chemie, 12: 405. [Resum de l’article anterior publicat en alemany]

— (2005). La relació entre les propietats dels elements i llur pes atòmic. Trad. i presentació de J. M. Llinàs i L. Victori. Barcelo· na: Societat Catalana de Química. (Clàssics de la Química; 2).

— (2008). La regularitat periòdica dels elements químics. Trad. i presentació de J. M. Llinàs i L. Victori. Barcelona: Societat Catalana de Química. (Clàssics de la Química; 4).

Meyer, L. (1870). «Die Natur der chemischen Elemente als Function ihrer Atomgewichte».

4. L’esforç de l’aprenentatge sempre té recompensa. En això, la taula periòdica no és l’excepció.

Ann. der Chem. und Pharm. Suppl., 7: 354 364.

Mingos, D. M. P. (1998). Essential trends in inorganic chemistry Nova York: Oxford University Press.

roMán Polo, P. (2002). Mendeléiev: El profeta del orden químico Madrid: Nivola.

sCerri, E. R. (2011). The periodic table: A very short introduction Nova York: Oxford University Press.

seaBorg, G. T. (1996). «Evolution of the modern periodic table». J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1996(20): 3899 3907.

sPronsen, J. W. van (1969a). «The Priority Conflict between Mendeleev and Meyer». J. Chem. Educ., 46(3): 136 139. — (1969b). The periodic system of the chemical elements. Amsterdam: Elsevier.

toMás serrano, A. (2012). «Ningún pollo asado sabe bien: Frases para recordar… la tabla periódica». Alambique, 72: 99 1

Pilar González Duarte

És doctora en ciències químiques, màster de química per la Universitat de Michigan (Ann Arbor, EUA) i catedràtica emèrita de química inorgànica de la Universitat Autònoma de Barcelona. La seva activitat docent i investigadora s’ha centrat en els camps de la química inorgànica i bioinorgànica. Ha estat presidenta de la Societat Catalana de Química (1995 2002). El Govern de la Generalitat de Catalunya li va atorgar, l’any 2004, la Distinció Jaume Vicens Vives a la qualitat docent universitària. Des de l’any 2004, és membre de l’Institut d’Estudis Catalans a la Secció de Ciències i Tecnologia. Actualment, la seva activitat professional se centra particularment en la divulgació científica.

A/e: Pilar.Gonzalez.Duarte@uab.cat

Figura

L’origen còsmic de la taula periòdica

The cosmic origin of the periodic table

David Jou / Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física / Institut d’Estudis Catalans

resum

La física nuclear, l’astrofísica i la cosmologia presenten una història dels elements químics, formats per fusió nuclear abans de les galàxies (hidrogen i heli), en estrelles (de l’heli fins al ferro) o en explosions de supernoves (més enllà del ferro). Així, la taula periòdica adquireix una profunda dimensió temporal. Però en la majoria dels universos imaginables no hi hauria matèria, sinó només llum, o bé la taula periòdica estaria reduïda a pocs ele ments. Acabem l’article analitzant algunes qüestions filosòfiques sobre la matèria.

paraules clau

Taula periòdica, nucleosíntesi, origen dels elements, cosmologia, estrelles.

abstract

Nuclear physics, astrophysics and cosmology describe a history of the chemical elements, formed by nuclear fusion before galaxies (hydrogen and helium), in stars (from helium to iron), or during big explosions of supernovae (beyond iron). With this in mind, the periodic table gains a deep temporal dimension. However, in most of the conceivable uni verses, matter would not exist, but only radiation, or the periodic table would be reduced to a handful of elements. We close with a few philosophical reflections on matter.

keywords

Periodic table, nucleosynthesis, origin of the elements, cosmology, stars.

Introducció

La cosmologia dóna una profunditat temporal, històrica, de milers de milions d’anys, a la taula periòdica. En certa manera, la cosmologia fa respecte de la taula periòdica dels elements el que féu Darwin respecte de la classificació de Linné de les espècies: preguntar se pels orígens, establir genealogies, explicar històries, proposar mecanismes evolutius que posen el temps al cor mateix de la vida i la il·luminen amb un sentit nou, dinàmic, alhora que explicatiu i sorprenent.

Acostumem a veure la taula periòdica com una classificació especialment reeixida dels diversos elements químics que posa de manifest regularitats en

les seves propietats físiques i químiques. La física atòmica (combinació d’electromagnetisme i física quàntica) explica (a posteriori i amb unes dificultats considerables) aquestes regulari tats. Podria semblar que la física nuclear hauria d’estar se callada respecte de la taula periòdica, amagada al fons del nucli dimi· nut i químicament inoperant, tret d’alguns detalls relativament menors referents a la massa dels diversos isòtops, algunes subtile· ses de les ratlles espectrals i les característiques radioactives (no químiques) respectives.

Però no és així: la física nuclear, l’astrofísica i la cosmolo· gia irrompen a la taula periòdica, li atorguen una nova dimensió temporal i situen la seva genealo·

gia en els espais celestes. En aquest article explicarem breu· ment les principals idees de la formació dels elements de la taula periòdica, la limitació del nombre d’elements estables a causa de les lleis físiques i les implicacions filosòfiques de l’existència de la matèria.

Història tèrmica de l’univers

La cosmologia moderna proporciona una imatge de com s’ha format la matèria i obre, alhora, interrogants respecte del contingut material de l’univers. En el model estàndard del Big Bang (‘gran explosió’), l’inici de l’univers estaria caracteritzat per una temperatura i una densitat infinites. A mesura que la tempe· ratura de l’univers va davallant

a causa de l’expansió, el seu contingut va canviant. La conne· xió entre el contingut de l’univers i la seva evolució fa que la física de partícules elementals i la cosmologia (les teories físiques del més gran i del més petit) conflueixin de forma natural i que les observacions cosmològiques constitueixin un dels bancs de proves de les teories més avança· des i especulatives de partícules elementals. Però aquí no entra· rem en els detalls de les partícu· les elementals i les interaccions bàsiques, sinó que enfocarem l’anàlisi en els elements químics.

Vegem una síntesi concisa de les principals etapes de la història tèrmica de l’univers, abans d’examinar ne algunes en detall. Inicialment, el contingut de l’univers degué ésser una mescla de radiació i partícules de tota mena de masses, amb predomini de partícules desconegudes de gran massa. La seva desintegració donà lloc a quarks i leptons, els constituents elementals de la matèria (la diferència entre ells és que els quarks estan sotmesos a la interacció nuclear forta i els leptons, no). En continuar se refredant l’univers, els quarks s’agruparen de tres en tres o de dos en dos per donar lloc als hadrons (barions i mesons, respectivament).

En reduir se encara més la temperatura, la majoria dels hadrons i leptons anà desapa reixent i quedaren tan sols els hadrons i leptons de vida més llarga (protons, neutrons, elec· trons), que s’anaren agrupant i donaren lloc als nuclis més lleugers (hidrogen, deuteri, heli, liti). En continuar el refredament i arribar a uns tres mil graus Kelvin, els electrons i els nuclis positius anaren formant àtoms neutres. A partir d’aquest mo· ment, la radiació deixà d’inte raccionar amb la matèria i es començaren a formar galàxies.

En elles s’anaren condensant les estrelles, en el si de les quals s’anaren formant nuclis atòmics cada vegada més pesants. En explotar la primera generació d’estrelles, grans i de durada breu, llançaren a l’espai aquests nuclis, que permeteren que la pols interestel·lar i les estrelles de segona generació que es formaren a partir d’ella poguessin estar acompanyades de planetes compostos per elements pesants. Vegem ara les principals etapes de la història còsmica dels àtoms.

Fusió nuclear d’hidrogen

Hidrogen-1

Hidrogen-1

Hidrogen-1

Hidrogen-1

Figura 1. Esquema simple de la fusió nuclear d’hidrogen tot donant heli 4 (les reaccions reals són molt més complicades). Aquesta reacció es produí abundosament durant els tres primers minuts de l’univers, al final dels quals hi havia un 25 % d’heli i un 75 % d’hidrogen.

La matèria primordial: hidrogen i heli

Entenem com a matèria primordial la d’origen anterior a les galàxies més antigues. Aquesta matèria es formà durant els tres primers minuts de l’univers i consta de tres quartes parts d’hidrogen i una quarta part d’heli (fig. 1). Aquest resultat observacional concorda amb les prediccions que se segueixen del model del Big Bang en combinació amb la física nuclear. Les etapes més rellevants són les següents: a) Formació de nucleons. Per sota de la temperatura de mil bilions de graus, els quarks tendeixen a agrupar se tot donant hadrons, la major part dels quals són inestables. Els hadrons s’anaren desintegrant fins que

quedaren només els nucleons més estables: el protó, que és estable a tots els efectes pràctics, i el neutró, que té una vida mitjana d’uns divuit minuts fora del nucli i una durada pràctica· ment infinita al seu interior. Mentre la temperatura és prou elevada, hi ha equilibri entre protons i neutrons, segons una sèrie de reaccions nuclears (p → n + e+ + n, n → p + e + antn p + e → n + n).

Aquestes reaccions, mitjança· des per les interaccions nuclears febles, fan que els neutrons que es van desintegrant siguin refets a partir de protons més electrons, de manera que el sistema està en equilibri.

b) Formació de nuclis lleu gers. Per sota dels cent bilions de graus, hi ha una anihilació gegantina d’electrons i positrons i les reaccions que mantenien en equilibri protons i neutrons deixen d’actuar. Atesa la reducció dràstica del nombre d’electrons (i la desaparició total dels posi· trons), els neutrons que es desintegren ja no poden ser substituïts i la seva única pos sibilitat de supervivència és combinar se amb els protons per formar nuclis lleugers. I atesa la inestabilitat del deuteri, això només és possible quan la temperatura disminueix per sota de l’energia característica de desintegració d’aquest nucli. Segons la mecànica estadística, aquesta temperatura duu a una proporció de set protons per cada neutró. Si suposem que pràctica· ment tots els neutrons es combi· nen amb protons, arribem a una proporció en massa del 75 % d’hidrogen i gairebé el 25 % d’heli 4 (el nucli del qual està constituït per dos protons i dos neutrons), i una petita proporció d’altres nuclis lleugers, com l’heli 3 i el liti. En efecte, per cada dos protons que s’unissin

Energia

Heli-4

Neutrí

Entre els tres minuts i els tres­cents mil anys, l’univers està format majoritàriament per nuclis positius d’hidrogen i d’heli, electrons, neutrins i per una gran quantitat de fotons

amb dos neutrons per formar un nucli d’heli, restarien dotze protons lliures. Tindríem, així, que per cada quatre unitats de massa corresponents a l’heli, n’hi hauria dotze corresponents a l’hidrogen.

Per poder dur a terme aques· tes reaccions de fusió nuclear que permeten passar de protons i neutrons als elements lleugers esmentats, cal una temperatura superior a uns quinze milions de graus (que és aproximadament la temperatura que hi ha a les regions interiors del Sol, on també té lloc la fusió nuclear de l’hidro· gen tot donant heli) i una densitat elevada. Aquesta temperatura tan elevada és necessària per tal que dos protons puguin superar la força de repulsió electrostàtica mútua i arribar pràcticament a tocar se, que és quan començarà a actuar la interacció nuclear forta que els mantindrà units i provocarà que un d’ells, a conse· qüència de la interacció nuclear feble, es transformi en neutró. Aquestes prediccions del model del Big Bang concorden amb les dades observacionals i constitueixen un dels arguments a favor d’aquest model d’origen de l’univers. Les proporcions (ínfimes) de liti, heli 3 i beril·li són molt sensibles a la quantitat d’hadrons presents a l’univers i desenvolupen un paper important a l’hora de fixar límits a la quantitat total de matèria normal present a l’univers. L’hidrogen i

l’heli (les dues puntes superiors de les taules periòdiques conven· cionals) són, doncs, pràcticament els únics elements que hi havia a l’univers quan tenia tres minuts (i, de fet, els únics elements que hi hagué a tot l’univers durant ben bé uns mil milions d’anys, quan, ja formades les galàxies primitives, les estrelles comença· ren a tenir reaccions nuclears i a formar nuclis més pesants). A partir d’aquell moment, l’univers se seguí expandint i refredant. Però com es formaren els altres elements?

La formació dels elements a les estrelles: de l’heli al ferro Entre els tres minuts i els tres cents mil anys, l’univers està format majoritàriament per nuclis positius d’hidrogen i d’heli, electrons, neutrins i per una gran quantitat de fotons. Els electrons negatius i els nuclis positius no estan lligats entre si, ja que les energies mitjanes de les partícu· les de l’univers són molt superi· ors a l’energia d’ionització dels àtoms. Durant aquest temps, l’univers es va expandint i refredant sense que s’esdevingui res de remarcable.

Quan l’univers arriba als tres mil graus Kelvin, aproximadament en atènyer els tres cents vuitanta mil anys d’edat, la proporció d’electrons que queden lligats als nuclis positius per donar lloc a àtoms neutres és prou gran perquè els fotons, que interaccionen molt menys eficaçment amb la matèria neutra que amb la matèria carregada elèctricament, deixin d’interaccionar amb la matèria. A partir d’ara, la radiació i la matèria seguiran les seves pròpies evolucions per separat: amb l’expansió, la radiació s’anirà refredant i avui constitueix una radiació de fons de microones, a uns dos graus i mig (en l’escala absoluta de temperatura), que omple tot l’univers.

Alliberada de la pressió de la radiació, la matèria s’anà agru· mollant sota l’acció de la gravita· ció, que exerceix una força atractiva entre les masses de l’univers i tendeix, doncs, a unir les. Així començà la formació de les galàxies, que inicialment foren grans núvols de gas cada vegada més dens en el si dels quals s’anaren formant estrelles. Efectivament, la massa necessà· ria per tal que predominin els efectes atractius de la gravitació per sobre dels dispersius de la pressió és de l’ordre de la massa de les galàxies, molt superior a la de les estrelles. Les petites fluctuacions de densitat que van actuar com a centre d’agregació de les galàxies primitives són observades actualment, gràcies als satèl·lits COBE (1992), WMAP (2002) i Planck (2013), com a minúscules fluctuacions de temperatura de la radiació còs mica de fons abans esmentada.

A mesura que la matèria (hidrogen i heli) es va compactant sota l’acció de la gravetat per donar estrelles, l’energia poten cial gravitatòria esdevé energia tèrmica del gas i energia de radiació. El gas es va escalfant fins a arribar a una temperatura en què les col·lisions entre nuclis són prou violentes per produir reaccions de fusió nuclear, en què nuclis lleugers s’uneixen per formar ne un de més pesant i alliberen grans quantitats d’energia, la qual escalfa prou el gas perquè la seva pressióex·

A mesura que la matèria (hidrogen i heli) es va compactant sota l’acció de la gravetat per donar estrelles, l’energia potencial gravitatòria esdevé energia tèrmica del gas i energia de radiació

L’origen

Monografia

pansiva contraresti la de la gravetat, que tendeix a comprimir l’estrella.

En una primera etapa, quatre nuclis d’hidrogen en formen un d’heli (dos protons i dos neu· trons). El procés no és simple i hi ha dues cadenes de reaccions que permeten aquest procés. Aquí, però, no entrarem en aquests detalls, molt interessants però especialitzats.

Acabat l’hidrogen, l’estrella es contrau sota l’acció de la gravetat i s’escalfa fins que la temperatura arriba a un punt en què tres nuclis d’heli poden donar ne un de carboni. Per a això cal una temperatura unes quatre vegades més elevada (com a mínim) que per passar d’hidrogen a heli, ja que els nuclis d’heli tenen una càrrega elèctrica doble respecte de la de l’hidrogen. Això produeix, durant un temps, una nova expansió de l’estrella, fins que s’acaba l’heli. Això és el que passarà amb el Sol d’aquí a uns

cinc mil milions d’anys: en començar la combustió d’heli (a cent milions de graus), la seva grandària augmentarà fins que engolirà Mercuri i Venus i elevarà moltíssim la temperatura de la Terra. Uns mil milions d’anys abans, ja s’haurà acabat la vida a la Terra a causa de l’evaporació dels mars, llacs i rius.

A continuació, si l’estrella és prou gran, s’inicia la ignició del carboni (a uns cinc cents milions de graus) per donar silici i altres elements, i així successivament fins a arribar al ferro, que és el nucli més estable (fig. 2). Els detalls dels processos són força especialit zats. Indicarem només algunes reaccions: dos nuclis de carboni 12 poden donar magnesi 24 més un raig gamma o bé sodi 23 i un protó; la fusió de dos nuclis d’oxigen (cadascun d’ells format en la fusió d’un nucli de carboni i un d’heli), a més de mil milions de graus, pot donar sofre 32 més un raig gamma o bé silici 28 més

un nucli d’heli 4; finalment, la fusió de dos nuclis de silici, a més de mil cinc cents milions de graus, dóna ferro 56, que, tal com hem dit, és l’isòtop més estable. Podríem indicar moltes altres reaccions que donen els diversos elements de nombre màssic inferior al del ferro 56, però seria molt complex. L’abundància relativa dels diversos elements químics està relacionada amb l’estructura interna de les estrelles on s’han format els elements. Les estrelles grans acostumen a tenir una estructura de capes concèntriques, com una ceba. En les més externes hi ha els nuclis lleugers (hidrogen, heli) i, a mesura que es va entrant dins l’estrella, hi ha nuclis més pesants, a temperatures i pressi· ons més elevades. A les parts més externes, també poden interve· nir hi raigs còsmics d’energies elevades, la qual cosa contribueix a la formació addicional d’ele· ments lleugers (de fet, aquest darrer procés continua a les atmosferes planetàries, on els raigs còsmics van produint en petites proporcions isòtops inestables, com ara el carboni 14 a partir del nitrogen).

Elements pesants i supernoves: més enllà del ferro

Ara bé, com es formen els nuclis més pesants que el ferro? Com surten els nuclis pesants de les estrelles on s’han format per poder formar planetes?

Si les estrelles són prou grans, en acabar el combustible nuclear (és a dir, en la reacció que porta del silici al ferro, que és molt ràpida), la part interna es col·lapsa a gran velocitat. Això fa que les capes externes caiguin sobre el nucli intern, hi rebotin i surtin amb molta energia cap a l’exterior, en forma de supernova (fig. 3). Aquesta explosió dispersa el seu contingut a l’exterior. A més, en aquests processos

Figura 2. Les estrelles molt grans tenen una estructura distribuïda en capes. A mesura que es va passant a capes més interiors, hi ha nuclis més pesants.

Taula 1. Algunes fites bàsiques de la història tèrmica de l’univers

10−12 segonsEls quarks es combinen tot donant hadrons, entre els quals hi ha protons i neutrons.

10−6 segons

10−4 segons

Anihilació massiva de protons i antiprotons. Només queda un de cada cent milions de protons anteriors, que s’anihilen amb cent milions d’antiprotons.

Anihilació massiva d’electrons i antielectrons. S’inicia la nucleosíntesi primordial d’heli a partir d’hidrogen.

3 minuts Acaba la nucleosíntesi primordial (hidrogen, heli 4 i, en quantitats minúscules, deuteri, liti i heli 3).

3 × 105 anys Es formen els primers àtoms (nuclis d’hidrogen i d’heli capturen electrons i passen a forma atòmica).

107 anys

Les galàxies es comencen a formar. A l’interior de les estrelles es comencen a formar els ele· ments químics diferents de l’hidrogen i l’heli.

extremament violents (en què en pocs minuts s’allibera tanta energia com la que ha emès el Sol al llarg de tota la seva història), es formen nuclis més pesants que el ferro, com ara la plata, l’or, el plom o l’urani. Calcular l’abun· dància relativa d’elements pesants produïts per l’explosió d’una estrella és una tasca encara no realitzada en detall a causa de la complexitat dels factors que hi intervenen. Tot i que la major part dels elements més pesants que el ferro es formen durant les

Els nuclis formats a les estrelles són dispersats a l’espai galàctic durant les grans explosions de supernoves. A més, en aquestes explosions es formen els nuclis més pesants que el ferro.

Figura 3.

Monografia

grans explosions, alguns d’ells també es poden formar, en proporcions més petites, a l’in terior d’estrelles molt grans, abans d’explotar.

Però no es poden formar nuclis indefinidament grans. En efecte, el nombre d’elements estables és limitat, tot i que la fabricació de nuclis encara més pesants dels que coneixem és una tasca de recerca força interessant en física nuclear, malgrat que aquests nuclis siguin molt inestables. El límit superior al nombre d’elements estables és una conseqüència del fet que la repulsió electrostà· tica entre els protons és de llarg abast, mentre que la força nuclear forta que manté la cohesió del nucli és de molt curt abast i només actua, pràctica· ment, entre nucleons continguts (nucleó és un nom comú que designa tant protons com neu· trons). Per això l’energia de repulsió electrostàtica creix aproximadament com el quadrat del nombre atòmic (nombre de protons), mentre que l’energia de cohesió creix de manera aproxi· madament proporcional al nombre màssic (nombre de protons més neutrons). Així, per a nombres atòmics prou grans, els nuclis dels elements són inestables, tot i que alguns poden tenir semivides força llargues (semivida és el temps que una població de nuclis radioactius d’un determinat tipus triga a reduir se a la meitat).

El resultat d’aquesta explosió és que l’espai proper a les estre· lles primitives queda enriquit de materials pesants que permetran que les estrelles de segona i tercera generació (com ara el Sol) que es formin a partir d’ells puguin tenir sistemes planetaris amb àtoms pesants i planetes sòlids (com ara la Terra). Alguns d’aquests àtoms arribaran a cons tituir matèria viva. La cosmologia

moderna ens ha descobert, doncs, que estem fets de pols d’estrelles, i no de manera metafòrica, sinó ben literal.

Tal com veurem tot seguit, això té conseqüències filosòfiques molt interessants sobre la relació de la vida amb l’univers.

En principi, l’univers hauria de contenir la mateixa quantitat de partícules que d’antipartícules, ja que la simetria entre matèria i antimatèria és una condició de consistència entre física quàntica i relativitat especial

Quatre qüestions científiques, gairebé filosòfiques

Acabem de veure que, rere els elements de la taula periòdica, hi ha una història còsmica feta de fusions nuclears i d’explosions de supernoves d’on han sortit els àtoms que ens formen. Ara bé, la nostra realitat és molt més complexa i sorprenent del que hem dit, de forma que la majoria dels universos imaginables des de la física o bé no tindrien matèria, sinó tan sols llum, o bé estarien formats només d’hidrogen (o d’hi drogen i heli), sense cap altre element. La taula periòdica qüestiona, de fet, tota l’estructura matemàtica de les lleis físiques fonamentals de l’univers. Vegem quatre aspectes d’aquesta idea sorprenent.

L’asimetria entre matèria i antimatèria

En principi, l’univers hauria de contenir la mateixa quantitat de partícules que d’antipartícules, ja que la simetria entre matèria i antimatèria és una condició de consistència entre física quàntica i relativitat especial. Si hagués

estat així, però, matèria i antima· tèria s’haurien anihilat en les primeres mil·lèsimes de segon de l’univers i només hi hauria quedat llum (radiació electromag· nètica, si volem ser més precisos però menys poètics). Així, doncs, no és obvi que un univers hagi de contenir matèria. Que contingui matèria depèn, probablement, d’una ruptura molt lleugera de la simetria entre matèria i antima· tèria en alguns pocs processos molt particulars: la desintegració de mesons neutres. Ara bé, la petita ruptura de simetria observada fins ara (és un dels temes de recerca notables del CERN, a Ginebra) tot just perme· tria que a l’univers hi hagués deu o quinze galàxies, en lloc de cent mil milions. La magnitud del desconeixement sobre aquest tema és, doncs, molt gran, ara com ara.

Les condicions matemàtiques per a l’existència dels elements químics Que en un univers hi hagi matèria no garanteix de cap manera que hagi de contenir tants elements químics com hi ha en el nostre. Tot i que l’existència d’aquests àtoms ens sembla força natural, un estudi més detallat de les condicions necessàries per a la seva formació porta a sorpreses considerables. Càlculs detallats revelen que aquests àtoms no existirien si els valors de les cons tants físiques (com ara la constant de la gravitació, la càrrega o la massa de l’electró, la constant de la interacció nuclear feble, etc.) fossin lleugerament diferents del que són.

Per exemple, si la constant de la gravitació fos lleugerament inferior o superior, l’univers s’hauria expandit massa ràpida· ment perquè s’hi haguessin format galàxies, o bé s’hauria tornat a contraure abans que s’haguessin pogut formar galàxi· es, estrelles i nuclis pesants, o bé

Figura 4. El carboni es forma per fusió nuclear de tres nuclis d’heli. Primer, dos nuclis d’heli en formen un de beril·li i, posteriorment, un altre nucli d’heli es fusiona amb el de beril·li. El rendiment final d’aquestes reaccions depèn crucialment d’uns nivells energètics concrets del beril·li i el carboni, que depenen dels valors de les constants físiques universals, que han d’estar molt ben sintonitzats. Altrament, gairebé no hi hauria carboni.

les estrelles cremarien massa ràpidament o massa lentament. Si la càrrega de l’electró fos lleugerament inferior o superior, la força dels enllaços químics seria inferior o superior de la que és, la qual cosa faria que o bé les molècules formades per aquests elements fossin molt inestables, o bé que fossin massa rígides i sense cap versatilitat. Si la constant d’interacció feble fos diferent, les estrelles haurien explotat en una fase molt inicial, sense que hi hagués hagut temps de formar oxigen ni nitrogen.

En particular, la formació dels nuclis de carboni per com· bustió nuclear de l’heli és especi· alment delicada, ja que depèn crucialment de l’existència d’un nivell d’energia del nucli de carboni lleugerament superior a l’energia del nucli de beril·li més el d’heli, i lleugerament inferior al de l’oxigen. En efecte, el carboni no es forma directament en la fusió simultània (molt improba· ble) de tres nuclis d’heli, sinó que dos nuclis d’heli en formen un de beril·li, amb el qual posteriorment es fusiona un altre nucli d’heli

per formar carboni (fig. 4). El rendiment del procés depèn, doncs, de l’estabilitat relativa del beril·li. Si és massa inestable, dura massa poc, i si és massa estable, la majoria dels nuclis d’heli que xoquin amb ell rebota· ran sense fusionar s’hi (per tant, la quantitat de carboni que es produiria seria molt petita). D’altra banda, el carboni, un cop format, pot incorporar per fusió un altre nucli d’heli i passar a formar oxigen. Si aquesta reacció fos molt eficaç, quedaria molt poc carboni. Per això la quantitat de carboni produïda depèn en gran mesura d’unes característi· ques nuclears que fan intervenir una sèrie de nivells nuclears d’energies ben sintonitzades no tan sols del carboni, sinó també del beril·li i l’oxigen. L’existència d’aquests nivells nuclears concrets depèn d’una sintonitza· ció força fina dels valors de les constants físiques fonamentals. Sense aquesta sintonització de valors (encara no explicada per la física actual, tret que suposi infinits universos i que per força hem d’estar en un que permeti

l’existència de vida), la taula periòdica no hauria arribat al carboni, és a dir, tindria tan sols cinc elements, com a màxim.

La immensitat de l’univers, condició necessària per a la vida

La contemplació del cel nocturn ens fa sentir esbalaïts davant la immensitat del cosmos. L’observació científica fa encara més gran aquesta immensitat i porta el radi de l’univers fins a uns valors d’uns tretze mil vuit cents milions d’anys llum. Però aquesta immensitat és una condició necessària per a l’exis· tència de vida intel·ligent. En efecte, per tal que hi hagi un simple bacteri (format en bona part de carboni, nitrogen i oxigen), cal que abans hi hagi hagut una generació de grans estrelles on s’hagin pogut formar aquests elements. A continuació, les estrelles han d’haver explotat i escampat els seus nuclis pesants per l’espai galàctic. Després, s’ha d’haver format una nova estrella amb un sistema planetari que contingui algun planeta adient per a la vida, alhora que hi ha d’haver hagut una evolució prebiòtica que dugués fins a les primeres cèl·lules. Mentre es van desenvolupant aquests processos (uns set mil milions d’anys, aproximadament), el límit de l’univers visible es va expandint a la velocitat de la llum. Per tant, l’existència d’un bacteri necessita un univers de set mil milions d’anys llum de radi. Naturalment, aquesta relació entre dues magnituds tan diferents no tindria cap sentit si no fos a través de la història de la matèria.

L’envelliment de les galàxies i la fi de la vida al cosmos

El procés de formació de nuclis pesants va actuant a les estrelles. Això fa que, de mica en mica, la proporció dels elements a les galàxies vagi variant, des

L’origen còsmic de la taula periòdica

Monografia

Protó Neutró Raig gamma

ANNEX

La taula periòdica

Mireu los: a la dreta, els gasos nobles —en vermell, com els diumenges, com els dies de descans, perquè refusen combinar se i són tranquils i desvagats—;

dalt de tot, com dues torres isolades, l’hidrogen i l’heli, els grans dominadors del contingut de l’univers —potser fóra més lògic posar los com a arrels que com a cúpules, ja que són això: origen, fonament, arrel celest—;

sota d’ells, sis pisos més i, com dos soterranis, els lantànids i els actínids;

al sisè pis, les oficines de la vida —el carboni, el nitrogen i l’oxigen, tan fecunds: boscos i atmosferes, energies enterrades—;

al cinquè —seguim baixant—, tota la sorra de les platges i els deserts —el silici— i la sal de tots els mars —el clor, el sodi i el magnesi—;

al quart pis, el calci i el potassi —que amb el sodi del cinquè flueixen en els nervis com els somnis— i també, com una porta infranquejable, el ferro.

A partir d’ell, tot s’ha format amb violència, en grans explosions de supernoves: el coure del quart pis, la plata del tercer i, en el segon, l’or i el mercuri —fascinants— i el plom i el bari, tan densos.

Al primer pis, la brasa encara crema: el radi —i l’urani en el seu soterrani—, radioactius, com si volguessin recordar nos el tumult eixordador del seu origen.

d’un 75 % en massa d’hidrogen i un 25 % d’heli 4, i pràcticament un 0 % d’elements més pesants, fins a una situació en què la propor ció d’hidrogen serà més petita i la dels altres elements, més gran.

Això farà que la formació d’estre lles noves sigui cada vegada més difícil, menys freqüent, ja que, com més pesants són els nuclis, més protons tenen i més gran és

Al darrer soterrani predomina l’artifici: els àtoms són molt breus, un joc d’enginy que dura el temps de guanyar un nom i que es desfà —ja no fan cap falta: són una fatiga que el món no sap ben bé com suportar.

Mireu los: aquí, els maons del món, arrenglerats en pisos, en prestatges, repetint regularment propietats, delatant una estructura més profunda,

ja no pas matèria eterna i immutable, sinó història en els estels, rastres de tempteigs, edificis de nivells i subnivells, núvols d’incerteses, flors combinatòries.

Venim de més enllà d’aquestes peces, anem no sabem on, però quin goig haver pogut comprendre rere d’elles la bellesa d’una lògica del món!

David Jou (L’èxtasi i el càlcul, 2002)

Gènesi

Els àtoms, creixent lentament en el ventre calent dels estels, reunint els protons i neutrons necessaris per ser no ja hidrogen tan sols, sinó heli, carboni, nitrogen, metalls pesants, cada cop més pesants, fins a ser pols projectada, expansiva en esferes creixents, pols molt estranya en oceans de buit i d’hidrogen... Ah, quanta llum, quanta calor en els orígens d’aquesta matèria, ara palpable amb la mà, fins i tot ara mà que palpa, que estreny, que colpeja, que esquinça! Ara, a l’abast, restes d’estels primitius, antiquíssims...

la força electrostàtica de repulsió entre si, la qual cosa demana més pressió per poder formar l’estrella. De fet, es calcula que a la nostra galàxia el ritme de formació actual de noves estre lles és unes cent vegades inferior al que era fa uns cinc mil milions d’anys. Aquest envelliment de les galàxies posarà fi a la vida a l’univers d’aquí a uns seixanta

David Jou (L’èxtasi i el càlcul, 2002)

mil milions d’anys, aproximada ment, ja que les estrelles actuals s’aniran apagant o aniran explotant i no se’n formaran de noves.

Comentaris finals: matèria fosca i energia fosca

Tota la matèria de què hem parlat fins ara està composta per protons, neutrons i electrons: la

matèria que coneixem a la Terra. És aquesta, també, la matèria que omple l’espai exterior? Fins a quin punt podem suposar que tot l’uni vers està format per aquesta matèria? Fins fa relativament poc, se suposava que això era així: les línies espectrals que procedeixen de les diverses galàxies indiquen, efectivament, que els àtoms que les formen són com els de la Terra. Ara bé, s’han anat acumu· lant indicis del fet que la matèria que coneixem només forma, com a màxim, el 4 % de l’univers. La resta està constituïda per un 26 % de matèria fosca i un 70 % d’energia fosca, aproximadament.

La matèria fosca només estaria sotmesa a la interacció gravitatòria, però no a les altres tres. Per això, en no estar vincula· da a la interacció electromagnèti· ca, no emet cap mena de radiació lluminosa. I es creu que ha tingut un paper rellevant en la formació de les galàxies, les quals, sense l’atracció de la matèria fosca, no s’haurien pogut formar en tan sols tretze mil milions d’anys. També podria ser que estigués formada per partícules supersi· mètriques, les quals s’estan buscant activament al CERN i en altres laboratoris.

L’energia fosca, que acumula la major part de l’energia actual de l’univers, té una interacció repulsiva, en lloc d’atractiva com la gravitació. Per això la seva acció fa que el ritme d’expansió de l’univers es vagi accelerant, en lloc d’anar se alentint, que és el que passaria si l’univers estigués dominat per la gravitació. Efecti· vament, el 1998, observacions de supernoves en galàxies molt llunyanes dugueren a la conclusió que en l’actualitat l’expansió de l’univers s’estaria accelerant, en lloc d’estar se frenant. No sabem en què consisteix l’energia fosca. Podria ser el buit quàntic, en què la pressió és igual però de signe oposat a la densitat d’energia,

o cordes còsmiques, o altres tipus de constituents exòtics.

Conclusions

El materialisme clàssic considerava la matèria com a realitat única i definitiva, eterna, immutable des de l’inici de l’univers: la protagonista de la realitat. Aquesta visió ha canviat en la cosmologia moderna en diversos aspectes importants. La cosmologia indica que la matèria tingué un inici concret i una evolució que ha dut a un creixe· ment de la complexitat pel que fa a la diversitat de nuclis atòmics.

El materialisme considerava la matèria com a realitat necessà· ria, però l’existència d’una bona part de la matèria (el carboni i els nuclis encara més pesants) és extremament contingent i depèn molt sensiblement dels valors de les constants físiques fona· mentals.

La matèria coneguda, que, segons el materialisme, era l’única realitat, passa a ser, com a màxim, el 4 % del contingut de l’univers, que podria estar dominat per una matèria fosca (amb interacció gravitatòria, atractiva) i una energia fosca (amb interacció repulsiva), totes dues encara desconegudes però molt més abundants que la matèria.

