Autores

Romero, A.L. (UTFPR / UNIOESTE) ; Cunha, M.B. (UNIOESTE)

Resumo

Neste trabalho resgatamos a proposta de tabela periódica escalariforme de Charles Janet publicada em 1928 e algumas (tentativas de) adaptações desta tabela feita por diferentes pesquisadores. Trata-se de uma pesquisa bibliográfica de caráter descritivo, utilizando a perspectiva da História da Ciência internalista. A pesquisa na base de dados SciFinder e Google Acadêmico indica que os trabalhos de Janet são pouco citados, principalmente os trabalhos relacionados à tabela periódica escalariforme. No entanto, nas duas últimas décadas parece haver um resgate dos trabalhos de Janet, principalmente devido a sua representação gráfica para a classificação periódica dos elementos químicos ser concordante com a mecânica quântica e resolver alguns problemas presentes na tabela periódica oficial.

Palavras chaves

História da Química; Representação gráfica; Lei periódica

Introdução

A lei periódica pode ser considerada uma das ideias fundamentais da Química e sua representação gráfica - a tabela periódica (TP) - tornou-se um valioso instrumento didático, pois permite explicar e prever diversas propriedades da matéria (MELO FILHO e FARIA, 1990; TOLENTINO, ROCHA-FILHO e CHAGAS, 1997). Segundo revisões da literatura (SCERRI, 2012; MURADJAN, 2014), acerca de diferentes representações da TP dos elementos químicos, existem mais de 1000 diferentes propostas publicadas tentando resolver um problema antigo da Química, a necessidade de um sistema de classificação que leve em consideração as propriedades físicas e químicas dos elementos químicos conhecidos, assim como os conhecimentos da atual teoria atômica. Para Muradjan (2014) o atual esquema de notação para os grupos da TP - presente na maioria dos livros didáticos (LDs) de Química - foi elaborado e publicado pela Comissão de Nomenclatura em Química Inorgânica da IUPAC no ano de 1985. Após várias discussões preliminares e comentários públicos para designação de grupos, em 1990 a versão apresentada pela comissão foi definida como documento final e publicada como recomendação no livro "Nomenclature of Inorganic Chemistry - Recommendations 1990", padronizando a forma como a representação gráfica da lei periódica aparece nos LDs de Química. Em 2005, esta proposta foi verificada e publicada no livro "Nomenclature of Inorganic Chemistry - IUPAC recommendations 2005" (MURADJAN, 2014). A recomendação da IUPAC impactou, e ainda impacta, a forma como a TP é apresentada e explicada nos LDs de Química. Apesar da existir mais de 1000 diferentes representações da TP, produzidas por centenas de pesquisadores, apenas algumas são mencionadas nos LDs de Química. Targino e Baldinato (2016), por exemplo, ao avaliarem a abordagem histórica da lei periódica presente nas coleções de Química selecionadas pelo Plano Nacional do Livro Didático de 2012, observaram que todos os LDs avaliados apresentaram tentativas modernas de classificação dos elementos químicos e as narrativas centram-se nos episódios das tríades de Dobereiner, parafuso telúrico de Chancourtois, lei das oitavas de Newlands, tabelas periódicas de Mendeleev e de Meyer. Diante do exposto e considerando que, ainda hoje, se pode falar em divergências sobre propostas de organização dos elementos químicos é que nos propomos a discutir neste artigo a TP escalariforme. Esse estudo faz parte de um projeto mais amplo, no qual procuramos entender o processo de desenvolvimento da TP e as implicações para o ensino de Química. Durante nossa revisão bibliográfica, constatamos, assim como já indicava a literatura, a existência de um número muito grande de propostas de representação gráfica da lei periódica. Uma das propostas nos chamou atenção - a TP escalariforme (em formato de escada) de Charles Janet, publicada em 1928 -, que além de incoporar os conhecimentos considerados atuais para a época (mecânica quântica), nos parece ter influenciado outras propostas de TPs apresentadas em anos posteriores. Além disso, as propostas de TPs de Charles Janet não são mencionadas nas duas revisões publicadas em periódicos brasileiros (TOLENTINO, ROCHA-FILHO e CHAGAS, 1997; MELO FILHO e FARIA, 1990), que com frequência são utilizadas como referência por autores de LDs de Química, o que indica que este autor e suas produções na área da Química devem ser praticamente desconhecidas para a maioria dos integrantes da comunidade de Ensino de Química. Charles Janet (1849 – 1932), engenheiro de formação, foi um cientista “amador” de renome, publicou mais de cem artigos, a maioria acerca de temas relacionados à geologia, paleontologia, botânica e biologia geral. Seu trabalho é caracterizado pela observação minuciosa e desenhos precisos, produziu mais de 400 gravuras em seus trabalhos de biologia e geologia, e mais de 80 em seus seis trabalhos acerca da classificação periódica dos elementos químicos. No entanto, os trabalhos na área de Química são quase desconhecidos, em parte porque foram impressos em periódicos e livros com pouca distribuição, em parte porque ele não pertencia nem à comunidade de Química nem à de Física, e em parte porque ele escreveu em língua francesa, que já estava perdendo seu destaque na publicação científica (STEWART, 2010). No contexto apresentado, o objetivo deste trabalho foi, utilizando a perspectiva da História da Ciência internalista, resgatar a TP escalariforme de Charles Janet publicada em 1928 e algumas (tentativas de) adaptações desta tabela feita por diferentes pesquisadores. Segundo Martins (2005) a História da Ciência pode ser estudada por duas abordagens, uma conceitual (internalista) e outra não-conceitual (externalista). A primeira busca discutir os fatores científicos (evidências e fatos de natureza científica) e a segunda os fatores extracientíficos (influências sociais, políticas, econômicas, luta pelo poder, propaganda, fatores psicológicos) relacionados a determinado assunto ou problema.

