Proposta una nuova struttura per la tavola periodica

le tabelle dei periodi sono proiezioni della struttura interna della tavola periodica

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La tavola periodica è un modo confortante di catalogare l’Universo, scomporlo nei suoi elementi e organizzarli in belle scatole ordinate. Ciò che potresti non sapere è che non è l’unico modo di organizzare gli elementi – e potrebbe anche non essere il modo migliore.

Nel tempo abbiamo visto diversi precedenti bizzarri e meravigliosi tentativi di riprogettazione, spesso con forme organiche fluide, come spirali e nastri arricciati e persino un “fiore” 3D.

Ora i matematici dell’Istituto Max Planck hanno stabilito dettagliati metodi matematici per catalogare gli elementi, creando una serie di ipergrafi complessi, piuttosto che la tavola periodica più basilare attualmente in uso universale.

In questo modo, dicono, la tavola periodica può essere adattata in molti modi, fornendo molte interpretazioni diverse della classificazione degli elementi a seconda di come sono ordinati – senza che un modo sia più corretto di altri.

Puoi vedere un’immagine di questa nuova organizzazione della Tavola periodica in fondo a questo articolo.

La tavola periodica che usiamo è stata ideata nel 1869, dal chimico russo Dmitri MendeleevOrdinò i 63 elementi conosciuti in quel momento in base al loro peso atomico.

Oggi sono assortiti per numero atomico, cioè il numero di protoni all’interno del nucleo, da uno per l’idrogeno fino a 118 per l’oganesson.

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Sono inclusi anche il peso atomico dell’elemento, il simbolo atomico e un colore che simboleggia il gruppo con particolari proprietà chimiche e fisiche in comune a cui un elemento appartiene. E gli elementi nella stessa colonna tendono ad avere lo stesso numero di elettroni nel loro guscio esterno.

Ma la realtà non si adatta sempre a scatole belle e ordinate. Ad esempio, osserva il team di matematici, gli scienziati non sono sempre d’accordo su collocare il lantanio e l’attinio.

Ma la soluzione con gli ipergrafi consente configurazioni più flessibili. Secondo il team, anche se organizzati per numero atomico, gli elementi possono essere raggruppati secondo un numero di modi diversi all’interno di un ipergrafo organizzato: la loro solubilità in acqua, per esempio, oppure i tipi di depositi geologici in cui si trovano.

Il matematico Guillermo Restrepo ha confrontato la soluzione del team con una scultura. L’ombra che proietta dipende da dove viene la luce.

Le varie ombre che la figura proietta sono le tavole periodiche“, ha detto. “Ecco perché ci sono tanti modi per creare queste tabelle: in un certo senso, le tabelle dei periodi sono proiezioni della struttura interna della tavola periodica“.

Le tre condizioni definite necessarie per stabilire una tavola periodica sia tale: deve essere ordinata, cioè, con elementi di catalogazione; deve essere organizzato secondo una particolare proprietà, come il numero atomico o la massa atomica; e i raggruppamenti devono avere un criterio, come la somiglianza chimica.

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Se queste tre condizioni sono soddisfatte, possono essere create tavole periodiche per altri oggetti chimici e anche per oggetti al di fuori della chimica“, ha detto Restrepo .

Abbiamo esaminato circa 5.000 sostanze costituite da due elementi in proporzioni diverse, quindi abbiamo cercato delle somiglianze all’interno di questi dati: ad esempio, sodio e litio sono simili perché si combinano con gli stessi elementi nelle stesse proporzioni (ad esempio con ossigeno o cloro, bromo e iodio). Abbiamo quindi trovato i modelli che possiamo usare per classificare gli elementi“.

Questo sistema, basato sui legami chimici, riorganizza gli elementi in un modo nuovo. Alcuni elementi rimangono raggruppati insieme, come gli alogeni, perché si uniscono allo stesso modo; ma altri sono separati, come il silicio e il carbonio, che, una volta uniti, formano composti molto diversi.

Si tratta di un sistema flessibile, hanno affermato i ricercatori, che può essere personalizzato in più discipline, non solo in chimica, ma anche in ingegneria, scienze ambientali e idrologia.

I nostri risultati contribuiscono alla generalizzazione in atto della teoria della rete verso gli ipergrafi, dove la tradizionale descrizione della rete come un grafico viene sottratta a quella degli ipergrafi come mezzo per modellare relazioni complesse tra più entità“, hanno scritto i matematici nel loro articolo.

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Dimostriamo che gli ipergrafi possono essere ordinati e che la struttura risultante è stata al centro della chimica per oltre 150 anni“.

immagine 4(Guillermo Restrepo, MPI for Mathematics in the Sciences)

Il documento è stato pubblicato in Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences