História da tabela periódica: das tríades ao sétimo período completo

A tabela periódica na parede da sala de aula não é invenção de uma única pessoa. Os químicos passaram boa parte do século XIX buscando ordem entre os elementos, a física do século XX explicou por que essa ordem existe, e as últimas lacunas da sétima linha só foram preenchidas no século XXI. Este guia acompanha a história por seus momentos-chave.

Contexto: mais elementos, massas atômicas melhores

No fim do século XVIII, Antoine Lavoisier formulou a ideia moderna de elemento como uma substância que não pode ser decomposta. No início do século XIX, a teoria atômica de John Dalton se difundiu, e os químicos passaram a aceitar que cada elemento tem uma massa atômica característica. Novas técnicas, primeiro a eletrólise e depois a espectroscopia, acrescentaram elementos em ritmo acelerado. Na década de 1860, mais de sessenta eram conhecidos, e a pergunta óbvia era como organizá-los.

O congresso internacional de química realizado em Karlsruhe, em 1860, foi um passo importante. Ajudou a difundir um sistema coerente de massas atômicas baseado na hipótese de Avogadro, e só então alinhar os elementos por massa atômica se tornou um exercício significativo.

As tríades de Döbereiner (1817–1829)

A partir de cerca de 1817, o químico alemão Johann Wolfgang Döbereiner notou que, quando três elementos quimicamente semelhantes são agrupados, a massa atômica do elemento do meio fica próxima da média dos outros dois. Até 1829, ele havia descrito vários desses grupos, que chamou de tríades.

• cálcio, estrôncio, bário
• cloro, bromo, iodo
• lítio, sódio, potássio

A média das massas atômicas do lítio e do potássio, por exemplo, fica perto da do sódio. As tríades não abrangiam todos os elementos, mas foram o primeiro sinal claro de que propriedades químicas e massas atômicas estão ligadas numericamente. As três tríades ainda estão juntas na tabela moderna, nos grupos 2, 17 e 1.

Newlands e a lei das oitavas (1864–1866)

A partir de 1864, o químico inglês John Newlands publicou uma série de artigos mostrando que, se os elementos conhecidos forem organizados por massa atômica, propriedades semelhantes tendem a reaparecer a cada oitavo elemento. Ele comparou isso à escala musical, em que a oitava nota repete a primeira, e chamou o padrão de lei das oitavas.

O padrão funcionava bem para os elementos mais leves, mas falhava depois do cálcio. Newlands também não deixou espaço para elementos não descobertos e às vezes forçou dois elementos numa mesma posição. Quando apresentou a ideia à Sociedade Química de Londres, em 1866, a recepção foi fria; conta-se que um membro perguntou se organizar os elementos em ordem alfabética não revelaria um padrão semelhante. O reconhecimento veio muito depois, quando a Royal Society lhe concedeu a Medalha Davy, em 1887.

A tabela periódica de Mendeleev (1869)

Em março de 1869, o químico russo Dmitri Mendeleev publicou uma tabela que organizava os elementos por massa atômica, colocando elementos quimicamente semelhantes na mesma família. Mais ou menos na mesma época, o químico alemão Lothar Meyer produziu uma tabela muito parecida, baseada na periodicidade de propriedades físicas como o volume atômico. A Royal Society concedeu a ambos a Medalha Davy em 1882.

Duas escolhas ousadas fizeram a tabela de Mendeleev se destacar.

1. Ele deixou lacunas. Onde as propriedades não se encaixavam, recusou-se a forçar o próximo elemento conhecido e deixou uma casa vazia para um que ainda não havia sido descoberto.
2. Ele previu o que as preencheria. Por volta de 1870, descreveu em detalhes vários elementos ausentes, incluindo suas massas atômicas, densidades e as fórmulas de seus óxidos.

Ele nomeou esses elementos desconhecidos com o prefixo sânscrito “eka-”, que significa “um”, no sentido de “uma casa além” de um elemento conhecido.

O episódio do gálio é o mais dramático. A primeira medição da densidade do gálio feita por Lecoq de Boisbaudran não batia com a previsão de Mendeleev, de cerca de 5,9 g/cm³. Mendeleev sugeriu que ele medisse de novo e, depois que a amostra foi mais purificada, o resultado ficou próximo do valor previsto. O germânio também correspondeu bem à massa atômica, à densidade e às propriedades do óxido previstas. Sucessos como esses transformaram a tabela de um sistema de arquivo numa afirmação sobre as leis da natureza.