Material e métodos

O presente trabalho caracteriza-se como uma pesquisa bibliográfica de caráter descritivo (GIL, 2008), com olhar para a tabela periódica escalariforme de Charles Janet (publicada em 1928) e a influência desta em outras propostas de tabela periódica apresentada por diferentes pesquisadores. Para verificar a influência da proposta de tabela periódica escalariforme de Charles Janet buscamos - utilizando as bases de dados SciFinder, Google Acadêmico e "The Internet Database of Periodic Tables" - artigos publicados em periódicos que apresentam novas propostas de tabela periódica, que fazem menção ou são visualmente semelhantes à tabela periódica objeto deste trabalho. SciFinder (http://scifinder.cas.org/) é uma ferramenta de pesquisa de literatura científica da área de Química, que busca documentos publicados a partir de 1800, incluindo todo o Chemical Abstracts, patentes registradas por 63 escritórios, 10.000 títulos de periódicos provenientes de 150 países, trabalhos publicados em algumas conferências e simpósios, assim como livros e dissertações. Inclui também a base de dados Medline, especializada na área de Ciências Médicas, recuperando artigos publicados a partir de 1946, além de 4 bases de dados específicas de substâncias químicas, reações químicas, fornecedores de substâncias químicas e informações regulatórias de substâncias (UNESP, 2018). The Internet Database of Periodic Tables é uma base de dados de acesso livre (https://www.meta-synthesis.com/webbook/35_pt/pt_database.php) mantida pelo professor Mark R. Leach, cuja proposta é compilar, de forma cronológica, as diferentes propostas de tabelas periódicas publicadas. Google Acadêmico ou Google Scholar (https://scholar.google.com.br/) é uma ferramenta de acesso livre, que permite localizar trabalhos acadêmicos de vários tipos, em diversas línguas, disponibilizadas em repositórios na web ou sites acadêmicos, além de determinar a freqüência com que foram citados em outras publicações acadêmicas (CAREGNATO, 2011).

