A história da tabela periódica: da alquimia ao elemento 118

Elementos antigos e alquimia

Dez dos elementos atuais já eram conhecidos muito antes de alguém usar a palavra elemento em seu sentido moderno: ouro, prata, cobre, ferro, estanho, chumbo, mercúrio, enxofre, carbono e antimônio. Ninguém sabe quem os descobriu primeiro. Os pensadores da Grécia Antiga, seguindo Empédocles e Aristóteles, acreditavam, em vez disso, que tudo era uma mistura de quatro elementos (terra, água, ar e fogo), uma ideia que durou quase dois mil anos.

Os alquimistas do mundo islâmico e da Europa medieval tentaram transformar metais baratos em ouro. Fracassaram, mas aperfeiçoaram métodos de laboratório, como a destilação. Em 1661, Robert Boyle desafiou a teoria dos quatro elementos em The Sceptical Chymist, incentivando os químicos a confiar nos experimentos, e em 1669 o alquimista Hennig Brand descobriu o fósforo enquanto procurava a pedra filosofal, um dos primeiros elementos com um descobridor registrado.

A lista de substâncias simples de Lavoisier (1789)

A química moderna ganhou forma com o químico francês Antoine Lavoisier, que mostrou, por meio de pesagens cuidadosas, que a massa não se perde nas reações químicas e deu ao oxigênio e ao hidrogênio os seus nomes. Em seu Tratado Elementar de Química, de 1789, ele definiu elemento em termos práticos: uma substância que nenhum método químico conhecido conseguia decompor em algo mais simples.

O livro listava 33 dessas “substâncias simples”, organizadas em gases, não metais, metais e terras. A maioria era de elementos de verdade, mas a luz e o calor também estavam na lista, e terras como a cal e a sílica se revelaram mais tarde compostos. Mesmo assim, Lavoisier deu aos químicos uma definição clara e testável de elemento e uma primeira lista para se construir a partir dela.

Dalton e a pesagem dos átomos

Por volta de 1803, o professor inglês John Dalton propôs que cada elemento é feito de seu próprio tipo de átomo, com seu próprio peso. Os átomos eram pequenos demais para serem pesados, então ele calculou pesos relativos a partir das proporções em que os elementos se combinam, tomando o hidrogênio como 1, e publicou uma das primeiras tabelas de pesos atômicos.

Muitos dos números de Dalton estavam errados porque ele precisou supor as fórmulas; ele considerou, por exemplo, que a água era HO e não H₂O. O químico sueco Jöns Jacob Berzelius mediu os pesos atômicos com muito mais precisão e introduziu os símbolos de letras usados até hoje, mas os desacordos duraram até o Congresso de Karlsruhe, em 1860, no qual Stanislao Cannizzaro mostrou como obter um conjunto consistente de pesos atômicos. Mendeleev e Lothar Meyer estavam ambos na plateia.

As tríades de Döbereiner (1829)

Uma das primeiras pistas claras de que o peso atômico e o comportamento químico estão ligados veio do químico alemão Johann Wolfgang Döbereiner. Em 1829, ele descreveu as tríades, grupos de três elementos semelhantes nos quais o peso atômico do elemento do meio é próximo da média dos outros dois: cálcio, estrôncio e bário; cloro, bromo e iodo; e lítio, sódio e potássio.

As tríades revelaram famílias naturais de elementos, mas só um punhado de elementos se encaixava, e não havia como ligar uma tríade à seguinte.

Uma espiral e uma oitava (1862–1865)

Em 1862, o geólogo francês Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois escreveu os elementos em ordem de peso atômico ao longo de uma espiral enrolada em um cilindro, de modo que elementos semelhantes ficassem alinhados uns sobre os outros. Seu parafuso telúrico, assim chamado por causa do telúrio, foi um dos primeiros arranjos a mostrar propriedades que se repetem, mas foi publicado sem o diagrama e passou em grande parte despercebido.

Em 1865, o químico inglês John Newlands notou que, em ordem de peso atômico, cada oitavo elemento parecia repetir as propriedades do primeiro, como as notas de uma escala musical. Sua lei das oitavas funcionava para os elementos mais leves, mas falhava depois do cálcio, e em 1866 a Sociedade Química de Londres recusou-se a publicá-la.