Enllà d’aquestes idees gene rals, hem vist com la cosmologia descriu la història dels diversos elements. El fet d’estudiar els processos concrets que porten a cadascun d’ells, les abundàncies relatives actuals i les abundànci es relatives futures són temes tractats per l’anomenada nucleosíntesi estel·lar. La química, tal com l’entenem, és a dir, protago· nitzada per nivells electrònics als nuclis i per enllaços entre àtoms per formar molècules, no comen· çà fins ben bé un milió d’anys després de l’inici de l’univers, quan la seva temperatura perme·

té que l’enllaç entre dos àtoms d’hidrogen per formar una molècula d’hidrogen no es trenqués immediatament. Per poder tenir molècules una mica més complicades, caldria esperar encara un parell de milers de milions d’anys, fins que va haver hi àtoms (no tan sols nuclis) d’elements més pesants. La química, doncs, és força més jove que la física, si ens la mirem des d’una perspectiva còsmica.

Bibliografia

Croswell, K. (1996). Alchemy of the heavens. Nova York: Anchor. hawking, S.; Mlodinow, S. (2010). El gran disseny. Barcelona: Columna.

jou, D. (2006). El laberint del temps, la simfonia de la matèria Barcelona: Viena.

— (2008). Reescribiendo el Génesis Barcelona: Destino.

— (2012). Iniciación al mundo cuántico: De la danza de las partículas a las semillas de las galaxias. Barcelona: Pasado y Presente.

rees, M. (2011). Seis números nada más: Las fuerzas profundas que ordenan el universo. Madrid: Debate.

David Jou i Mirabent

És catedràtic de física de la ma tèria condensada a la Universitat Autònoma de Barcelona. La seva recerca està dedicada a la física fora de l’equilibri. Ha publicat uns dos cents articles de recerca i sis llibres de física. És autor d’una àmplia obra poètica i assagística i membre de la Secció de Ciències de l’Institut d’Estudis Catalans.

A/e: david.jou@uab.cat

L’origen

Monografia / Actualització

Taules periòdiques menys convencionals

Less conventional periodic tables

Claudi Mans i Teixidó / Universitat de Barcelona. Facultat de Química. Departament d’Enginyeria Química

resum

S’han dissenyat més de mil taules periòdiques amb tota mena de formats i estructures. Cada una respon a la volun tat de destacar algun aspecte que el seu creador considera essencial. A l’article se’n mostren unes quantes de les que segueixen criteris menys convencionals. Al mateix temps, el format de la taula periòdica ha inspirat molts crea dors a usar lo per ordenar tota mena d’objectes i conceptes. A l’article es mostren i es comenten taules periòdiques químiques peculiars o pintoresques i unes quantes «taules periòdiques» de matèries ben allunyades de la química.

paraules clau

Taula periòdica, història de la química, analogia, Mendeléiev.

abstract

More than one thousand periodic tables have been designed with all kinds of formats and structures. Each one is the answer to the will to highlight some aspects that its creator considers essential. The article shows a few of the tables that follow less conventional criteria. The format of the periodic table has also inspired many creators to use it for the classification of all types of objects and concepts. Several peculiar or bizarre chemical tables are shown and com mented on in this article. A few of which are periodic tables that are really very far from chemical concepts.

keywords

Periodic table, history of chemistry, analogy, Mendeleev.

Els tres criteris del dissenyador de taules periòdiques

Amb la identificació de l’element 117 a Dubna el 2009, molts químics consideren que s’ha completat la taula periòdica (Scerri, 2013). No hi queden espais buits. Els cent divuit elements coneguts corresponen a totes les configuracions electròniques, des de la més simple, 1s1, la de l’hidrogen, fins a la configuració 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d10 5p66s24f145d106p67s25f146d107p6 de l’element 118, l’ununocti. Mendeléiev no hauria entès res de l’anterior paràgraf, ni li hauria semblat que s’estigués parlant de la «seva» taula periòdi· ca. Per a ell, i per a tots els

Amb la identificació de l’element 117 a Dubna el 2009, molts químics consideren que s’ha completat la taula periòdica

investigadors del seu temps i de dècades posteriors, la taula periòdica visualitzava les simili· tuds químiques entre elements. Però, des de fa cent anys, ja no són la periodicitat química i les masses atòmiques els criteris d’ordenació de la majoria de les taules periòdiques, sinó el nombre atòmic i l’estructura electrònica.

De l’estructura electrònica, considerada la característica fonamental dels elements, se’n deriven les propietats químiques i físiques, i de la regularitat postula da i observada en les estructures atòmiques, se’n deriven la regula ritat i la periodicitat de les propie tats. S’ha passat de la taula «química» a la taula «física». Tot evoluciona, començant pel mateix concepte evolució, que ara no s’assembla gens als planteja· ments inicials a causa de la influència de disciplines com la genètica, l’ecologia o l’etologia, i també de la influència de les ideologies del moment. El concep· te bàsic, però, roman clar: els organismes (al nivell que sigui:

gen, individu, eixam o espècie) s’orienten cap a la supervivèn cia. Evolucions conceptuals similars s’han donat en moltes altres ciències, i la química i la taula periòdica no en són excep cions

En els nostres dies, la taula periòdica és bàsicament un instrument didàctic i una icona, però ja no una eina predictiva, tal com era al començament. Com a instrument didàctic, va bé tenir tots els elements posats en una única representació gràfica, sigui per visualitzar ne les variacions de propietats al llarg dels grups i períodes, sigui per cercar hi altres relacions diagonals o triàdiques més ocultes. I hi ha hagut, per tant, centenars de propostes de taules periòdiques fetes per científics i professors que prete· nen mostrar, de la millor manera que l’autor creu possible, la periodicitat de propietats i la profunda relació entre els ele· ments. Com a icona, és una imatge clara que reflecteix què és la química als ulls de molta gent: un seguit de noms d’elements, valències i nomenclatura inextri· cable, amb una estructura interna assequible només per als experts.

Probablement els criteris que un dissenyador de taules periòdi· ques segueix són tres: coherència, llegibilitat i estètica, però no tots amb el mateix pes. La «coherèn· cia» el porta a fer que els criteris usats en el disseny es mantinguin sense excepcions: per exemple, procurar destacar la periodicitat química, acolorir els elements segons criteris diversos, mantenir l’ordre dels nombres atòmics o mantenir la contigüitat dels elements sense canviar de línia i sense ruptures al dibuix. La cerca de la «llegibilitat» el porta a dissenyar taules on prevalguin la claredat, la facilitat de memorit· zació i la possibilitat de reproduc· ció en formats habituals (com els DIN), o bé a procurar omplir

l’espai sense deixar hi gaires buits. Els «criteris estètics» el porten a vegades a sacrificar els de «coherència» i «llegibilitat» per buscar dissenys nous o evocadors, visualment seductors, però potser poc rigorosos. I com que aquests tres criteris han evolucionat amb el temps, les taules periòdiques també ho han fet.

En els nostres dies, la taula periòdica és bàsicament un instrument didàctic i una icona, però ja no una eina predictiva, tal com era al començament. Com a instrument didàctic, va bé tenir tots els elements posats en una única representació gràfica, per visualitzarne les variacions de propietats al llarg dels grups i períodes, o per cercar altres relacions

La pàgina web «The Internet database of periodic tables» (2013) permet veure més de dues centes cinquanta representacions de la taula periòdica de les més de mil que s’han anat proposant al llarg dels anys. És interessant notar que, per èpoques, fins al 1899, hi ha representades quaranta qua· tre taules; entre els anys 1900 i 1949, n’hi ha seixanta nou; entre els anys 1950 i 1999, cinquanta vuit, i des del 2000, cent dinou. Sembla talment que aquests darrers anys hi hagi hagut una eclosió de generadors de taules periòdiques. Probablement cal atribuir ho a la major difusió de les idees que Internet i les xarxes han propiciat, amb molta més facilitat per publicar dissenys que no han d’esperar a veure’n la

publicació formal en un llibre o una revista. Gairebé tots els exemples que s’esmenten en aquest article són comentats a «The Internet database of periodic tables» (2013).

Taules periòdiques ortodoxes

Les sis taules periòdiques de Mendeléiev, des de la taula del 1868, amb seixanta tres elements, fins a la del 1906, amb setanta un, es basaven en les propietats químiques dels elements repre· sentats i van permetre la predic· ció de les propietats d’elements no coneguts, malgrat que alguns pronòstics no van resultar reeixits (Mans, 2010). A mesura que els mètodes de separació i d’identifi· cació es van anar fent més precisos, s’identificaren tots els metalls de les denominades terres rares, tasca completada el 1907, i es descobriren els «gasos nobles», identificats entre els anys 1868 (He) i 1904 (Rn), excepte l’ununoc· ti Uuo, Z = 118, detectat el 2005. La ubicació d’aquests elements a la taula periòdica va representar un seriós problema, ateses les propie tats químiques tan semblants i el fet que no semblava que quedes· sin espais buits per a tants elements. Taules en forma d’arbre, com la de Thomsen, del 1895, amb setanta elements (alguns d’espuris), derivada de la de Bayley, del 1882, amb seixanta quatre elements, mostren línies d’unió corresponents als elements químicament anàlegs, amb una estructura més oberta que les taules matricials de Mendeléiev o de Meyer, denominades taules curtes per la forma de presentació i que gairebé en tots els models es llegeixen d’esquerra a dreta i de dalt a baix seguint els criteris de l’escriptura occidental. Per facilitar la inclusió dels nous elements, es van inventar versi· ons tridimensionals, que foren i són molt comunes. Un exemple és la taula construïda per Crookes

Taules

Monografia

el 1896 (fig. 1). Aquest objecte, dissenyat abans de definir se el nombre atòmic, mostra la conti· nuïtat essencial dels elements, cosa que en una taula matricial no és possible de visualitzar prou clarament. Werner, l’any 1905, presentà una forma de taula molt propera a la forma llarga actual, amb diversos buits i falsos elements. Es poden veure les

taules de Thomsen i de Werner a Mans (2009a).

Després que Moseley postulés, el 1913, el concepte nombre atòmic com a criteri identificador d’un element, i després que posterior· ment es relacionés el nombre atòmic amb el nombre d’electrons de l’àtom neutre, apareixen noves taules basades en aquest nou concepte. Un exemple és la taula en espiral de Hackh, del 1914, ara ja amb tots els elements de les terres rares i els gasos nobles, en la qual la periodicitat és present però que no és de fàcil llegibilitat. Meyer el 1918, Deming el 1923 i, especialment, Von Antropoff el 1926 van unificar les dues estruc· tures bàsiques de taula bidimen· sional: la de Werner, perfecciona· da per Pfeiffer l’any 1920, i la de Thomsen, modificada per Bohr l’any 1922, que reivindica Scerri

(1997). La taula de Deming va fer se molt popular als Estats Units perquè l’empresa Sargent Welch la va repartir a les escoles. Quam i Quam (1934a; 1934b; 1934c) van publicar un complet inventari de taules periòdiques de tota mena fins al primer terç del segle xx

El disseny final de Von Antro· poff va assolir un notable èxit a Europa i va ser molt reproduït en llibres i murals. Se’n pot contem· plar un exemple mural, del 1934, a l’aula Garcia Banús de l’edifici històric de la Universitat de Barcelona (fig. 2) (Mans, 2009a), reproduït al web «The Internet database of periodic tables» (2013). Aquesta taula té tres detalls interessants: la inclusió d’una estructura en arbre super· posada a una estructura tabular moderna, suggerida pel feix de

Figura 1. Taula periòdica tridimensional de Crookes, del 1896.

Figura 2. Taula periòdica mural de Von Antropoff, del 1934, a l’aula Garcia Banús de l’edifici històric de la Universitat de Barcelona, restaurada el 2008.

línies entre períodes; el fet que els gasos nobles figuren en dues columnes a ambdós costats de la taula i desplaçats una unitat per suggerir la continuïtat dels elements l’un darrere l’altre seguint els números atòmics, cosa que en una estructura helicoïdal es visualitza clarament, i la presència d’un element 0, deno· minat neutroni (malgrat que no li va posar símbol), que Von Antro poff postulava i que estaria format només per neutrons. El fet que Von Antropoff fos del Partit Nacionalsocialista Alemany portà, després de la Segona Guerra Mundial, al bandejament del seu model de taula periòdica. El model fou assimilat per Pauling l’any 1949, que el va combinar amb el de Deming sense esmentar ne l’origen i, amb petites modificaci ons, va publicar lo a la seva obra General chemistry i en obres posteri ors, fins al punt que ha estat reproduït de forma massiva. Se seguien dissenyant formes originals o pintoresques de taules periòdiques, com la de Romanoff, del 1934, amb doblecs laberíntics i els noranta dos elements, fins a

l’urani, excepte el 43 i el 61, no obtinguts encara però que figuren amb els símbols masuri Ma i ilini Il, respectivament (fig. 3).

La proposta de Pauling del 1949 va anar sent substituïda per les taules periòdiques amb l’estructura explícita dels blocs s, p, d i f. Les taules solen tenir dues versions: la «taula llarga», en què els elements del bloc f precedei· xen els del bloc d i que té dos períodes de trenta dos elements, i la «taula semillarga», en què els elements del grup f se situen a peu de pàgina, sense continuïtat amb la resta. Entre molts altres dissenys, Janet va presentar, el 1928, una forma de taula llarga que actualment té un cert reconeixement entre els especia· listes (Scerri, 2007). La taula semillarga va ser iniciada per Deming l’any 1923 i molt millora· da per Paneth el 1942 i per Seaborg el 1944. Ara és la preferi· da per a llibres, murals i webs, ja que és més compacta, malgrat que sigui menys coherent. En canvi, la Wikipedia s’ha decidit per la taula llarga. Hi ha debat sobre el lloc que han d’ocupar l’hidrogen i l’heli i sobre la millor forma d’ubicar a la taula semillarga els elements La i Ac, que se solien posar al cos del bloc d i que ara es representen davant dels lantànids i actínids, respectivament, entre els elements del bloc f (IUPAC periodic table of the elements, 2012). Scerri proposa una variant notable de la taula semillarga en

què desplaça els grups dels halògens i els gasos inerts a l’esquerra i elimina el primer període. Afirma que així resol el problema de la ubicació d’H i He, dóna una forma més simètrica a la taula i els períodes tenen la mateixa longitud, a banda que li surt una nova tríada: la formada per H, F i Cl. Scerri dóna molta importància teòrica a les tríades, especialment les basades en els nombres atòmics (Scerri, 2007; 2011) (fig. 4).

Moltes taules periòdiques convencionals, especialment les dels llibres de text i de divulgació, contenen per a cada element informació sobre l’estructura electrònica, el nombre i la massa atòmica, els estats d’oxidació més comuns, l’estat d’agregació, el punt de fusió o d’ebullició normals, la densitat, l’electrone· gativitat i altres propietats. Aquesta pràctica pot portar a confondre l’àtom de l’element com a concepte i l’element com a substància material, un aspecte que ha estat discutit (Scerri, 2007; Mans, 2009b). La taula periòdica de Lapp, del 1963, que pintorescament era posada en posició vertical, es va publicar en una enciclopèdia denominada Life science library (al primer volum: Matter) i anava acompa· nyada de fotos de gairebé tots els elements en condicions normals. Fou probablement la primera a fer ho. Després va ser habitual incloure també fotos dels ele·

Figura 4. Darrera proposta de taula periòdica semillarga de Scerri (2007).

Figura 3. Taula periòdica de Romanoff, del 1934.

Monografia

ments a les caselles, i en molts museus i centres es van construir taules periòdiques amb mostres dels elements. Gray n’ha construït una de les millors, la periodic table table, i al seu web n’explica la gènesi i detalls (Gray, 2010). La dificultat o la impossibilitat de disposar de certs elements purs, sigui per l’escassesa, pel preu o per la seva naturalesa, ha derivat en la construcció de taules periòdiques en què alguns elements han estat substituïts per compostos o per fotos, cosa que rebaixa la potència de la idea original.

A la xarxa han aparegut desenes de taules periòdiques més o menys interactives. La taula de la Royal Society of Chemistry (Visual elements periodic table, 2013), a banda d’aportar molta informació numèrica i imatges evocadores dels ele· ments, té l’atractiu que es pot indicar la temperatura entre

0 i 6000 K i els elements agafen l’estat físic corresponent. La taula de l’American Chemical Society (Periodic table, 2013) és visualment menys atractiva, però conté més informació química. La taula de Gray (2010), complementària del seu llibre (Gray i Mann, 2011), és probablement la més vistosa (fig. 5).

Als anys seixanta del segle xx, Seaborg, basant se en considera· cions teòriques sobre el nucli atòmic, va pronosticar que podrien existir nuclis estables a valors pels volts de Z = 126. D’aquestes zones, en va dir illes d’estabilitat. Així, va dibuixar una taula periòdica, òbviament no completa, fins a Z = 130. Seguint aquesta idea, a la Wikipedia s’ha publicat un model de taula periòdica superllarga, fins a l’element 173, l’Ust. I Dekker (2013) ha presentat un model de taula que s’estén fins a l’element Utsqo, és a dir,

Z = 13758... A banda d’aquestes especulacions, se segueix treba· llant per trobar formes de taules periòdiques més pedagògiques que les bidimensionals. Per exemple, Dufour, entre molts d’altres, proposa una taula tridimensional en forma pirami· dal que destaca la simetria fonamental de la llei periòdica (fig. 6) iniciada amb la Vis tel·lúrica de Chancourtois, l’any 1862. El criteri de classificació de la taula periòdica s’ha usat també per agrupar i codificar les propie· tats de compostos i no d’ele· ments. Hefferlin, l’any 1980, va dissenyar un sistema periòdic amb totes les molècules diatòmi· ques concebibles amb els cent dotze elements coneguts en aquell moment. Aquesta aproxi· mació ha permès predir propie· tats d’algunes molècules prèvia· ment no existents, tal com passava a final del segle xix amb els elements (Babaev i Hefferlin, 1996). Dias ha preparat la taula periòdica dels hidrocarburs aromàtics benzenoides (naftalè i compostos superiors), hi ha observat tríades anàlogues a les de Döbereiner i en pot predir certes propietats.

Figura 5. Vista parcial de la taula dels elements de Gray (2010).

Figura 6. Taula tridimensional de Dufour, del 1970.

Taules periòdiques, químiques o no, amb components artístics

Una icona tan potent com és la taula periòdica ha merescut l’interès de certs artistes. A banda de la taula periòdica d’Eugènia Balcells, Homenatge als elements, del 2009, descrita en altres textos d’aquesta revista, podem esmen tar la Chemical galaxy ii, de Philip Stewart, del 2003 (fig. 7), o l’obra Elements, de Hop David, del 2005. Jensen, l’any 2009, proposava la In-finite form, una taula tridimensi onal en la qual una cinta amb la seqüència dels elements es va retorçant seguint la forma del símbol d’infinit. Molts altres artistes han dissenyat taules periòdiques més o menys ortodo xes, com ara Damien Hirst o Simon Patterson. En aquest apartat es pot incloure la taula semiquantitativa de W. M. Shee han, del 1970, que intenta repre sentar l’abundància relativa dels elements a la Terra i que té, de fet, més valor de suggeriment que no informatiu (fig. 8) (una versió d’aquesta taula va ser distribuïda per la Societat Catalana de Química). El pintoresc professor Martyn Polyakoff, de la Universitat de Nottingham, té publicats a YouTube més de quatre cents cinquanta vídeos sobre elements i taules periòdiques. Un dels més recents correspon a la taula periòdica més petita del món, gravada amb tècniques de nano tecnologia en un dels seus abun dosos cabells (Polyakoff, 2013).

La taula periòdica és una icona identificable per moltes persones. La seva presència ineludible en els cursos de química de tots els nivells li ha donat una personali tat reconeguda. Per això ha actuat com a plantilla cada vegada que en qualsevol camp científic, tècnic o social s’ha volgut resumir informació de molts ítems relacionats entre ells. A diferència del camp químic, però, en molts casos no hi ha la voluntat de

trobar periodicitat entre els elements que la confegeixen, sigui perquè no hi ha ni famílies ni grups ben definits, sigui perquè el seu nombre no és adequat per donar li una forma que es recone gui com a «periòdica». Les taules d’aquestes característiques són innombrables. A banda de «The Internet database of periodic tables» (2013), hi ha altres referèn cies, com ara Vetrau (2013), amb exemples vistosos.

Davant la impossibilitat de reproduir i fins i tot de donar la

referència de totes les «taules periòdiques» que s’han dissenyat i publicat, facilitem a continua ció una llista amb alguns exemples i l’adreça web on es troben. Totes aquestes taules tenen una estructura més o menys similar a la de la taula semillarga i a cada casella hi ha un símbol format per una majúscula i una minúscula, que és l’abreviatura de l’«element» que s’hi allotja. En moltes aflora un cert sentit de l’humor, a vegades discutible:

Figura 7. La Chemical galaxy ii, de Philip Stewart, del 2003.

Figura 8. Abundància relativa dels elements a la Terra, segons Sheenan, l’any 1970. Taula modificada per la Societat Catalana de Química.

Monografia

– Taula periòdica dels estils de cerveses: http://www.gamasutra.com/blogs/ChristopherTotten/ 20101217/88647/Brewing_Up_ Good_Game_Design.php

– Taula periòdica dels còctels: https://www.facebook.com/photo. php?fbid=415419938530511&set =a.398778450194660.95345.396355 003770338&type=1&theater

– Taula periòdica dels codis QR: http://www.webelements.com/ nexus/chemistry/printable-periodictable-qr-coded

– Taula periòdica dels esdeve· niments climàtics catastròfics: http://ecologicalsociology.blogspot. com.es/2011_07_01_archive.html.

– Taula periòdica de les fonts gràfiques (typefaces): http://www.squidspot.com/Periodic_ Table_of_Typefaces/Periodic_Table_of_ Typefaces_large.jpg

– Taula periòdica de les posicions sexuals: http://www.allposters.com/-sp/ Periodic-Table-of-Sex-Posters_ i358496_.htm

– Taula periòdica dels polítics «criminals» dels Estats Units,

segons el parer de qui l’ha fet: http://www.democraticunderground. com/discuss/duboard.php?az=view_ all&address=389x1006865

– Taula periòdica d’eines d’Internet: http://www.labnol.org/ internet/periodic-table-of-the-internet/ 5420/

– Taula periòdica del jazz: http://www.youtube.com/ watch?v=tveRTaqDxUE

I, naturalment, hi ha també una taula periòdica de les taules periòdiques (http://www.keaggy.com/ periodictable/), feta l’any 2010. A cada element hi ha una taula periòdica ortodoxa o heterodoxa, fins a un total de cent divuit. Moltes de les que s’hi representen s’han esmentat en aquest article. No s’ha de confondre, però, amb la periodic table de Gray. Destaquem, perquè s’ha dissenyat aquí, la taula periòdica de les confitures, feta l’any 2007 per Pere Castells, químic de la Fundació Alícia i de la UB Bullipè dia, i pel Museu de la Confitura, i actualitzada el 2010 (Castells, 2010).

I també l’esoterisme fa taules periòdiques. Garuda Biodynamics, un web esotèric que segueix les teories de la biodinàmica de Steiner, fa tota una teoria sobre la química biodinàmica i presenta diferents variants de la taula periòdica estèticament atractives però científicament irrellevants (Biodynamic chemistry, 2013) (fig. 9). Fa molts anys que es va publicar un sistema peryódico en broma, en castellà. En alguns webs s’afirma que el seu autor és J. C. Moyano, que l’hauria disse· nyat cap als anys vuitanta del segle xx, però hi havia versions prèvies a mitjan anys setanta, en blanc i negre, editades per la distribuïdora de material de laboratori ALCO, SA. S’ha anat adaptant als nous elements descoberts, fins al 105. Els ele· ments tenen noms més o menys divertits, més o menys escatolò· gics, amb dibuixos al·lusius en cada cas: Meón (Ne), Van a Dió (V), Litrio (Li), Cabrono (C), El Lío (He), Culifornio (Cf), Mac Nesio (Mg), etc. A vegades costa trobar la gràcia o el sentit a alguns elements perquè fan referència a fets llunyans en el temps. Per exemple, el Santano (La) no deu

La taula periòdica és una icona identificable per moltes persones. La seva presència ineludible en els cursos de química de tots els nivells li ha donat una personalitat reconeguda. Per això ha actuat com a plantilla cada vegada que en qualsevol camp científic, tècnic o social s’ha volgut resumir informació de molts ítems relacionats entre ells

Figura 9. Taula periòdica biodinàmica, segona versió, del 2013.

ser un referent per a cap jove. Hi ha un parell d’indicis per datar ne la versió: en la reproduïda aquí (fig. 10), hi figuren el kurxatovi i l’hahni, que són els actuals rutherfordi i dubni. Com que els noms definitius són del 1997, la taula és anterior: la dada defi nitiva la dóna l’element 50, l’Este año (Sn), on hi ha destacat el 1996. N’hi ha més versions a la Frikipedia

A la Facultat de Química de la Universitat de Barcelona es pot contemplar un bon nombre de taules periòdiques: l’Homenatge als elements, d’Eugènia Balcells, a la biblioteca; la Taula magna, a l’aula Enric Casassas; un mural ceràmic anònim amb símbols alquímics del 1969, al vestíbul; un mural ceràmic de Fornells Pla també del 1969, al passadís de les aules generals; un mural al·legòric de Mendeléiev, entre altres científics, a l’atri solar; una taula periòdica en rus de gran valor artístic i

Figura 11. La taula periòdica d’Empèdocles, segons Sidney Harris.

Figura 10. Sistema peryódico (1996).

Monografia

històric, a la sala de juntes, i més de trenta taules periòdiques científiques, humorístiques i comercials de gran atractiu, als passadissos del Departament de Química Inorgànica.

Tornem a l’origen. És l’humo· rista Sidney Harris qui ens descobreix quina hauria estat la primera taula periòdica dels elements de la història: la d’Em· pèdocles (fig. 11), que és precisa· ment per on comença «The Internet database of periodic tables» (2013).

Bibliografia i webgrafia

BaBaev, E. V.; heFFerlin, R. (1996). «The concepts of periodicity and hyper-periodicity: From atoms to molecules». A: rouvray, D. H. (ed.). Concepts in chemistry: A contemporary challenge Londres: Research Studies Press.

Biodynamic chemistry: The gyroscopic periodic table [en línia] (2013). Te Puke: Garuda Biodynamic Research Institute.

<http://www.garudabd.org/ node/21/> [Consulta: maig 2013]

Castells, P. (2010). Taula periòdica de les confitures [en línia]. Torrent: Museu de la Confitura. <http://www.museuconfitura. com/descarregues/tabla_ periodica.pdf> [Consulta: maig 2013]

dekker, A. C. J. (2013). Periodic system of the elements [en línia]. Nova York: Be–hance. <http://www.behance.net/ gallery/Periodic System of the Elements/4936377> [Consulta: maig 2013] «Extended periodic table» [en línia] (2013). A: Wikipedia: The free encyclopedia. San Francisco: Wikimedia Foundation. <http://en.wikipedia.org/wiki/ Extended_periodic_table>

[Consulta: maig 2013]

gray, T. W. (2010). The periodic table [en línia]. Champaign

Urbana: Element Collection Inc. <http://www.periodictable.com/> [Consulta: maig 2013] gray, T. W.; Mann, N. (2011). Els elements: Una exploració visual de tots els àtoms coneguts de l’univers. Barcelona: Institut d’Estudis Catalans; València: Universitat de València; Bellaterra: Universitat Autòno ma de Barcelona.

IUPAC periodic table of the elements [en línia] (2012). Durham: International Union of Pure and Applied Chemistry. <http://www.iupac.org/ fileadmin/user_upload/news/ IUPAC_Periodic_Table 1Jun12. pdf> [Consulta: maig 2013] Mans, C. (2009a). Restauració de la taula periòdica de l’aula Garcia Banús. Barcelona: Universitat de Barcelona. (2009b). «Element Al». Educació Química EduQ, 3: 56 60. — (2010). «Els falsos elements». Revista de la Societat Catalana de Química, 9: 66 81.

Periodic table [en línia] (2013). Washington: American Chemistry Society.

<http://acswebcontent.acs.org/ games/pt.html> [Consulta: maig 2013]

PolyakoFF, M. (2013). World’s smallest periodic table [en línia]. Nottingham: University of Nottingham.

<http://www.youtube.com/ watch?v=cQU2IAsQak8> [Consulta: maig 2013]

QuaM, G. N.; QuaM, M. B. (1934a). «Types of graphical classificati ons of elements. I: Introduction and short tables». Journal of Chemical Education, 1: 27 32.

— (1934b). «Types of graphical classifications of elements. II: Long tables». Journal of Chemical Education, 4: 217 223.

— (1934c). «Types of graphical classifications of elements. III: Spyral, helical and miscella neous». Journal of Chemical Education, 5: 288 297.

sCerri, E. (1997). «The evolution of the periodic system». American Scientist, 11 12: 546 553.

— (2007). The periodic table: Its story and its significance. Oxford: Oxford University Press.

— (2011). The periodic table: A very short introduction. Oxford: Oxford University Press. — (2013). «Cracks in the periodic table». Scientific American, 6: 68 73.

Sistema peryódico [en línia] (1996). S. ll.: s. n. <http://ampaipse. files.wordpress.com/2011/08/ tabla periodica de broma.gif> [Consulta: maig 2013]

«The Internet database of periodic tables» [en línia] (2013). A: The chemogenesis web book. White field: Meta Synthesis <http://www.meta synthesis com/webbook/35_pt/pt_data· base.php> [Consulta: maig 2013]

vetrau, J. (2013). S. ll.: VisualizeUs. <http://vi.sualize.us/jvetrau/ periodic/?waterflow> [Consul· ta: maig 2013]

Visual elements periodic table [en línia] (2013). Londres: Royal Society of Chemistry. <http://www.rsc.org/ periodic table> [Consulta: maig 2013]

Claudi Mans i Teixidó És catedràtic emèrit d’enginyeria química al Departament d’Enginyeria Química de la Facultat de Química de la Universitat de Barcelona. A més de diferents tasques al servei de la Universitat, es dedica principalment a la divulgació de la química, especialment en els aspectes més relacionats amb la vida quotidiana, mitjançant llibres, articles, conferències, cursos i blocs.

A/e: cmans@ub.edu

¿Qué enseñar en secundaria sobre la tabla periódica?

Què es pot ensenyar a secundària sobre la taula periòdica?

What to teach to secondary education students about the periodic table?

Antonio Joaquín Franco-Mariscal / IES Juan Ramón Jiménez (Málaga)

José María Oliva-Martínez / Universidad de Cádiz. Departamento de Didáctica

resumen

Se analizan los resultados de una investigación sobre qué contenidos se pueden enseñar en secundaria en el tema de la tabla periódica. La recogida de información se realizó a través de una consulta a expertos e investigadores en didáctica de las ciencias mediante cuestionarios escritos y entrevistas individuales semiestructuradas. Se deduce que el tema debe incluir estos contenidos: a) propiedades físicas de los elementos y propiedades químicas de los compuestos; b) regularidad, orden y periodicidad; c) interpretación de la tabla periódica en función de la estructura atómica; d) presencia de los elementos en la vida diaria; e) revisión histórica de la clasificación de los elementos, y f) naturaleza de la ciencia. Se presentan también diferentes propuestas de secuenciación de estos contenidos y algunas implicaciones didácticas.

palabras clave

Educación secundaria, qué enseñar, tabla periódica, elementos químicos, unidad didáctica. resum

S’analitzen els resultats d’una investigació sobre quins continguts es poden ensenyar a secundària en el tema de la taula periòdica. La recollida d’informació es va realitzar a través d’una consulta a experts i investigadors en didàctica de les ciències mitjançant qüestionaris escrits i entrevistes individuals semiestructurades. Es dedueix que el tema ha d’incloure aquests continguts: a) propietats físiques dels elements i propietats químiques dels compostos; b) regularitat, ordre i periodicitat; c) interpretació de la taula periòdica en funció de l’estructura atòmica; d) presència dels elements en la vida diària; e) revisió històrica de la classificació dels elements, i f) naturalesa de la ciència. Es presenten també diferents propostes de seqüenciació d’aquests continguts i algu nes implicacions didàctiques.

paraules clau

Educació secundària, què es pot ensenyar, taula periòdica, elements químics, unitat didàctica.

abstract

The results of research about which contents of the periodic table topic can be taught in secondary education are analyzed. Data collection was conducted through an enquiry to some experts and researchers in science education through written questionnaires and semi structured individual interviews. The lesson had to include specific con tents: physical properties of elements and chemical properties of the compounds; regularity, order and periodicity; interpretation of the periodic table in terms of atomic structure; presence of elements in daily life; historical review of the classification of the elements, and finally the nature of science. Different proposals for sequencing these contents as well as some educational implications are also presented.

keywords

Secondary education, what to teach, periodic table, chemical elements, teaching unit.

Planteamiento del problema

La forma en la que los docen tes de secundaria enseñan hoy en día la química está marcada por varias causas, entre las que des tacan la formación inicial de los profesores y la influencia de los libros de texto. Según Villave ces (2001), cabe subrayar dos factores: por un lado, la heteroge neidad de las facultades de educa ción y química, así como de los libros de texto; por otro lado, el trabajo de grupos de docentes que han asumido el problema y han ido generando diversas maneras de entenderlo y desarrollarlo, con variados resultados y conclusiones. Por su parte, la didáctica de las ciencias ha dedicado bastante tiempo a esclarecer qué conteni dos se deben enseñar a los estudiantes. Así, dentro del currículo de química, ha habido importantes debates sobre qué enseñar en determinados ámbi tos, como la naturaleza de la materia (Hierrezuelo y Montero, 1991), la estructura atómica (Villaveces, 2001) o el cambio químico (Martín del Pozo, 2001; Gómez Crespo, 2007). Incluso en los últimos años se ha cuestiona do la idoneidad de los diferentes currículos para mostrar la ciencia tal y como se presenta en la vida cotidiana y en los medios de comunicación, así como las escasas oportunidades que se ofrecen a los estudiantes para que puedan expresar sus opinio nes respecto a temas científicos actuales (Millar y Osborne, 1998). En este sentido, Caamaño (2007) analizó el currículo actual de ciencias, apuntando algunos criterios útiles para la selección y secuenciación de contenidos.

A pesar de la amplia diversi dad de opiniones sobre el qué enseñar, existen algunos temas, como el de la tabla periódica, donde el debate puede conside rarse más escaso. De ahí, que este trabajo intente dar respuesta a

qué contenidos deberían incluirse en una unidad didáctica sobre la tabla periódica para el nivel de secundaria. Dentro de las distin tas formas posibles de abordar el estudio, se ha optado por la consulta a profesores e investiga dores en educación química.

Criterios y procedimientos de la recogida de la información

Este artículo se inserta dentro del marco más amplio de una tesis doctoral sobre el uso de juegos educativos en la enseñan za de la tabla periódica (Franco Mariscal, 2011). Como paso previo, era preciso delimitar los contenidos que deben incluirse en una unidad didáctica sobre este tema, así como conocer las dificultades de aprendizaje de los alumnos en estos tópicos (Franco Mariscal y Oliva Martínez, 2012; Franco Mariscal y Oliva Martínez, 2013a), para posteriormente diseñar una unidad centrada en recursos lúdicos (Franco Mariscal y Oliva Martínez, 2013b) con la que intentar mejorar el aprendi zaje de los estudiantes y favore cer el desarrollo de actitudes positivas hacia las ciencias. El procedimiento empleado para delimitar los contenidos fue una consulta a profesores e investigadores en el campo de la educación química. Concreta mente, la muestra consistió en trece profesores, licenciados en Ciencias Químicas, muchos de ellos doctores, con una dilatada experiencia en el ejercicio docen te y, en muchos casos, en el campo de la investigación en didáctica de la química. Todos ellos se encuentran en activo e imparten docencia en educación secundaria y/o en la universidad. Para la recogida de informa ción se utilizaron dos técnicas: cuestionarios escritos de pregun tas abiertas y entrevistas indivi duales semiestructuradas. Las preguntas utilizadas, recogidas

en el anexo del presente artículo, tenían por objeto analizar opiniones acerca de qué y cómo enseñar el tema de la tabla periódica en secundaria, diagnos ticando también qué dificultades más importantes se suelen encontrar en su proceso de enseñanza aprendizaje. Este trabajo solo se centrará en qué enseñar, ya que los otros aspec tos han sido objeto de otra publicación (Franco Mariscal y Oliva Martínez, 2012; Franco Mariscal y Oliva Martínez, 2013a).

De qué contenidos estamos hablando

Este apartado aborda los contenidos que, según los profesores consultados, debería incluir el tema de la tabla periódica a nivel de secundaria, así como las distintas propuestas de secuenciación en torno a dichos contenidos.

Contenidos según los profesores consultados

De la información recopilada se deduce que los contenidos propuestos para este tema se pueden agrupar en seis bloques: a) propiedades físicas de los elementos y propiedades quími cas de los compuestos; b) regula ridad, orden y periodicidad; c) interpretación de la tabla perió dica en función de la estructura atómica; d) presencia de los elementos químicos en la vida diaria; e) revisión histórica de la clasificación de los elementos, y f) naturaleza de la ciencia: aspectos metodológicos y axioló gicos. Son todos ellos aspectos que reflejan, a nuestro entender, elementos esenciales del aprendi zaje en este ámbito y que cubren facetas relativas tanto al aprendi zaje de la tabla periódica en sí (a y b) como a su utilidad y contextualización (c y d), así como al desarrollo histórico y la naturaleza de la química (e y f).

A continuación se comenta cada uno de los bloques ilustrándolos con respuestas literales propor cionadas por los expertos consul tados.

a) Propiedades físicas de los elementos y propiedades químicas de los compuestos

Los profesores consultados estuvieron de acuerdo en que, en los primeros cursos, el alumnado debía familiarizarse con los elementos químicos, conociendo solo un número limitado de ellos, en torno a unos treinta, los más importantes, como otros autores también recogen en la bibliogra fía (Repetto, 1985):

Lo primero que tiene que hacer un alumno es familiarizarse con el sistema periódico. En primer lugar, les pedimos que memoricen los nombres y los símbolos de los elementos de los tres primeros períodos y algunos otros de uso habitual en la vida diaria, y luego, poco a poco, a memorizar posiciones y reconocer las periodicida

des más simples. Eso facilitaría su estudio más avanzado en el bachille rato (sujeto 5) (fig. 1).

Posteriormente, se pasaría al estudio de las propiedades que sir ven de referencia para clasificar los elementos químicos, conside rado este por los expertos como una dimensión fundamental:

Me funciona muy bien que cada alumno elija un elemento de los más comunes y haga una breve presenta ción a sus compañeros (hay que indicarles muy bien en qué propieda des y usos fijarse, porque buscan en Internet y encuentran características que no entienden) (sujeto 4).

Algunos coincidían en que deben abordarse las propiedades físicas más importantes de los elementos, como su estado de agregación o su apariencia, mien tras que otros indicaban que de bían trabajarse las propiedades químicas de los compuestos. En particular, en 4.º de ESO, la

estequiometría de hidruros y óxidos, que permite establecer regularidades entre elementos del mismo grupo:

Las fórmulas de los compuestos de los elementos y sus regularidades deben ser tratadas en este tema. Las fórmulas de los hidruros se introduci rán como XHn y las de los óxidos, como XmOn. Me parece que no se puede alcanzar la tabla periódica y su comprensión sin mirar las fórmulas de los compuestos, como lo hizo Mendeléiev (sujeto 8).

Se considera importante que los estudiantes, desde sus primeros contactos con el estudio de la química, se familiaricen con las fórmulas de los compuestos, aspecto que suele quedar en segundo plano, eclipsado por el hegemónico papel que se suele conceder a las normas de formu lación y nomenclatura química. En otros casos, se aludió a la necesidad de conocer y familiari zarse con determinadas propieda

Figura 1. Portafolio de un estudiante mostrando los elementos más importantes de la tabla periódica.

Monografia

des como factores clave de la clasificación:

Antes de introducir la tabla periódica, los alumnos deben ser competentes en reconocer los metales y conocer sus aplicaciones, basadas en propiedades características, algunas de las cuales (densidad, punto de fusión, etc.) se pueden introducir en el primer ciclo (sujeto 10).

Ello nos remite también a la necesidad de desarrollar en los alumnos conocimientos procedi mentales, y no solo de tipo conceptual y actitudinal. Por otra parte, fueron escasas las alusiones a la consideración de propiedades atómicas como criterios de clasificación, proba blemente por el alto grado de abstracción que conlleva su estudio. En los pocos casos en que se hizo alguna referencia, se planteaba como un abordaje muy somero y superficial.

b) Regularidad, orden y periodicidad

La clasificación de los elemen tos químicos de acuerdo con sus propiedades, eje de las distintas versiones de la tabla periódica, parte de la combinación de tres ideas clave mencionadas de forma explícita por los consulta dos. Una de ellas se refiere a la regularidad de las propiedades, de forma que los distintos elementos, aun difiriendo en sus propiedades, presentan también similitudes, dado que se repiten con matices a lo largo de la tabla, lo que da sentido en sí mismo a la idea de clasificar. Precisamente, uno de los aspectos clave que hay que abordar con los alumnos es mostrarles la utilidad que tiene dicha tarea de clasificación:

El objetivo es que vaya recono ciendo ciertas regularidades y cómo el sistema periódico puede ser una fuen te de información. Se trata solo de

reconocer para, en cursos posteriores, ir profundizando en ello (sujeto 5).

La necesidad de clasificar, buscar semejanzas y diferencias, cuando se tienen muchos ejemplares del mismo tipo. En este caso, cuando los químicos comienzan a conocer muchas sustancias simples o elementos (sujeto 11).

La segunda idea se refiere a la ordenación de los elementos según alguna propiedad distinti va, masa atómica o número atómico, que sirven para ordenar los elementos de menor a mayor complejidad, siendo este también un factor que hay que trabajar (la búsqueda de criterios para hacer una clasificación):

En 3.º de ESO ya es bastante que se aprendan que están ordenados por el número atómico (sujeto 2).

Se debe tratar la ordenación y clasificación de algunas propiedades según el número atómico (sujeto 1).

La tercera idea consiste en la repetición de propiedades dentro de esa ordenación (periodicidad), lo que hace posible encontrar, cada cierto número de elementos, propiedades semejantes y, con ello, tabularlos y encontrar características comunes en elementos de una misma familia:

Se debe abordar «¿Qué significa periodicidad?» y «¿Cuándo decimos que algo “es periódico”?» (sujeto 8).

Algunos profesores aludieron al uso de analogías y símiles para abordar la idea de periodicidad a través de situaciones cotidianas en las que se producen repeticio nes y regularidades en las rutinas y hechos que nos ocurren:

Podemos empezar por el concepto de periodicidad, con ejemplos tempora les, como «el día y la noche» o el

partido de fútbol como compromiso «semanal», o de otra índole, como la periodicidad de tres en «las ternas de tríos cantantes de boleros», donde el cuarto fulano en la fila pertenece a otro trío, o «las octavas musicales», donde tras una escala del do al si se vuelve a repetir en la escala siguiente. Me parece que este tema introducto rio es fundamental para captar el concepto de periodicidad (sujeto 8).

Se considera que la idea de periodicidad se debe explicar en los primeros cursos desde una perspectiva macroscópica, evitando el tratamiento de las propiedades atómicas:

Como un paso más de profundiza ción [en 3.º o 4.º de ESO], dentro del contexto macroscópico, creo necesa rio hacer alusión a la ordenación de los elementos según algunas de sus propiedades físico químicas (conduc tividad eléctrica, brillo, color, densidad, etc.) (sujeto 3).

c) Interpretación de la tabla periódica en función de la estructura atómica

En general, los expertos consideraban que el análisis de la conexión entre las propiedades de los elementos y su configuración electrónica no es un aspecto que se considere necesario abordar, ni siquiera conveniente, en los primeros acercamientos al tema. Incluso se plantea que los propios estudiantes «descubran» esta correlación entre configuración electrónica y posición en la tabla:

Haciendo un cuadro general de los grupos largos, pueden deducir que los elementos del mismo grupo se parecen entre sí, sin saber que la causa es la configuración electrónica, que no soy partidaria de introducir hasta 1.º de bachillerato. ¡Es cuántica! (sujeto 4).

Si acaso, convendría empezar el análisis de los distintos com

portamientos de los elementos formulando problemas sobre su composición, diferencias y regularidades apreciadas entre ellos. Este planteamiento también parece considerarse válido para niveles superiores, al contribuir al desarrollo del pensamiento causal, dando un sentido a los aspectos teóricos estudiados:

Me parece interesante mostrar en 4.º de ESO la búsqueda de justifica ción a las semejanzas de algunos elementos y de las propiedades de algunas sustancias simples constitui das por ellos, algo muy ligado al desarrollo de la teoría de la estructura corpuscular de la materia y al establecimiento de la estructura interna de los átomos (sujeto 7).

Parece ser que es en 3.º de ESO, y una vez estudiados los modelos atómicos más sencillos, donde se podría empezar a abordar la relación existente entre la clasificación de los elementos y la estructura interna del átomo, comenzando por la identificación de elementos a través del número atómico:

Una vez introducido un modelo atómico que tenga en cuenta la relación de los fenómenos eléctricos con la materia y, por tanto, la divi sibilidad del mismo, conviene indicar que los criterios de clasificación en el sistema periódico están relacionados con la estructura de los átomos. No hay por qué referirse a la conexión que existe entre la tabla periódica y las configuraciones electrónicas, ni tan siquiera mencionar las mismas. Solo habría que trabajar sobre el número de protones como número de orden [3.º de ESO] (sujeto 4).

Parece existir un consenso generalizado en considerar que es en 4.º de ESO, y sobre todo en bachillerato, cuando se debe empezar a interpretar la tabla periódica desde las configuracio

nes electrónicas. En 4.º de ESO se optaría por un enfoque cualitati vo y precuántico, utilizando simplemente un modelo de capas y la regla del octete:

Como profundización máxima en secundaria obligatoria (hasta los dieciséis años), creo interesante justificar la ordenación de los elementos atendiendo a la configura ción electrónica de su última capa (nivel microscópico), pero desde una perspectiva eminentemente cualitati va y precuántica (sujeto 3).

En cursos siguientes, ir profundi zando hasta llegar a la justificación de esa clasificación y el orden a través de la configuración electrónica (sujeto 9).

Como puede verse, en secun daria (concretamente, en 4.º de ESO) se limita dicha relación al análisis del número de electrones de la última capa, en conexión con la regla del octete, identifican do elementos que tienen tenden cia a ganar o perder electrones. Se insiste en analizar en este curso la composición de la última capa, correlacionando el número de niveles con el período, y el núme ro de electrones de esa última capa con el grupo del elemento, en el caso de los grupos largos:

En 4.º de ESO, relacionar el período con el máximo número de niveles y el grupo con el número de electrones del último nivel. Solo en 2.º de bachillerato, cuando se aborde el modelo cuántico del átomo y las configuraciones electrónicas, cabría relacionar estas con el sistema periódico (sujeto 4).

Más que justificar las propie dades con la configuración electrónica directamente, se trataría de correlacionar la posición del elemento en la tabla con la configuración electrónica de la última capa:

Por ejemplo, les digo: «Elige dos elementos del segundo período y dime qué tienen en común». «Pues este tiene dos capas, en la segunda capa tiene tres electrones y el otro siete» (sujeto 2).

Además, para estos niveles, se limita el estudio solo a los prime ros períodos, al objeto no solo de que se cumpla la regla del octete, sino también que se pueda obviar la regla de Möller, al situar elec trones en los diferentes niveles:

Ya había tratado antes la configu ración electrónica de los elementos más sencillos hasta la tercera capa, simplemente dándoles el orden de capacidad de cada capa (2, 8, 8). Con esto, como mucho, pueden llegar a veintitantos, que creo es el calcio, diciéndoles: «Pues mira, los que sobren van a la cuarta», sin hacer la regla de Möller (sujeto 2).

En general, se considera que no es hasta bachillerato cuando la justificación de la correlación existente entre propiedades, posición y configuración electró nica cobra todo su sentido.

d) Presencia de los elementos químicos en la vida diaria

Una gran parte de los profeso res consultados coincidieron en considerar como una parte esencial del tema la identifica ción y valoración de la presencia de los elementos más importan tes en su entorno, para encontrar una vinculación entre lo que los alumnos estudian y el mundo que les rodea:

Se podría utilizar una versión de la tabla periódica que representase productos o artefactos cotidianos (existen tablas periódicas didácticas de este tipo) (sujeto 3).

Se es sensible desde aquí a las influyentes corrientes actuales en didáctica de las ciencias que

Monografia / Recerca en didàctica de

plantean la necesidad de una adecuada contextualización de los contenidos que se enseñan para promover actitudes favora bles hacia la ciencia escolar. Mos trar a los alumnos que la ciencia está presente en sus vidas, que forma parte del medio científico y tecnológico en el que se desen vuelven, supone uno de los retos más importantes de la educación científica en la actualidad:

Igualmente, me parece interesan te, en la primera toma de contacto con el tema, que los alumnos sean capaces de reconocer (o de saber de la presencia de) los elementos principa les de la tabla en materiales, sustan cias u objetos que se encuentran en su entorno cotidiano, así como saber cuáles son sus principales utilidades (sujeto 3) (fig. 2).

Esta idea de conectar la ciencia con la realidad de los

alumnos guarda una estrecha conexión con las actuales corrientes CTS (ciencia, tecnolo gía, sociedad) y con el ideal de alfabetización científica y de ciencia para todos los ciudadanos (Reid y Hodson, 1993; Cañal, 2006). Así, se considera que enseñar ciencias (en particular, estos temas del currículo) no solo consiste en abordar contenidos conceptuales, sino también en afrontar otros retos y cubrir otras dimensiones, como la de favore cer actitudes positivas del alumnado hacia las ciencias y su aprendizaje y, sobre todo, formar ciudadanos críticos con conoci miento de causa.

e) Revisión histórica de la clasificación de los elementos

La mayoría de los expertos coincidieron en que, en algún momento del tema, era impor tante hacer una revisión de las

distintas propuestas de ordena ción de los elementos realizadas a lo largo de la historia, analizan do en cada una de ellas tanto las aportaciones positivas como las limitaciones. En algunos casos, dicha utilidad se planteó como una forma sugerente de iniciar el tema y despertar el interés de los alumnos:

En mi opinión, es conveniente comenzar el tema desde una perspec tiva histórica: cómo fue la primera tabla periódica, quién o quienes la elaboraron, qué criterios siguieron, cómo fue evolucionando hasta la que hoy conocemos, etc. (sujeto 3).

En ciertos casos, la perspecti va histórica se plantea simple mente como un elemento más del discurso del profesor que puede emplearse de forma esporádica o para plantear anécdotas:

Figura 2. Dibujo realizado por un estudiante mostrando la presencia de los elementos químicos en objetos cotidianos.

Se pueden incluir algunas notas o comentarios relativos a aspectos históricos (como alguna anécdota sobre la vida de Mendeléiev) (sujeto 9).

En otros casos, se va más allá y se considera como un organiza dor previo en la introducción de contenidos. En este caso, no se trata solo de motivar al alumna do, sino que se convierte en una estrategia que facilita el propio proceso de comprensión. Más aún, algunos de los consultados se manifestaron partidarios de emplear la historia de la ciencia como eje aglutinador del tema, como una forma de plan tear los problemas que surgieron:

Optar por un enfoque histórico, indicando que, antes de manejar el concepto de átomo, los científicos clasificaron las sustancias elementales a partir de sus propiedades macroscó picas y que la clasificación basada en esto es coincidente con la basada en las características de los átomos (sujeto 4).

Sin embargo, aunque la dimensión histórica se considera ba como un ingrediente sugeren te en el proceso de enseñanza, en general no se optaba por ella como forma de secuenciar los conteni dos. Así, una parte de los consul tados manifestaron abiertamente no sentirse partidarios de reali zar, en un primer acercamiento, un estudio exhaustivo de todas las propuestas (Lavoisier, Döbe reiner, Newlands, De Chancour tois, Mendeléiev, Meyer), sino solo de algunas de ellas, entre las que era de obligado cumplimiento introducir la propuesta de Mendeléiev:

Entrevistador: ¿Trabajas, por ejemplo, las tríadas de Döbereiner o el caracol telúrico, en esa evolución histórica?

Sujeto 2: No, solo de pasada. Simplemente lo leemos, les comento

un poco qué significa, como una lectura histórica.

Por último, algunos profesores propusieron un enfoque inverso, en el que se abordaría la historia de la tabla periódica a partir de su periodicidad:

En general, como no se dispone de suficiente tiempo para trabajar con ella y desarrollarla, solo confunde a los alumnos. Es preferible trabajar directamente la periodicidad y luego dar sentido a la historia (sujeto 5).

f) Naturaleza de la ciencia: aspectos metodológicos y axiológicos

Otro aspecto de atención fue la naturaleza de la ciencia, aludién dose tanto a facetas relativas a la metodología de la ciencia como a aspectos axiológicos, esto es, factores relacionados con actitu des y valores científicos. Uno de los consultados presentó este tema como una ocasión intere sante para mostrar la racionali dad y el orden en la ciencia, es decir, su capacidad para agluti nar «sistemáticamente» una gran cantidad de información en un reducido número de ideas. Esta cualidad es típica y funda mental en la ciencia, y constitu ye uno de los elementos clave en los procesos de modelización. Su comprensión se considera como un posible objetivo en sí mismo:

El objetivo es que vaya recono ciendo ciertas regularidades y cómo el sistema periódico puede ser una fuen te de información. Se trata solo de reconocer para, en cursos posteriores, profundizar (sujeto 2).