Resultado e discussão

A pesquisa, na base de dados SciFinder, utilizando o descritor "Charles Janet" enquanto autor resultou em sete artigos: (i) Essais de classification helicoidale des elements chimiques, 104 p., Editora: Imprimerie Departementale de l'Oise, Beauvais, 1928 (8 citações); (ii) La classification helicoidale des elements chimiques. N. 3, 104 p., Editora: Imprimerie Departementale de l'Oise, Beauvais, 1928; (iii) La classification helicoidale des elements chimiques. N. 4, 79 p., Editora: Imprimerie Departementale de l'Oise, Beauvais, 1928 (16 citações, somatória em relação ao n.3 e n.4); (iv) La classification helicoidale des elements chimiques, 78 p., Editora: Imprimerie Departementale de l'Oise, Beauvais, 1928 (16 citações); (v) The helicoidal classification of the elements, Chemical News and Journal of Industrial Science, v. 138, p. 372-374 e p. 388-393, 1929 (29 citações); (vi) Considerations on the structure of the atomic nucleus, Chemical News and Journal of Industrial Science, v. 140, p. 146-149 e 162-165, 1930; (vii) Concordance de l'arrangement quantique, de base, des electrons planetaires des atomes, avec la classification scalariforme, helicodales des elements chimiques, 54 p., Editora: Imprimerie Departementale de l'Oise, Beauvais, 1930 (7 citações). Podemos observar que cinco das publicações indicadas foram produzidas em língua francesa e duas em língua inglesa. Para nenhuma das publicações indicadas acima foi possível obter acesso direto a partir da ferramenta SciFinder. Na sequência, buscamos, a partir da ferramenta Google Acadêmico, o número de citações de cada um dos trabalhos de Janet (dados apresentados acima). Observamos que os trabalhos de Janet foram pouco citados, principalmente os dois últimos, nos quais a proposta de TP escalariforme foi apresentada. Janet produziu três diferentes tabelas periódicas escalariforme, mas neste trabalho consideraremos apenas a versão III para esse tipo de representação, que o próprio Janet considera ser mais adequada do que as versões I e II. A pesquisa, na base de dados SciFinder, utilizando o descritor "Charles Janet" enquanto tópico de pesquisa resultou em quatro artigos: (i) The helicoidal classification of the chemical elements (MARI, 1931; (ii) The 7- Row Left-Step Periodic Table (STEWART, 2010); (iii) There can't be two (elements) without a third: flerovium, livermorium, and janetium (FONTANI; COSTA, 2012); (iv) Tetrahedral and spherical representations of the periodic system (STEWART, 2017). Charles Janet, Figura 1(a), em seu trabalho inicial acerca da classificação periódica dos elementos químicos, partiu do fato de que a série de elementos químicos é uma seqüência contínua, que ele representava como uma hélice traçada nas superfícies de quatro cilindros alinhados (TP helicoidal). Depois de várias transformações geométricas, Janet chegou a versão final de sua TP - a TP escalariforme, Figura 1(b) -, na qual os elementos do bloco s estão localizados à direita, e as subcamadas da TP são organizadas na ordem (n-3)s, (n-2)p, (n-1)d, nf da esquerda para a direita. Ele acreditava que nenhum elemento mais pesado que o número 120 seria encontrado, então ele não previa um bloco g. Em termos de números quânticos atômicos, cada linha corresponde a um valor da soma (n + ℓ) onde n é o número quântico principal e ℓ o número quântico azimutal. A tabela, portanto, corresponde à regra de Madelung, que afirma que os sub-níveis atômicos são preenchidos em ordem crescente de valores de (n + ℓ). Ao estudar a construção da TP escalariforme de Janet obsevamos que alguns dos problemas existentes (entre eles, a posição dos elementos hélio, lutécio e lawrêncio) na TP oficial são solucionados. Além disso, na TP de Janet não há necessidade de interromper a sequência ou mover o bloco f para uma "nota de rodapé". A busca realizada na base de dados The Internet Database of Periodic Tables resultou em vinte e três diferentes propostas de TP que fazem menção ou são visualmente semelhantes à TP escalariforme de Janet. Devido a limitação de espaço descreveremos, neste trabalho, apenas três das propostas de tabelas periódicas mais recentes - apresentadas por Muradjan (2014), Nawa (2016) e Stewart (2018). Segundo Muradjan (2014) a maioria das tabelas periódicas dos elementos químicos está, quase completamente, de acordo com a mecânica quântica. Três elementos só não se encaixam corretamente na TP oficial, em desacordo com os harmônicos esféricos e o princípio de exclusão de Pauli. O hélio - cujos elétrons de valência preenchem o subnível s - deveria ser colocado ao lado do hidrogênio no bloco s em vez do bloco p (localização do hélio na TP vigente, junto aos gases nobres). O lutécio e o lawrêncio - cujos elétrons de valência preenchem parcialmente o subnível d - são na realidade pertencentes ao bloco d dos metais de transição e não deveriam estar localizados no bloco f junto aos lantanídeos ou actinídeos. A partir dessa constatação, Muradjan (2014) utiliza a mecânica quântica e os princípios empíricos relacionaos (princípio de Bohr Aufbau, princípio da exclusão de Pauli, a regra de Hund e a regra de Madelung, todos publicados na década de 1920) como princípio norteador para apresentação de uma proposta de readequação da TP vigente. O autor concluiu que, com estas pequenas modificações, a TP vigente torna-se consistente com a mecânica quântica. Ao final do artigo o autor indica que uma representação ainda melhor colocaria os elementos ℓ = 0 (atualmente denominados de família 1 e 2, alcalinos e alcalinos terrosos, respectivamente) para a direita como na TP escalariforme de Janet. Ao compararmos as duas tabelas periódicas, a de Janet e a de Muradjan (Figura 2), verificamos que as duas são iguais visualmente. No entanto, a proposta de Muradjan incorpora mais elementos da mecânica quântica, assim como uma nova proposta de esquema de notações. Nawa (2016) apresentou em 2016 uma TP escalariforme impressa em quatro partes, em biombos japonês. Nawa apresenta acima da TP registros de nove pesquisadores que contribuíram para o desenvolvimento da TP, a saber: Wolfgang Doebereiner, Alexandre-Émile de Chancourtois, John Newlands, William Odling, Gustavo Hinrichs, Julius Lothar Meyer e Dimitri Mendeleev, Henry Moseley e Eric Scerri. Segundo Nawa (2018) os seis círculos unidos, que aparece à esquerda, simbolizam um geólogo e cinco químicos: Alexandre- Émile de Chancourtois, John Newlands, William Odling, Gustavo Hinrichs, Julius Lothar Meyer e Dimitri Mendeleev. Tal representação indica a contribuição desses seis personagens para o desenvolvimento da TP, os quais estão, geralmente, presentes nos livros didáticos de Química brasileiros. No entanto, apesar de o nome de Charles Janet ser citado no texto explicativo de apresentação da TP o destaque é dado ao historiador da Ciência Eric Scerri, que teria redescoberto independente a representação gráfica do tipo escalariforme. A imagem de Henry Moseley foi apresentada em sua contribuição ao estabelecimento do número atômico, que forneceu uma maneira melhorada de ordenar os elementos do que o uso da massa atômica. Stewart (2018) apresentou em 2018 uma nova TP, que combina as ideias de duas tabelas periódicas antigas: a TP escalariforme de Janet (1928) e a hélice telúrica, ou parafuo telúrico, de Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois (1862), primeira representação gráfica do sistema periódico dos elementos, concebido como uma espiral enrolada em volta de um cilindro. Consideramos que a proposta de Stewart (2018) trata-se de uma representação tridimensional, aparentemente, sem nenhuma mudança conceitual ou vantagem, do ponto de vista didático, em relação à TP escalariforme de Janet.

(a) Retrato de Charles Janet. (b) Tabela periódica escalariforme publicada em 1928 por Janet. Fonte: The Internet Database of Periodic Tables.


Tabela periódica do tipo escalariforme produzida por Muradjan em 2014. Fonte: Muradjan (2014).

Conclusões

Tomando como base as últimas quatro propostas de TP do tipo escalariforme publicadas, observamos que poucas modificações foram realizadas em relação a versão III da TP escalariforme publicada por Charles Janet. Diferentemente dos artigos publicados na década de 1940 e 1980, os trabalhos publicados a partir dos anos 2000 fazem menção à TP escalariforme de Janet e são visualmente iguais a tabela apresentada em 1928. Ao final deste trabalho concluímos que - apesar da aparência de uma TP pronta, acabada e sem necessidade de alteração que é transmitida nos livros didáticos de Química - existe, ainda, uma ampla discussão acerca da melhor representação gráfica da classificação periódica dos elementos químicos. As insatifações em relação à TP oficial refere-se, principalmente, em desacordos com a mecânica quântica. Alguns pesquisadores estão trabalhando neste problema, seja pela perspectiva da História da Química ou da Mecânica Quântica, no entanto, o convencimento da comunidade Química para a necessidade de adequação da TP oficial parece estar longe de acontecer. Extrapolando os resultados deste trabalho para o contexto dos livros didáticos de Química nos questionamos se a comunidade Química se preocupa mais com a produção de elementos artificiais para "preencher" a TP oficial do que pensar sobre sua construção, fragilidades e alternativas para melhorá-la. A primeira preocupação parece estar sempre presente nos livros didáticos de Química, no entanto, a segunda, quando presente, é apresentada de forma cronológica que finda com a TP vigente. Neste sentido, novos estudos acerca da TP são necessários para explorar os problemas indicados neste trabalho (e outros não indicados neste trabalho), alguns deles podem (e devem) ser incorporados nos cursos de formação de professores de Química, assim como no ensino de Química na Educação Básica.

Agradecimentos

Agradecemos as instituições UTFPR e Unioeste.

Referências

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