Mendeleev também inverteu alguns pares cujas massas atômicas pareciam estar na ordem errada. O telúrio é mais pesado que o iodo, mas o iodo claramente pertence aos halogênios, por isso ele colocou o telúrio primeiro. Supôs que as medições de massa atômica estivessem erradas. A explicação verdadeira só viria décadas depois.

Uma nova família: os gases nobres (1894–1898)

Em 1894, Lord Rayleigh e William Ramsay isolaram o argônio do ar. Ele não reagia com nada, por isso não se encaixava em nenhum dos grupos existentes. Ramsay passou a identificar o hélio na Terra e, em 1898, ele e seus colegas encontraram o neônio, o criptônio e o xenônio. O resultado foi uma coluna inteiramente nova, o atual grupo 18. Uma descoberta que parecia capaz de quebrar a tabela acabou reforçando sua regularidade.

Moseley e o número atômico (1913)

A mudança decisiva veio com a descoberta de que os átomos são formados por um núcleo e elétrons. Em 1913, o jovem físico inglês Henry Moseley mediu as frequências dos raios X característicos emitidos por uma série de elementos bombardeados com elétrons. Descobriu que a raiz quadrada da frequência aumentava em degraus iguais de um elemento para o seguinte e mostrou que o degrau corresponde à carga do núcleo: o número atômico.

A partir daí, a tabela passou a ser ordenada por número atômico, e não por massa atômica. Pares incômodos como telúrio e iodo, argônio e potássio, e cobalto e níquel caíram naturalmente em seus lugares. O trabalho de Moseley também tornou inconfundíveis os números atômicos ausentes, marcando lacunas em 43, 61, 72, 75, 85 e 87, que foram preenchidas nas décadas seguintes. Moseley morreu em Galípoli, em 1915, durante a Primeira Guerra Mundial, aos vinte e sete anos.

O conceito de actinídeos de Seaborg (1945)

Em 1940, o netúnio e o plutônio foram produzidos artificialmente, abrindo a era dos elementos além do urânio. Na época, tório, protactínio e urânio eram vistos como uma extensão dos metais de transição do bloco d, e esperava-se que os novos elementos os seguissem. As tentativas de encontrar os elementos 95 e 96 com essa base fracassavam seguidamente.

Em 1945, o químico norte-americano Glenn Seaborg propôs que os elementos a partir do actínio formam uma série à parte, que preenche os orbitais 5f, assim como os lantanídeos preenchem os 4f. Esse conceito de actinídeos contrariava o conselho de alguns colegas, mas experimentos planejados em torno dele levaram à identificação do amerício e do cúrio, e a segunda linha sob a tabela assumiu sua forma moderna. Seaborg dividiu o Prêmio Nobel de Química de 1951, e o elemento 106, o seabórgio, tornou-se um raro exemplo de elemento nomeado em homenagem a uma pessoa viva.

A conclusão do sétimo período (2016)

A partir do fim do século XX, laboratórios dos Estados Unidos, da Rússia, da Alemanha e do Japão competiram para produzir elementos superpesados colidindo núcleos em aceleradores de partículas. Novos elementos eram frequentemente confirmados a partir de um punhado de átomos, às vezes um só, acompanhando suas cadeias de decaimento.

No fim de 2015, um grupo de trabalho conjunto da IUPAC e da IUPAP (União Internacional de Física Pura e Aplicada) reconheceu as descobertas dos elementos 113, 115, 117 e 118. Seus nomes foram definidos em novembro de 2016.

• 113, nihônio (Nh): descoberto no Japão, a partir do nome japonês do país
• 115, moscóvio (Mc): em homenagem à região de Moscou
• 117, tenesso (Ts): em homenagem ao estado norte-americano do Tennessee
• 118, oganessônio (Og): em homenagem ao físico russo Yuri Oganessian

Com isso, todas as 32 casas do período 7 foram preenchidas, e a tabela chegou à sua forma atual de 118 elementos sem lacunas. Em 2019, as Nações Unidas marcaram os 150 anos da tabela de Mendeleev com o Ano Internacional da Tabela Periódica.

O que vem a seguir

Continuam os esforços para criar os elementos 119 e 120. O sucesso abriria um oitavo período, e a teoria sugere que um novo bloco, preenchendo orbitais g, poderia eventualmente surgir. Assim como as lacunas de Mendeleev apontaram o caminho para novas descobertas, a tabela de hoje ainda carrega suas próximas perguntas em aberto.