A la necesidad de disponer de un conocimiento sistemático, se suma la curiosidad científica como posible motor del conoci miento. La percepción del alum no acerca del poder aglutinador de información que tiene la tabla

periódica podría desarrollarse más analizando su utilidad para hacer interpretaciones y predic ciones:

¿Qué uso se le va a dar a la tabla periódica? Si se queda como un instrumento donde memorizas colocaciones y demás... Si no le das ningún uso práctico, no tiene ningún sentido para ellos: es como obligarles a aprender algo que no tiene sentido (sujeto 1).

Se percibe también este tema como una buena ocasión para ilustrar la robustez de los mode los y las teorías de la ciencia, entendiendo por ello su capaci dad de resistir ataques e intentos de refutación, como también su posibilidad de ajustarse y trans formarse para seguir vigentes:

En bachillerato, me parece muy importante resaltar que el sistema periódico «resiste victorioso» todos los avances de la ciencia: el descubri miento de nuevos elementos, el descubrimiento del número atómico y el advenimiento de la mecánica cuántica (números cuánticos), a la que incluso consolida (sujeto 6).

En algún caso, incluso se hace recaer en el propio lenguaje científico el poder aglutinador del que venimos hablando, viéndose en ello también un sentido para el aprendizaje:

El objetivo de la enseñanza de la periodicidad es reconocer el lenguaje de la química y así entender la información que contiene la tabla periódica, como organizadora por excelencia de las características y propiedades de los elementos químicos, y la forma en la que estos pueden combinarse por medio del enlace químico (sujeto 10).

Asimismo, el estudio del tema es percibido como una ocasión para analizar las características

Monografia / Recerca en didàctica de

del trabajo científico. Las cuestio nes que se plantean los científi cos, los problemas que dan lugar a la investigación y los interro gantes y dudas que surgen en el camino se perciben como motor de los avances científicos:

Merece la pena comprender qué preguntas se hacían, qué problemas tenían planteados que dieron lugar a la necesidad de organizar los elemen tos, cómo evolucionaron las ideas que se tenían, con qué dificultades se encontraron, por qué resultó tan útil desde el principio, etc. Se trata de devolver el carácter de aventura que constituye la construcción del conocimiento científico también en este tema (sujeto 6).

Finalmente, y bajo otra acep ción de la idea de utilidad de la clasificación periódica, tenemos la posibilidad de ilustrar las relacio nes entre ciencia y tecnología, que ofrece una vertiente clara para aportar una perspectiva CTS.

Propuestas de secuenciación de contenidos

Este apartado completa el análisis de los expertos sobre los contenidos curriculares ofrecien do diferentes propuestas de secuenciación en torno a los aspectos considerados.

No para todos los sujetos consultados fue sencillo estable cer una secuencia didáctica clara que representase sus ideas. La tabla 1 presenta las propuestas de secuenciación previstas por seis de los docentes (concreta mente, aquellos cuyo plantea miento se mostraba más nítido). Los contenidos afines en cada propuesta se identifican con el mismo color. Como se observa, aunque los contenidos son prácticamente los mismos en todas ellas, los profesores prefie ren secuenciarlos de diferentes formas. La casuística es muy amplia, sin que lleguen a apre

ciarse dos secuencias idénticas, ni siquiera similares, pero, a pesar de la variabilidad de propuestas, hay algunas pautas que se repiten y que convendría comentar.

En general, predominan las propuestas en las que se comien za con la familiarización de la estructura de la tabla periódica actual, así como de los nombres y símbolos de los elementos y de su posición en la tabla (en especial, los sujetos 4, 5 y 7). No obstante, en algún caso (sujeto 8), la secuencia que se propone posterga ese tópico al final. Mientras tanto, lo más frecuente es que los aspectos vinculados a la interpretación de la tabla periódica a partir de las configu raciones electrónicas se traten al concluir la secuencia (sujetos 3, 4, 5 y 9). Este esquema responde a la secuencia de partir de los aspectos estructurales maneja bles, para terminar el tema con los aspectos más abstractos o formales. Quizás la secuencia prototípica que mejor representa un esquema inductivo es la del sujeto 9, en que se empieza con el análisis de la diversidad de elementos y de las propiedades de algunos de ellos junto con el interés por clasificarlos. Dicho esquema termina justamente con el estudio de la relación entre propiedades y configuraciones electrónicas.

Frente a este esquema, encontramos otro que parece basarse en el enfoque histórico como hilo conductor (sujeto 8). En este caso, se comienza con la idea de periodicidad, para pasar luego a la estequiometría de los compuestos químicos, su siste matización teórica a través de la tabla de Mendeléiev y, finalmen te, a la tabla actual. En resumen, parece que las secuencias propuestas se rigen en su mayo ría por un enfoque inductivo que pasa de lo más visible e inmedia

to a lo más lejano y abstracto. En su defecto, otros esquemas prefieren basarse en el desarrollo histórico de estos contenidos.

Implicaciones didácticas

Los resultados del estudio parecen indicar que el nivel más adecuado para iniciar en secun daria un estudio de forma intensiva sobre la tabla periódica debe ser 4.º de ESO, ya que, de abordarse en cursos inferiores, se agudizaría la dificultad de algunos contenidos. De este modo, el tema supone manejar nociones (valencia, afinidad electrónica, potencial de ioniza ción, etc.) que no son directamen te perceptibles por nuestros sentidos y que requieren pensa miento formal, que muchos alumnos no poseen hasta al menos los dieciséis años (4.º de ESO). Por otro lado, debemos reconocer que algunos de los aspectos más abstractos que se suelen abordar en este tema no son básicos para la comprensión ciudadana, sino que irían más bien orientados hacia una formación específica para futuras opciones de ciencias en bachille rato y en la universidad. Nos refe rimos particularmente a aspectos como la interpretación y predic ción de las propiedades de los elementos y su ubicación en la tabla periódica sobre la base de su estructura electrónica. El hecho de optar por eludir un enfoque más complejo antes de 4.º de ESO tiene la ventaja de que es justo en ese curso cuando la materia de física y química tiene ya carácter optativo, suponiéndo se que los alumnos que la eligen tienen ya una orientación hacia ramas de ciencias.

Desde nuestro punto de vista, el estudio de este tema entre 1.º y 3.º de ESO debería limitarse simplemente a que los alumnos se familiarizasen con los nombres y símbolos de los elementos

Tabla 1. Propuestas de secuenciación de contenidos de algunos de los expertos consultados.

Sujeto 3Sujeto 4Sujeto 7Sujeto 5Sujeto 9Sujeto 8

1 Evolución histórica. Elementos existentes: ejemplos y familiarización con la tabla periódica.

Familiarización con la estructura de la tabla periódica actual: nom bres, símbolos de los elementos y su posición en la tabla.

2 Reconocimien· to de elementos en materiales de nuestro entorno y su utilidad. Número de protones y lugar del elemento en la tabla periódica. La tabla periódica como instru mento de siste matización de las propiedades de los ele mentos.

La estequiome tría de sus compuestos como propie dad sobre la que detectar regularidades.

Correlación con el grupo al que pertenece en la tabla periódica.

Diversidad de elementos. Diversidad y ejemplo de propiedades de algunos elementos. Utilidad de clasificarlos.

Familiarización con la estructura de la tabla periódica actual: nombres, símbolos de los elementos y su posición en la tabla.

Periodicidad.

3 Ordenación de elementos según propiedades macroscópicas.

(En 4.º de ESO.)

Perspectiva his tórica: las pri meras tablas pe riódicas como intentos de cla sificar las pro piedades ma croscópicas de los elementos.

4 (En 4.º de ESO.)

Justificación de la ordenación periódica a par tir de las confi guraciones electrónicas.

Correlación entre el núme ro de niveles de energía y el período, y entre el número de electrones de la última capa y el grupo.

5 (En 2.º de bachillerato.)

Relación entre configuraciones electrónicas y tabla periódica.

químicos, así como con su identificación en la vida cotidia na. Así se evitaría que la gran cantidad de información que

Número de pro tones y lugar del elemento en la tabla periódica.

Relación entre propiedades de los elementos y configuraciones electrónicas.

Relación con la actual de otras tablas periódi cas surgidas en la historia de la ciencia.

(En cursos superiores.)

Relación entre propiedades de los elementos y configuraciones electrónicas.

La estequiome tría de sus compuestos como propie dad sobre la que detectar regularidades (óxidos e hidruros).

Tabla periódica de Mendeléiev.

Estructura de períodos en la tabla periódica actual.

acapara el tema, especialmente el gran número de elementos presentes en la tabla periódica, su memorización y el posible

significado vacío que el alumno aprecia en lo que ha de aprender, pudiera constituir una fuente de dificultad para ciertos estudian

periódica?

enseñar en secundaria sobre

Monografia

tes. Planteado de esta manera, la memorización de la tabla periódi ca en los primeros contactos con la química dejaría de ser una dificultad en sí misma, como parece serlo habitualmente, según una gran parte de los docentes consultados, que consideran el abordaje prematuro de estos aspectos como un obstáculo para interesar a los alumnos en la química y su aprendizaje.

Referencias

CaaMaño, A. (2007). «El currículo de física y química en la edu cación secundaria obligatoria en Inglaterra y Gales, Portugal, Francia y España». Alambique: Didáctica de las Ciencias Experimentales, 53: 22 37.

Cañal, P. (2006). «La alfabetización científica en el aula». Investigación en la Escuela, 60: 3 6.

FranCo-MarisCal, A. J. (2011). El juego educativo como recurso didáctico en la enseñanza de la clasificación periódica de los elementos químicos en educación secundaria. Tesis doctoral.

Cádiz: Universidad de Cádiz. FranCo-MarisCal, A. J.; oliva-Martínez, J. M. (2012). «Dificultades de comprensión de nociones relativas a la clasificación periódica de los elementos químicos: La opinión de profesores e investigadores en educación química». Revista Científica, 16(2): 53 71.

— (2013a). «Evolución en el alumnado de la idea de elemento químico a lo largo del bachillerato». Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 10(3): 353 376. — (2013b). «Diseño de una unidad didáctica sobre los elementos químicos». Alambique: Didáctica de las Ciencias Experimentales, 74: 57 67.

g ó M ez -C res P o , M. A. (2007).

Aprendizaje e instrucción en química: El cambio de las

representaciones de los estudiantes sobre la materia . Madrid: Ministerio de Educa ción.

hierrezuelo, J.; Montero, A. (1991). La ciencia de los alumnos. Vélez; Málaga: Elzevir.

Martín del Pozo, R. (2001). «Lo que saben y lo que pretenden enseñar los futuros profesores sobre el cambio químico». Enseñanza de las Ciencias, 19(2): 199 215.

M illar , R.; o s B orne , J. (ed.) (1998). Beyond 2000: Science education for the future Londres: King’s College. School of Education.

reid, D. J.; hodson, D. (1993). Ciencia para todos en secundaria. Trad. de M. J. Martín Díaz y L. A. García Lucía. Madrid: Narcea. [Versión original: Science for all Londres: Casell, 1989]

rePetto, E. (1985). «Didáctica de la formulación química en EGB». Guiniguada, 2: 11 19.

villaveCes, J. L. (2001). «La ense ñanza de la estructura de los átomos y las moléculas». Tecné, Episteme y Didaxis, 9: 108 118.

Anexo. Cuestionario empleado para la consulta a expertos e investigadores en didáctica de las ciencias

1. ¿En qué curso debería empezarse a abordar el tema de la clasificación periódica de los elementos? ¿Qué contenidos deberían introducirse y en qué orden en los cursos más tempra nos en los que dicho tema se aborde?

2. ¿Cómo deberían abordarse estos temas con los alumnos? ¿Qué metodología y qué recursos deberían utilizarse?

3. ¿En qué medida crees que este tema resulta atractivo para los alumnos y en qué medida suelen sentirse motivados hacia él? ¿Qué aspectos resultan para los alumnos más atractivos? ¿Cuáles resultan más áridos?

4. ¿A qué crees que es debido que a los alumnos les resulten áridos algunos de los aspectos que se abordan en este tema?

5. ¿Crees que se trata de nociones complejas para los alumnos? ¿Cuáles son las nocio nes que consideras que son más difíciles y complejas dentro de este ámbito?

6. ¿A qué crees que se deben sus dificultades? ¿Qué obstáculos detectas para el aprendizaje de este tema por los alumnos?

José María Oliva-Martínez Es licenciado en Ciencias Químicas y doctor en Ciencias Físicas. En la actualidad, ejerce como profesor titular de universidad del área de didáctica de las ciencias experimenta les, si bien es también catedrático en excedencia de física y química de educación secundaria. Sus campos de interés son la utilización de analogías, la modelización y la enseñanza aprendizaje mediante recursos y contextos no formales. C. e.: josemaria.oliva@uca.es

Antonio Joaquín Franco-Mariscal Es licenciado en Ciencias Químicas, doctor por la Universidad de Cádiz y profesor de física y química de educación secundaria. Sus campos de interés son la enseñanza aprendizaje de la química a través de juegos edu cativos y la competencia científica. C. e.: antoniojoaquin.franco@uca.es

Diseña tu propia tabla periódica

Dissenya la teva taula periòdica

Designing your own periodic table of elements

Antxon Anta Unanue / Deutsche Schule – Colegio Alemán San Alberto Magno (Donostia – San Sebastián)

resumen

La enseñanza de la química es una tarea compleja, ya que sus contenidos son muy abstractos y la metodología tra dicional empleada en los procesos de enseñanza y aprendizaje hace que los estudiantes pierdan el interés y la moti vación en estas clases hasta tal punto que los objetivos del proceso de aprendizaje no se alcanzan. En el presente artículo se describe una actividad dirigida a alumnas y alumnos del segundo ciclo de ESO con el obje tivo de facilitar, entretener, divertir y motivar al alumnado en el estudio de la tabla periódica. Con esta actividad se pretende también que el alumnado aprenda los símbolos y los distintos elementos de la tabla periódica en diferen tes idiomas de una forma sencilla y amena, además de adquirir destreza oral en diferentes lenguas.

palabras clave

Tabla periódica, maquetas, motivación, lenguas extranjeras. resum

L’ensenyament de la química és una tasca complexa, ja que els seus continguts són molt abstractes i la metodo logia tradicional emprada en els processos d’ensenyament i aprenentatge fa que els estudiants perdin l’interès i la motivació en aquestes classes fins al punt que els objectius del procés d’aprenentatge no s’assoleixen. En el present article es descriu una activitat dirigida a alumnes del segon cicle d’ESO amb l’objectiu de facilitar, entretenir, divertir i motivar l’alumnat en l’estudi de la taula periòdica. Amb aquesta activitat es pretén també que l’alumnat aprengui els símbols i els noms dels diferents elements de la taula periòdica en diferents idiomes d’una manera senzilla i amena, a més d’adquirir destresa oral en diferents llengües.

paraules clau

Taula periòdica, maquetes, motivació, llengües estrangeres.

abstract

Chemistry teaching is a complex task: its syllabus is very abstract and the traditional methods used to teach it make students lose interest and motivation in lessons, up to the point of not accomplishing proper learning results. This article describes an activity designed for 3rd and 4th grade Secondary School students. Its main aim is to moti vate the study of the periodic table of elements in an easy, fun and entertaining way. It iss also intended that with this activity, students learn symbols and names of the different elements of the periodic table in a different lan guage in a simple and entertaining way, in addition to acquiring oral proficiency in different languages.

keywords

Periodic table, models, motivation, foreign languages.

Introducción

Desde hace mucho tiempo, los químicos han intentado ordenar los elementos de alguna manera. El resultado final de estos intentos es la tabla periódica.

La tabla periódica es una de las herramientas más importan tes de la química. En ella se encuentran ordenados los elementos sobre la base de sus propiedades y se aporta informa ción sobre los átomos que forman la materia. Pero su estudio siempre supone un calvario para los estudiantes, ya que contiene una gran cantidad de información sobre numerosos

La aplicación de esta estrategia metodológica con el uso de diferentes juegos permite llegar con mayor facilidad al alumnado, puesto que posibilitan el trabajo cooperativo y promueven que las alumnas y los alumnos sean los auténticos protagonistas de su aprendizaje, logrando así que el proceso de enseñanza y aprendizaje sea más efectivo

elementos que generalmente no tienen significado para el alum nado. Obviamente, es nuestra labor ayudar a las alumnas y a los alumnos a descubrir la utilidad de esta herramienta fundamental para comprender el universo de la química. Por ello, hemos considerado la convenien cia de utilizar una metodología de carácter interdisciplinar.

En el presente trabajo se sugiere una estrategia metodoló gica para los procesos de ense ñanza y aprendizaje de la tabla periódica utilizando juegos como actividad principal, promoviendo así el trabajo cooperativo y competencial con el fin de fomentar el interés y la motiva ción del alumnado hacia el estudio de la química (Gorchs, 2009; Oliveras y Sanmartí, 2009). Uno de los trabajos desarrollados en este ámbito es el de Franco, Oliva Martínez y Bernal Márquez (2012).

La aplicación de esta estrate gia metodológica con el uso de diferentes juegos permite llegar con mayor facilidad al alumnado, puesto que posibilitan el trabajo cooperativo y promueven que las alumnas y los alumnos sean los auténticos protagonistas de su aprendizaje, logrando así que el

proceso de enseñanza y aprendi zaje sea más efectivo. El juego es conveniente utilizarlo en las clases de química por ser una actividad atractiva, motivadora y que ayuda a mante ner la atención de las alumnas y los alumnos, logrando así un aprendizaje más efectivo. En este sentido, una de las investigacio nes que se han desarrollado en esta área es la de Chacón (2008).

También hay que destacar que en los últimos años han surgido propuestas educativas en torno a los elementos químicos y a la tabla periódica. Según Linares (2004), se percibe el deseo permanente entre el profesorado por buscar nuevas y motivadoras formas de enseñar estos temas. En bastantes propuestas se emplean diseños muy variados de la tabla periódica, como el descrito por Segura y Valls (2010), quienes elaboran una tabla periódica real por medio del trabajo cooperativo. Este trabajo conlleva buscar y ordenar una gran cantidad de información, llegar a un consenso de criterios y a la creación de una herramien ta que permite disfrutar de una nueva forma de aprendizaje de la química, favoreciendo el aprendi zaje significativo, la cultura científica y la adquisición de diversas competencias.

En esta línea, se han encon trado también algunas propues tas originales, como una tabla periódica hecha con sellos de correos diseñados por los estu diantes (Garrigós, Ferrando y Miralles, 1987), así como una tabla periódica digital donde se presenta para cada elemento el mineral de la naturaleza que lo proporciona y los productos que utilizamos a diario que lo contie nen (Grau, 2009).

Por último, varios autores encuentran de utilidad la cons trucción tridimensional de la tabla periódica a partir de un

recortable, ya que en ellos las alumnas y los alumnos pueden diferenciar las distintas familias de elementos, a la vez que se pueden visualizar las distintas propiedades de forma gráfica. Con este fin, Fernández y Fidalgo (1989) diseñaron el recortable La catedral química y el trabajo de Saecker (2009) recopiló varios recortables de este tipo.

La experiencia se ha realizado a nivel de educación secundaria, con alumnas y alumnos de 4.º de ESO. El objetivo principal de este proyecto es motivar al alumnado en el estudio de la tabla periódica de una manera dinámica y entretenida, evitando la simple memorización mecánica, que con gran frecuencia no suele ser efectiva e impide a las alumnas y a los alumnos descubrir el sentido de su estudio.

Por otra parte, se pretende que el alumnado aprenda a trabajar en grupo para mejorar las compe tencias científica, lingüística, so cial y ciudadana, la competencia para aprender a aprender y la de autonomía e iniciativa personal.

Desarrollo del proyecto

En este proyecto se planteó la elaboración de nuevos diseños para la tabla periódica, contem plando la posibilidad de disponer los elementos de formas diferen tes a la habitual, y se diseñaron una serie de juegos que convirtie ron el estudio de la tabla periódi ca en una actividad entretenida y con sentido.

En la experiencia participaron varios departamentos: Ciencias, Tecnología, Lengua Castellana, Euskera y Alemán. Se dividió la clase de veintiuna alumnas y alumnos en grupos de siete. El alumnado realizó diferentes tablas periódicas y se valoró en conjunto la creatividad, la manera de presentarla a las compañeras y a los compañeros y la medida en que la tabla contri

buía a motivar su aprendizaje. Se otorgó un premio (una tableta) a la tabla mejor elaborada.

Tablas periódicas diseñadas por las alumnas y los alumnos de 4.º de ESO

Tabla periódica 1: balón esférico

Para este diseño se marcaron en un balón esférico diferentes ga jos y círculos concéntricos (fig. 1). Los gajos representaban los perío dos y los círculos concéntricos contenían las diferentes familias o grupos de elementos. Así mismo, en la parte superior del balón se inscribió una leyenda que indicaba, mediante diferentes colores, los elementos representa

tivos, los elementos de transición y de transición interna (fig. 2).

La dinámica del juego consis tía en pasarlo de un grupo a otro. Cuando un grupo recibía el balón, preguntaba a otro equipo la fami lia o el período de los elementos, o bien, una vez elegido un ele mento, se preguntaba a qué pe ríodo o grupo pertenecía el mismo.

Tabla periódica 2: diana

En este proyecto se diseñó una diana donde se repensaban en círculos concéntricos los diferen tes elementos de las distintas familias que constituyen la tabla periódica (fig. 3).

El juego consistía en lanzar un dardo contra la diana y preguntar

al equipo contrario qué elemen tos constituyen el grupo en el que había impactado el dardo. Si el dardo impactaba en un elemento y no solamente en el círculo de su familia, los contrincantes debían indicar a qué grupo o familia y período pertenecía dicho elemento. Los elementos estaban coloreados para indicar su estado de agregación (sólidos, líquidos, gases) y cuáles eran sintéticos.

Tabla periódica 3: pirámides

En el diseño de las pirámides, cada uno de los triángulos que forman las caras de esta figura recogía una o dos familias de elementos (fig. 4).

Figura 1. Balón con sus gajos y círculos concéntricos.

Figura 3. Diana con círculos concéntricos.

Figura 2. Balón con la leyenda.

Figura 4. Diferentes caras de la pirámide.

El reto consistía en indicar cuáles eran los elementos que integraban la familia o familias representadas en la cara de la pirámide elegida por el equipo contrario.

Tabla periódica 4: cubos

El proyecto que presentaba un diseño en cubos distribuía en cada cara los elementos en siete filas, que representaban los períodos. En las caras laterales del cubo se distribuían dieciocho columnas, que representan las familias o grupos de elementos (fig. 5). Los ciento tres elementos debían ser colocados en orden creciente, sobre la base de su número atómico, en su lugar correspondiente dentro de la malla formada por las filas y las columnas.

En las caras laterales se representan: los alcalinos, en gris; los alcalino térreos, en rosa; los elementos de transición, en blanco; los térreos, en rojo; los carbonoides, en marrón; los nitrogenoides, en naranja; los calcógenos, en azul; los halóge nos, en marrón oscuro, y los

gases nobles, en verde claro (fig. 5).

En la cara superior solo se representa el hidrógeno con un globo azul. También se aprovecha la representación del hidrógeno para presentar la leyenda que permite interpretar los números situados en cada uno de los vértices de la cuadrícula de cada elemento, así como el significado del signo que se emplea para indicar que un elemento es radiactivo.

En la cara inferior se represen tan los metales de transición interna. Los lantánidos, en color amarillo, y los actínidos, en color verde oscuro.

La dinámica del juego es la misma que la del diseño de pirámides.

Tabla periódica 5: cubo de papiroflexia

Diferentes cubos de papiro flexia parecidos a un cubo de Rubik llevan inscrita la tabla periódica de diferentes maneras (fig. 6). Cada cubo está compues to por nueve partes pegadas con cinta adhesiva siguiendo un

diseño específico que le confiere una amplia movilidad. Al girar el cubo, se presentan nuevas formas con un gran número de posibilidades, de tal manera que siempre se tiene un punto de vista nuevo, que representa diferentes elementos con su número atómico y nombre. Al moverlo, se presentan nuevos elementos que reemplazan a los antiguos, de modo que tenemos una manera original de familiari zarnos con el contenido la tabla periódica (fig. 7).

Este fue el diseño que ganó el premio. El jurado fue unánime al valorar su gran originalidad.

Tabla periódica 6: puzle

El diseño del puzle constaba de ciento treinta piezas (fig. 8). Esta tabla está diseñada en forma vertical, como la que se encuen tra en la fachada de la Facultad de Química de San Sebastián, y en ella se reflejan los elementos representativos en color azul, los de transición en color rojo y los de transición interna en color verde.

Se juega a modo de rompeca bezas, colocando cada equipo una pieza hasta completarlo. Al ser necesario encontrar las piezas que encajan entre sí, el juego permite ir construyendo la imagen global de la tabla a partir de los elementos que la integran (fig. 9).

Tabla periódica 7: tabla de sostenibilidad

Todo el grupo participó en el diseño de una tabla periódica a gran escala, en la que se repre sentaron todos los elementos, en notación bilingüe, castellana y alemana, con sus respectivos datos. El interés de esta tabla radica en que aporta información sobre la influencia que cada elemento puede tener en el medio ambiente y en la salud de las personas, proporcionando un

Figura 5. Diferentes caras de los cubos y parte superior con la leyenda.

buen punto de partida para el análisis del tema del desarrollo sostenible.

Una vez distribuidos los diferentes elementos que consti tuyen la tabla periódica entre los diferentes grupos de alumnos, cada uno de ellos buscó información relativa a los mismos que con templara la influencia que cada

elemento puede tener en el medio ambiente y en la salud de las personas, y la escribió de manera sintética en trozos de cartulina a modo de ventana. Para ello, las alumnas y los alumnos consulta ron diversas fuentes. Utilizaron el libro de texto para buscar infor mación y poder elaborar la portada de las ventanas, así como

la biblioteca del centro e internet para elaborar el contenido de las ventanas referente a la influencia del elemento en el medio ambiente y en la salud. Una vez recogida toda la información de los diferentes grupos, se elabora ron las portadas de la ventana y su contenido para montar la tabla periódica.

Figura 6. a) i b) Cubos de papiroflexia cerrados.

Figura 7. a) Cubo de papiroflexia abierto. b) Diferentes formas del cubo abierto.

Figura 8. Piezas del puzle.

Figura 9. Puzle.

a) b)

a) b)

En la portada de la ventana debía constar el símbolo del elemento, su nombre en castella no, euskera y alemán, su número atómico, su masa atómica y su configuración electrónica (fig. 10).

La fig. 11 muestra el contenido de una ventana: la influencia del elemento en la salud de las personas y en el medio ambiente. Las dimensiones de la ventana son 8 cm de alto y 6 cm de ancho, y llevan una pestaña para poderlas abrir. Cada color de la ventana representa el grupo donde están los elementos (por ejemplo, los gases nobles son de color azul, los halógenos son de color naranja, etc.).

En la elaboración de la tabla con sus respectivas ventanas se utilizó papel pluma, tanto para la portada de las ventanas como para el panel de soporte (fig. 12 y 13).

Seguimiento de la actividad

Después de haber terminado el diseño y la elaboración de las maquetas de la tabla periódica, los alumnos respondieron un cuestionario para evaluar el gra do de aprendizaje respecto a la tabla periódica. La tabla 1 mues tra las preguntas del cuestionario y el porcentaje del alumnado que las respondió correctamente.

El 100 % del alumnado con testó correctamente las cuatro primeras preguntas y la última. La respuesta a estas preguntas era de tipo memorístico, y con el trabajo de realización de las maquetas y los juegos, como era de esperar, el alumnado tuvo la oportunidad para ejercitar y aprender estos contenidos.

Entre el 60 % y el 70 % de las alumnas y los alumnos respondió correctamente las preguntas 5, 6, 7 y 8, un resultado que valoramos muy positivamente, dada la mayor dificultad de las mismas. Con la pregunta 5 se pretendía que las alumnas y los alumnos respondieran que todos los elementos de la misma columna (mismo grupo o familia) presen tan la misma estructura electró nica en su nivel más externo y, por tanto, presentan propiedades químicas semejantes. Con la pregunta 6 se pretendía que el alumnado identificara la idea de periodicidad de la tabla con la de regularidad en las propiedades cada vez que se pasa de una fila (período) a la siguiente. En las preguntas 7 y 8 se pretendía que las alumnas y los alumnos identificaran el criterio de

Figura 10. Ejemplo de portada de una ventana.

Figura 12. Tabla gigante de sostenibilidad.

Figura 11. Ejemplo de la información del interior de una ventana.

Figura 13. Detalle de las ventanas de la tabla periódica gigante.

Cuestionario

1. ¿Qué es un grupo?

2. ¿Cuántos grupos hay?

3. ¿Qué es un período?

4. ¿Cuántos períodos hay?

5. ¿Qué tienen en común los elementos de la tabla periódica que están colocados en la misma columna?

6. ¿Qué tienen en común los elementos colocados en la misma fila?

7. ¿Qué criterio es el utilizado para ordenar los elementos en la tabla periódica?

8. ¿Hay alguna relación entre la configuración electrónica de los elementos y su posición en la tabla periódica?

9. Escribe los nombres de los elementos representativos.

periodicidad, de manera que, cuando se colocan los elementos en orden creciente de su número atómico, tiene lugar una repeti ción periódica de ciertas propie dades físicas y químicas de aquellos. La causa de la periodici dad en las propiedades químicas es que dependen de la configura ción electrónica de sus electrones de valencia más externos y esta se repite periódicamente.

Por último, cabe destacar que parte del alumnado daba respuestas poco precisas a las cuestiones propuestas a las preguntas mencionadas (5, 6, 7 y 8), lo cual puso de manifiesto que los contenidos asociados a estas preguntas no se habían trabajado en profundidad duran te la realización de la actividad. Algunos alumnos justificaban la idea de periodicidad con la existen cia de un orden, sin llegar a señalar la regularidad que se repite a lo largo de ese ordena miento, lo cual nos lleva a pensar que no asimilaron la idea de periodicidad en que están basadas las tablas periódicas diseñadas a lo largo de la historia.

Valoración de la actividad

Al final de la actividad, el alumnado y el profesorado

respondieron a cuestionarios de valoración de la actividad. La tabla 2 muestra las preguntas del cuestionario utilizado por alum nado y profesorado.

La mayoría de los estudiantes consideraron que el proyecto era interesante, que estaba bien expuesto y que les ayudó a estudiar la tabla periódica. Valoraron muy positivamente l a oportunidad que les proporcio nó el proyecto para descubrir elementos que no conocían y cuyas propiedades, utilidad y efectos en el medio ambiente y en la salud también les eran desconocidos.

Las alumnas y los alumnos también mostraron que el trabajo en grupo les cuesta bastante y se quejan de que no todos los miem bros del grupo trabajan por igual, de forma que ven como una so lución conveniente la exposición oral, en la que cualquier miem bro del grupo puede explicar el trabajo realizado y el camino seguido para llevarlo a cabo.

La mayoría de los estudiantes lograron una integración inicial positiva que contribuyó a propi ciar el desarrollo de una buena dinámica de trabajo en grupo, consiguiendo a la vez que el aprendizaje de la tabla periódica

fuera satisfactorio. Este hecho se hizo evidente en los resultados de la evaluación, en donde se vio que las alumnas y los alumnos que mejor trabajaron la actividad tuvieron mejores rendimientos en la evaluación del tema, mientras que el alumnado que suele tener bajos rendimientos académicos los mejoraron.

Los resultados del cuestiona rio del profesorado muestran que los docentes de los diferentes departamentos de lenguas han considerado que esta experiencia ha resultado de gran ayuda en el proceso de enseñanza y aprendi zaje de la lengua extranjera, el alemán, y de las dos lenguas cooficiales de la comunidad, familiarizando al alumnado con el vocabulario técnico del campo de la química y con el registro hablado y escrito del ámbito científico.

El hecho de que el proyecto esté basado en el trabajo coope rativo y la interdisciplinariedad ha sido considerado por los docentes como un aspecto de gran valor añadido en el diseño de las actividades.

Conclusiones Como ya se ha comentado en los apartados anteriores, las

Tabla 1. Cuestionario de seguimiento de la actividad

¿Se ha explicado previamente el proyecto?

Alumnado

¿Te ha parecido interesante la experiencia de este proyecto?

¿Has tenido dificultades en la elaboración de la tabla gigante?

¿Te has encontrado a gusto con tus compañeros y con la experiencia?

¿Cómo has distribuido el trabajo con tus compañeros?

¿Te ha ayudado a aprenderte la tabla periódica?

¿Has descubierto elementos que eran desconocidos para ti?

¿Te has preguntado alguna vez para qué servían los elementos de la tabla?

¿Te ha parecido interesante la participación de diferentes departamentos?

¿Te gustaría realizar más proyectos de este tipo?

¿Qué tipo de proyectos?

¿Se ha conseguido motivar al alumnado?

Profesorado

¿Ha fomentado en el alumnado el interés por el estudio de la tabla periódica?

¿Crees que el alumnado tiene una visión más atractiva y global de la tabla periódica?

¿Se ha mejorado la comunicación de las alumnas y los alumnos?

¿Ha sido interesante la participación de los diferentes departamentos?

respuestas a los diferentes cuestionarios indican que con este tipo de actividades no solo se logra motivación (punto en el que coinciden tanto los docentes como el alumnado), sino tam bién la memorización de los elementos y sus símbolos de forma sencilla y amena, como muestran los altos porcentajes de respuestas correctas a las cuestiones de contenido formula das al alumnado.

El trabajo aquí presentado también se ha revelado como una importante estrategia metodoló gica para adquirir destreza oral y escrita en la lengua extranjera y en las lenguas de la comunidad, una apreciación en la que ha coincidido todo el profesorado que ha participado en el proyec to. Por último, también destaca remos la alta valoración mostra da por los cuestionarios en lo referente a la metodología de

trabajo cooperativo y al carácter interdisciplinar del proyecto.

No debemos olvidar que los docentes somos los primeros responsables en acercar la química al alumnado, hacerles ver que está en nuestra vida cotidiana, estimularles en su estudio, hacerles participar activamente y que no sean meros espectadores en el aula, donde se limitarían a escuchar e intentar grabar en su memoria la transmi sión de contenidos.

Con este tipo de metodologías no solo ayudamos al alumnado a superar dificultades, sobre todo a aquellas alumnas y a aquellos alumnos a quienes les cuesta mucho asimilar conceptos abstractos (tales como elemento o átomo), sino también a que aumente su interés y su motiva ción hacia las clases de química, concretamente, en el estudio de la tabla periódica, que es una

gran herramienta de consulta, a la vez que se estimula el trabajo cooperativo.

