Àtoms, pesos i fórmules

La taula periòdica dels elements és un producte brillant de l’enginy humà. Ordenant els elements de més petit a més gran i disposant-los de manera enginyosa podem esbrinar moltes de les seves característiques si entendre que amaguen les seves estructures atòmiques. Estan endreçats segons el número atòmic, és a dir, el nombre de protons que tenen al nucli, tot i que l’ordre coincideix si el que fem servir és el pes atòmic, que va donat per la suma de protons i neutrons.

Ara ens sembla d’allò més normal, però al seu moment va ser un bon maldecap definir quan pesava cada àtom en concret. Al segle XIX, com s’ho podien fer per “pesar” els àtoms? El problema era encara més complicat ja que en general el que tenim entre mans són molècules, és a dir, combinacions estables d’àtoms.

El problema era desesperant ja que, en principi, no seria massa difícil establir els pesos relatius dels àtoms d’una molècula si coneixes la seva fórmula. L’aigua és H2O, és a dir que conté dos àtoms d’hidrogen i un d’oxigen. Sabem que per generar aigua calen un gram de hidrogen i vuit grams d’oxigen, de manera que si la proporció de pesos és de 1 a 8 i hi ha dos àtoms de hidrogen, vol dir que el pes de l’oxigen es setze vegades més gran que l’hidrogen.

Per tant, si sabem la fórmula, podem deduir els pesos relatius de cada àtom de la molècula. I al revés. Si sabéssim quins són els pesos de cada àtom, no ens costaria gaire deduir les fórmules de les molècules. Tornant a l’aigua. Si sabem que l’hidrogen pesa 1, que l’oxigen pesa 16 i que la molècula d’aigua pesa 18, podem veure que ha d’estar feta per un àtom d’oxigen i dos de hidrogen.

El problema era que en aquell temps no coneixien ni una cosa ni l’altre.

Els primers intents els va fer el gran químic John Dalton, que va tirar pel dret i va suposar que les molècules eren les més simples possibles. Si l’aigua conté hidrogen i oxigen, va imaginar que la seva fórmula devia ser HO. Aleshores aplicant el raonament dels pesos va concloure (erròniament) que l’oxigen pesava vuit vegades més que l’hidrogen.

Després va venir un altre químic, en Gay-Lussac que va estudiar els volums en que es combinaven per reaccionar i formar nous compostos. Era interessant perquè veia que sempre li apareixien relacions de nombres sencers, però les dades no encaixaven amb les que tenia Dalton i es va generar un cert mal rotllo entre els dos. Coses de científics…

El problema va durar gairebé cinc dècades, però finalment va arribar un altre químic, l’Stanislau Cannizzaro, que va preferir agafar grapats de reaccions entre diferents elements i mirar en cada cas en quines proporcions reaccionaven. Si analitzava molts productes diferents, segurament n’hi hauria algun en el que la molècula contingués únicament un àtom de l’element que volia estudiar. El pes més petit que trobés en totes les combinacions analitzades seria, molt probablement, el de l’àtom en qüestió. La resta serien combinacions de dos, tres o més àtoms.

Amb això es van poder fer, finalment les primeres estimacions correctes dels pesos dels àtoms. No es feien servir grams o quilos, és clar, sinó que la unitat que empraven era el pes de l’àtom més petit, el d’hidrogen. Però en tot cas, va ser el pas en la bona direcció fet combinant suposicions encertades, mesures de pesos i volums raonablement precises, sistemes per identificar els diferents elements i un grapat de discussions entre químics brillants.

1 comentari

  • Joan Codina

    22/06/2018 8:45

    I va ser Dalton qui es va endur el nom de la unitat!! Havien de ser grans batalles fins que no va quedar tot clar. I després de pesar-los encara quedava feina mol més complicada, comptar-los.