Mendeleev e Lothar Meyer (1869–1870)

Dmitri Mendeleev, professor de química em São Petersburgo, estava escrevendo um livro didático quando passou a procurar a ordem por trás dos elementos. No início de 1869, ele organizou os elementos então conhecidos por peso atômico em uma grade que alinhava os elementos semelhantes e, em março, seu trabalho foi apresentado à Sociedade Química Russa. Ele enunciou uma lei periódica: dispostos por peso atômico, os elementos apresentam propriedades que se repetem em intervalos regulares.

O que distinguia sua tabela era a ousadia. Mendeleev colocou a química à frente da ordem estrita de pesos, deixou espaços vazios para elementos que acreditava ainda não terem sido descobertos e argumentou que alguns pesos atômicos aceitos estavam errados.

Na Alemanha, Lothar Meyer chegou de forma independente a uma tabela muito parecida e a publicou em 1870, junto com um gráfico que mostrava o volume atômico subindo e descendo em ondas à medida que o peso atômico aumenta. Em 1882, a Royal Society de Londres concedeu a Medalha Davy aos dois.

Previsões confirmadas (1875–1886)

Mendeleev descreveu em detalhes três elementos que faltavam, chamando-os de eka-alumínio, eka-boro e eka-silício, do sânscrito eka, que significa “um”, indicando uma posição além de um elemento conhecido. Eles apareceram como o gálio, encontrado por Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran em 1875, o escândio, encontrado por Lars Fredrik Nilson em 1879, e o germânio, encontrado por Clemens Winkler em 1886.

As coincidências eram impressionantes. Para o eka-silício, Mendeleev havia previsto um peso atômico de cerca de 72 e uma densidade de cerca de 5,5 gramas por centímetro cúbico; os do germânio são 72,6 e 5,3. Os céticos foram convencidos, e a tabela periódica tornou-se o mapa central da química.

Os gases nobres encontram seu lugar (década de 1890)

Em 1894, Lord Rayleigh e William Ramsay descobriram o argônio, um gás pouco reativo escondido no ar comum. Em 1898, Ramsay também havia isolado o hélio na Terra e, com Morris Travers, descoberto o neônio, o criptônio e o xenônio; o radônio veio em 1899 e 1900. Nenhum desses gases se encaixava em qualquer coluna existente.

A resposta foi um grupo totalmente novo entre os halogênios e os metais alcalinos, chamado primeiro de grupo 0 e hoje de grupo 18. Ele se encaixou com perfeição no padrão periódico e, em 1904, Ramsay recebeu o Prêmio Nobel de Química e Rayleigh o Prêmio Nobel de Física.

Moseley e o número atômico (1913)

Alguns pares de elementos, como argônio e potássio ou cobalto e níquel, ainda ficavam fora de ordem quando se considerava o peso. Em 1913, o jovem físico inglês Henry Moseley, trabalhando no laboratório de Ernest Rutherford em Manchester, mediu os raios X emitidos por diferentes elementos e descobriu que suas frequências aumentavam em degraus regulares de um elemento para o seguinte.

Cada degrau correspondia a mais uma unidade de carga positiva no núcleo do átomo. Esse número atômico tornou-se a verdadeira base da tabela e mostrou exatamente quais elementos ainda faltavam. Moseley morreu em combate em Galípoli, em 1915, aos 27 anos.

Seaborg, os actinídeos e os elementos superpesados (1940–2016)

Os cientistas também aprenderam a produzir elementos que são extremamente raros ou ausentes na natureza. O tecnécio, produzido em 1937, foi o primeiro elemento criado artificialmente, e em 1940 o netúnio e o plutônio tornaram-se os primeiros elementos além do urânio. Em 1944, Glenn Seaborg propôs que os elementos a partir do actínio formam sua própria série, os actinídeos, muito parecida com a dos lantanídeos. Publicada em 1945, a ideia os transferiu para uma linha separada abaixo da tabela principal e deu à tabela a sua forma moderna.

Desde então, laboratórios dos Estados Unidos, da União Soviética e, mais tarde, da Rússia, da Alemanha e do Japão produziram elementos cada vez mais pesados, muitas vezes apenas alguns átomos por vez, fundindo núcleos atômicos. Um grupo de trabalho conjunto da IUPAC e da IUPAP, as uniões internacionais de química e de física, julga hoje cada alegação. Em 2016, os últimos quatro elementos confirmados receberam os nomes de nihônio, moscóvio, tenesso e oganessônio, completando o sétimo período. A busca pelos elementos 119 e 120, que abririam um oitavo período, continua.