Finalmente, hay que señalar que con este tipo de actividades también se pretende que la calificación no recaiga solo en exámenes o test, sino que las alumnas y los alumnos tengan la oportunidad de realizar proyectos elaborados en equipo. Creemos que con estas estrategias se favorece la evaluación y la forma ción en competencias como pueden ser las lingüísticas, creativas, comunicativas, de autonomía personal, social y ciudadana e interacción con el mundo, de manera que el proceso de enseñanza y aprendi zaje es más enriquecedor, tanto para el alumnado como para el profesorado. Y no debemos olvidar que la participación de las alumnas y los alumnos en concursos de ciencia supone una

Tabla 2. Cuestionario de valoración

motivación para realizar trabajos a través de los cuales obtienen una recompensa interesante.

Participación en concursos

Este proyecto, bajo el título «Jugando con la tabla periódica. Diseña tu propia tabla periódica», recibió el primer premio ex aequo en la modalidad de Demostracio nes de Química del concurso Ciencia en Acción 2013, en Bilbao (fig. 14).

Las alumnas y los alumnos tuvieron que exponer oralmente el trabajo realizado ante un jurado, lo que les supuso un estímulo y una labor de aprendizaje adicional.

Bibliografía

agaFoshin, N. P. (1977). Ley periódica y sistema periódico de los elementos de Mendeléiev Madrid: Reverté.

Bensaude-viCent, B. (1984).

«D. Mendeléiev: El sistema periódico de los elementos».

Mundo Científico, 42: 184 189. ChaCón, P. (2008). «El juego didáctico como estrategia de enseñanza y aprendizaje: ¿Cómo crearlo en el aula?».

Nueva Aula Abierta, 16: s. p. eMsley, J. (1993). Les éléments chimiques. París: Polytechnica. Fernández, M. r.; Fidalgo, j a (1987). Química general. León: Everest.

FranCo, M. A. J.; oliva-Martínez, J. M.; Bernal MárQuez, S. (2012). «Una revisión bibliográfica sobre el papel de los juegos didácticos en el estudio de los elementos químicos. Primera parte: Los juegos al servicio del conocimiento de la tabla periódica». Educación Química, 23(3): 338 345.

garrigós, l.; Ferrando, F.; Miralles, r. (1987). «A simple postage stamp periodic table». Journal of Chemical Education, 64(8): 682 685.

gorChs, R. (2009). «El treball cooperatiu en l’ensenyament

aprenentatge de la química». Educació Química EduQ, 4: 35 40.

grau, d. (2009). «On és la quími ca? Com podem aprendre a descobrir la?». Educació Química EduQ, 4: 41 45. gutiérrez, M. S. (2003). «La clasificación periódica de los elementos químicos». Alambique, 38: 54 61. oliveras, B.; sanMartí, N. (2009). «Treballant les competències a la classe de química». Educació Química EduQ, 1: 17 23.

Peña, M. (2007). «Palabras y frases creadas con los símbolos de los elementos». Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 4(3): 557 559.

saeCker, M. e. (2009). «Periodic table presentations and inspirations». Journal of Chemical Education, 86(10): 1151.

segura, M.; valls, J. M. (2010). «Els elements en capsa: Una taula periòdica real». Educació Química EduQ, 7: 23 30.

Direcciones en Internet http://www.lenntech.com/ espanol/tabla_periodica.htm http://www.webelements.com/ index.html

http://adigital.pntic.mec.es/upe. de.soria/materias/quimica/tabla.htm http://herramientas.educa. madrid.org/tabla/ http://www.juntadeandalucia.es/ averroes/~jpccec/tablap/index.html http://www.taulaperiodoca.upc. edu

Es profesor de física y química en la Deutsche Schule – Colegio Alemán San Alberto Magno (Donostia – San Sebastián). Licenciado en Ciencias Químicas por la Universidad del País Vasco, ha dirigido e impartido cursos de formación para el profesorado y de divulgación científica. Ha escrito algu nos artículos sobre trabajos prácticos de física en diversas publicaciones. Finalista en las últimas cinco ediciones de Ciencia en Acción, ha obteniendo un primer premio en la modalidad de Química y una mención de honor en la modalidad de Física en 2013.

C. e.: antxonanta@yahoo.es

Antxon Anta Unanue

Figura 14. Estand donde se presentó el trabajo en el certamen Ciencia en Acción 2013, en el Bizkaia Aretoa de Bilbao.

InformacIons

Una nova taula periòdica per a l’ensenyament secundari

Figura 1. Detall de la taula periòdica dels àtoms i de les substàncies elementals.

La taula periòdica és una eina habitual en l’aprenen tatge i l’ensenyament de la química, una eina que sovint es dóna per feta i acabada, com si la ciència fos estàtica i els conceptes científics no fossin objecte de constant evo lució. De fet, la construcció d’una taula periòdica amaga moltes decisions i discussions que sovint romanen ocul tes per a l’usuari de l’eina: la forma de la taula (Scerri, 2012; Leach, 2014); les posicions de l’hidrogen, del lantani o de l’actini (Scerri, 2012), i quins són els semimetalls (Vernon, 2013), entre moltes d’altres.

Al mateix temps, la taula periòdica i la informació que conté formen part del llenguatge simbòlic que uti litzem els químics per connectar els fenòmens químics (nivell macroscòpic) amb les explicacions del nivell submicroscòpic (Taber, 2013). Això provoca que una part dels termes implicats s’usi amb significats diferents en ambdós nivells, mentre que d’altres només tenen signifi cat en el nivell macroscòpic o en el submicroscòpic.

I si les decisions són importants, tot sovint els motius que les suporten ho són fins i tot més. Amb aquesta intenció es presenten i es justifiquen els principals crite ris que s’han seguit en l’elaboració d’una taula periòdica orientada al seu ús per part dels alumnes i professors de l’ensenyament secundari català.

La taula periòdica creada, un detall de la qual es mostra a la fig. 1, manté com a criteris fonamentals la presentació d’informació actualitzada i contrastada, la seva adequació al que coneixem sobre l’aprenentatge conceptual de la química i la proximitat a les necessitats educatives i a la realitat social dels nostres estudiants.

El primer criteri és el de mantenir la informació tan actualitzada i contrastada com sigui possible a cada moment. Aquest criteri té un doble objectiu: un, impor tant, presentar el millor coneixement disponible; dos, fonamental, presentar la ciència com a quelcom viu, on fins i tot les informacions més fonamentals són contínu ament revisades i discutides. Encara que no són els únics exemples, els dos casos en què aquesta intenció és més evident són la inclusió dels darrers noms reconeguts per la IUPAC el maig de 2012, el flerovi i el livermori (Loss i Corish, 2012), i la utilització dels darrers valors publicats el setembre de 2013 per a les masses atòmiques relatives dels diferents àtoms (Wieser et al., 2013).

El segon criteri que s’ha tingut en compte fa refe rència a les dificultats que la recerca en didàctica de la química ha anat identificant en els aprenentatges dels conceptes químics, especialment en les concepcions alternatives que poden desenvolupar se a través d’en senyaments inadequats (Taber, 2009). L’exemple més evident d’aquest criteri és la separació en dues taules de

les propietats atòmiques i les propietats de les substànci es elementals. Amb aquesta separació es pretén facilitar l’adquisició del concepte element (Nelson, 2006; Ghibaudi, Regis i Roletto, 2013) i la comprensió de les propietats macroscòpiques com a emergents (Talanquer, 2009). Finalment, com a tercer criteri, s’ha volgut construir un document que sigui rellevant per als estudiants de secundària tant en l’àmbit acadèmic com en el social. Des del punt de vista acadèmic, s’ha ajustat la taula peri òdica a les propietats i als conceptes que apareixen en el currículum de les assignatures de química de batxillerat («Decret 142/2008, de 15 de juliol...», 2008). Pel que fa a la rellevància social, s’hi han incorporat indicacions d’abun dància dels diferents elements i d’aplicacions de les diferents substàncies elementals, de forma que es consti tueixin com a elements motivadors per a l’aprenentatge i permetin fer aparèixer el factor humà (Mahaffy, 2004) en l’ensenyament de la química a les nostres escoles.

La consideració dels criteris exposats ha permès el desenvolupament d’una taula periòdica que, segons comunicacions personals amb professors de secundària, pot ser un recurs útil per a l’aprenentatge de la química en aquest nivell educatiu. Si voleu una còpia d’aquesta taula periòdica, contacteu amb l’Institut Químic de Sar rià (comunicacioiqs@iqs.edu).

Referències

«Decret 142/2008, de 15 de juliol, pel qual s’estableix l’ordenació dels ensenya ments de batxillerat» (2008). Diari Oficial de la Generalitat de Catalunya, 5183 (29 juliol 2008): 59042 59401.

ghiBaudi, e.; regis, a.; roletto, e (2013). «What do chemists mean when they talk about elements?». Journal of Chemical Education, 90(12): 1626 1631.

leaCh, M. (2014). «The Internet database of periodic tables» [en línia]. A: The chemogenesis web book. Whitefield: Meta Synthesis. <http://www.meta synt hesis.com/webbook/35_pt/pt_database.php> [Consulta: 19 gener 2014] loss, r d.; Corish, j (2012). «Names and symbols of the elements with atomic numbers 114 and 116 (IUPAC recommendations 2012)». Pure and Applied Chemistry, 84(7): 1669 1672.

MahaFFy, P. (2004). «The future shape of chemistry education». Chemistry Education Research and Practice, 5(3): 229 245.

nelson, P. g (2006). «Definition of element». Chemistry Education Research and Practice, 7(4): 288 289.

sCerri, e (2012). «Trouble in the periodic table». Education in ChEmiStry, 49(1): 13 17.

taBer k s (2009). «Challenging misconceptions in the chemistry classroom: Resources to support teachers». Educació Química EduQ, 4: 13 20. (2013). «Revisiting the chemistry triplet: Drawing upon the nature of chemi cal knowledge and the psychology of learning to inform chemistry educa tion». Chemistry Education Research and Practice, 14(2): 156 168.

talanQuer, v (2009). «On cognitive constraints and learning progressions: The case of “structure of matter”». International Journal of Science Education, 31(15): 2123 2136.

vernon, r e (2013). «Which elements are metalloids?». Journal of Chemical Education, 90(12): 1703 1707.

Jordi Cuadros Margarit IQS Universitat Ramon Llull jordi.cuadros@iqs.edu

NORMES DE PUBLICACIÓ

Preparació dels manuscrits

Els articles han de fer referència a qualsevol dels temes de les seccions de la revista per a qualsevol nivell d’educació, des de primària fins a l’educació universitària. Han de ser inèdits i han d’estar escrits en català, tot i que també es publicaran articles en castellà, francès, portuguès, italià i anglès, si l’autoria és de persones de fora de l’àmbit de la llengua catalana.

Els treballs han de tenir una extensió màxima de 25.000 caràcters sense espais i han de ser escrits amb un espaiat d’1,5 i han de tenir el nombre de caràcters amb espais especificat en cadascuna de les seccions de la revista. El text ha d’estar en format Microsoft Word i lletra Times New Roman de cos 12.

La primera pàgina ha de contenir el títol del treball, el nom o noms dels autors i el centre o centres de treball, un resum de 500 caràcters (incloent-hi espais) i cinc paraules clau. El títol, el resum i les paraules clau han d’anar seguits de la seva versió en anglès. Cal enviar també l’adreça postal dels autors o la del centre de treball per poder enviar-los el número de la revista en què han participat.

Els articles han d’anar acompanyats de fotografies i imatges en color que il·lustrin el contingut del text. L’article haurà de contenir fotografies en color del treball a l’aula, dels muntatges dels experiments o altres fotografies relacionades amb el contingut. També han de contenir gràfics, esquemes, dibuixos i treballs o produccions dels alumnes que il·lustrin i facin més comprensible el contingut del text. Les il·lustracions han de portar títol (peu d’imatge) i cal indicar on cal situar-les dins l’article. Les fotografies i imatges s'han d'enviar en arxius separats en format .tif o .jpeg (resolució mínima: 300 píxels/polzada) i, si es tracta de gràfics, en Excel o Corel Draw.

L’article ha d’estar estructurat en diferents apartats. Els autors han de seguir les normes recomanades per la IUPAC a l’hora d’anomenar els composts químics i utilitzar el sistema internacional d’unitats. És convenient el fet d’assenyalar 3 o 4 frases

de l’article que es destacaran amb una lletra més gran i de color en l’article maquetat.

Les referències bibliogràfiques han d’anar al final del text, escrites com els exemples següents:

Per a llibres:

VILCHES, A.; GIL, D.(2003). Construyamos un futuro sostenible: Diálogos de supervivencia. Madrid: Cambridge University Press. Citació en el text: (Viches i Gil, 1994).

Per a articles:

SARDÀ, A.; SANMARTÍ, N.(2000). «Ensenyar a argumentar científicament: Un repte de les classes de ciències». Enseñanza de las Ciencias, 18(3): 405-422.

Citació en el text: (Sardà i Sanmartí, 2000).

Per a documents digitals (webs): OCDE (2006). PISA 2006: Marco de la evaluación. Conocimientos y habilidades en Ciencias, Matemáticas y Lectura [en línia]. París: OCDE. <http://www.oecd.org/dataoecd/59/2/39732471.pdf>

[Consulta: 11 setembre 2013]

Per a altres exemples, consulteu un número recent de la revista.

Al final de l’article ha de constar una breu ressenya professional i una fotografia de les persones autores de l’article. Cada ressenya ha de contenir el nom i cognoms, càrrec, centre de treball, camp principal en el qual desenvolupa la seva tasca i correu electrònic (màxim de 400 caràcters amb espais). Cal enviar els arxius de les fotografies de carnet dels autors en format .tif o .jpeg (resolució mínima: 300 píxels/polzada).

Enviament d’articles

Els articles han de ser enviats per correu electrònic a l’adreça següent: EduQ@iec.cat Revisió dels articles

Els articles seran revisats per tres experts. Els articles revisats i enviats als autors hauran de ser retornats als editors en el termini màxim de 10 dies. Sempre que sigui possible, les proves de maquetació seran enviades als autors abans de la seva publicació.

SECCIONS

ACTUALITZACIÓ DE CONTINGUTS

Articles que revisen i posen al dia continguts propis de la disciplina o en relació a altres àmbits del coneixement, i que faciliten i promouen un ensenyament actualitzat de la química.

APRENENTATGE DE CONCEPTES I MODELS

Articles que tracten sobre conceptes i models químics, des del punt de vista de les concepcions alternatives dels alumnes i les dificultats d’aprenentatge conceptuals, així com les estratègies didàctiques per a l’elaboració i l’aplicació dels models químics a l’aula..

CURRÍCULUM, PROJECTES I UNITATS

Presentació i anàlisi dels currículums de química de diferents països, de projectes curriculars i unitats i seqüències didàctiques.

DIVULGACIÓ DE LA QUÍMICA

Articles que presenten temes d’actualitat química amb caràcter divulgatiu i que posen de manifest les relacions de la química amb la societat i altres àmbits del coneixement o bé presenten activitats i experiències de caire divulgador de la química adreçades a l’alumnat o al públic en general.

ESTRATÈGIES DIDÀCTIQUES

Presentació i anàlisi d’enfocaments i estratègies didàctiques per a l’ensenyament i l’aprenentatge de la química: modelització, indagació, resolució de problemes, treball cooperatiu, avaluació, etc.

FORMACIÓ DEL PROFESSORAT

Propostes i investigacions sobre la formació inicial i en actiu del professorat de química i ciències en general que contribueixin al seu desenvolupament professional.

HISTÒRIA I NATURALESA DE LA QUÍMICA

Articles sobre la història i la naturalesa de la química i sobre l’interès didàctic d’aquestes disciplines en l’ensenyament de la química. Activitats per treballar aspectes de la naturalesa de la ciència.

INNOVACIÓ A L’AULA

Articles que descriuen la planificació i l’experimentació a l’aula d’experiències didàctiques de caràcter innovador. La secció pretén ser un espai per compartir experiències d’aula.

LLENGUATGE, TERMINOLOGIA I COMUNICACIÓ

Articles relacionats amb l’aprenentatge de les habilitats comunicatives (llegir, escriure i parlar) en relació amb l’aprenentatge de la química. I també sobre el llenguatge i la terminologia científics.

NOVES TECNOLOGIES

Articles relacionats amb la utilització de les noves tecnologies en l’ensenyament de la química: simulacions, ús d’Internet, mitjans audiovisuals, laboratoris virtuals, experiències amb equips de captació de dades, etc.

QUÍMICA EN

CONTEXT

Articles que presenten contextos rellevants –de la vida quotidiana, tecnològics, industrials, socials, mediambientals, de salut o culturals– que puguin ser presos com a punt de partida per a un ensenyament de la química en context i per promoure l’alfabetització científica.

QUÍMICA, EDUCACIÓ AMBIENTAL I SOSTENIBILITAT

Articles que facin palesa l’estreta de relació entre la química i els aspectes del medi ambient, i temàtiques mediambientals d’actualitat des d’una vessant química, així com propostes educatives per a la sostenibilitat

RECERCA EN DIDÀCTICA DE LA QUÍMICA

Articles que difonguin investigacions didàctiques d’utilitat per a la millora de l’ensenyament de la química. Descripció i resultats d’experiències didàctiques que hagin estat avaluades de forma qualitativa o quantitativa.

RECURSOS DIDÀCTICS

Articles que presentin qualsevol tipus de recurs i material didàctic per a l’ensenyament de la química. Poden incloure, entre d’altres, audiovisuals, jocs, visites, textos dels mitjans de comunicació, etc.

TREBALL EXPERIMENTAL

Articles sobre diferents tipus de treballs pràctics experimentals: demostracions, experiències interpretatives, aprenentatge de tècniques, investigacions, etc.

TREBALLS DE RECERCA DELS ALUMNES

Articles descriptius de treballs de recerca dels alumnes dins l’àmbit de la química. En aquesta secció, els alumnes són els autèntics protagonistes.