Taula Periòdica per a les Ciències de la Terra

Amb motiu del 150è aniversari del descobriment del sistema periòdic, l’Assemblea General de les Nacions Unides i la UNESCO van proclamar l’any 2019 com a “Any Internacional de la Taula Periòdica dels Elements Químics (IYPT2019)”. En suport a aquest aniversari l’ICGC ha realitzat la versió en català de la taula periòdica de Railsback (2003).

La Taula Periòdica dels Elements Químics, concebuda originàriament per Dmitri Mendeléiev el 1869, és un dels assoliments més significatius en la ciència, que recull l'essència no només de la química, sinó també de la física, la biologia i la geologia. Amb motiu del 150è aniversari del descobriment del sistema periòdic, l’Assemblea General de les Nacions Unides i la UNESCO han proclamat l’any 2019 com a “Any Internacional de la Taula Periòdica dels Elements Químics”.

En suport a aquest aniversari (IYPT2019) l’Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya, com a entitat pública de la Generalitat de Catalunya que té per objecte dur a terme actuacions relatives al coneixement, la prospecció i la informació sobre el sòl i el subsòl, ha realitzat la versió en català de la taula periòdica An Earth Scientist’s Periodic Table of the Elements and their Ions elaborada per Bruce Railsback (2003, Geology 31: 737-740).

Taula Periòdica dels Elements i dels seus Ions per a les Ciències de la Terra [38,1 MB]

L’edició de la “Taula Periòdica dels Elements i dels seus Ions per a les Ciències de la Terra” respon a l’objectiu d’impulsar la normalització del llenguatge geològic en català i de divulgar un document de síntesi que pugui servir com a marc de referència per al desenvolupament de futurs treballs geoquímics i d’avaluació de la qualitat del medi ambient.

La utilització de la taula periòdica convencional en el camp de la geoquímica sovint queda limitada pel fet que gran part de la matèria que compon la Terra no es troba en forma elemental. La major part dels àtoms que conformen els minerals i la resta de materials terrestres naturals presenten càrrega. Per exemple, en el cas del silici, és ben conegut que, a la natura, majoritàriament es troba com a Si⁴⁺ formant minerals del grup dels silicats.

Per representar de forma sintètica la química de la Terra cal una taula periòdica que, a més de les formes elementals, especifiqui els ions que es troben en condicions naturals. En aquest marc, Bruce Railsback l’any 2003 va publicar “An Earth Scientist’s Periodic Table of the Elements and their Ions”, una nova taula periòdica adaptada a la química de la Terra.

La “Taula Periòdica dels Elements i dels seus Ions per a les Ciències de la Terra” proporciona un marc de referència útil per a la comprensió de la distribució dels elements químics i el funcionament dels processos geoquímics de la Terra. Mostra tendències, patrons i interrelacions característiques de la mineralogia, la geoquímica dels sòls i dels sediments, la petrologia endògena, la hidrogeoquímica, la geoquímica isotòpica i la química dels nutrients.

Organització de la Taula periòdica

L’organització a la taula de les diferents formes presents a la Terra es basa fonamentalment en la càrrega iònica, el potencial iònic (el quocient entre la càrrega iònica i el radi iònic) i el número d’electrons de la capa de valència (que defineix el grau de duresa). La taula es compartimenta en cinc grans grups de formes químiques: els gasos nobles, els cations durs (en què tots els electrons han estat arrencats de la capa de valència), els cations intermedis i tous (en què la capa de valència en reté algun o bé la major part d’electrons), les formes nadiues (sense càrrega llevat dels gasos nobles), i els anions (els ions negatius, que capturen electrons). En aquesta distribució s’hi sobreposen unes isolínies referents al potencial ònic que defineixen conjunts d’ions amb comportaments geoquímics similars.

L’agrupació dels cations en funció del seu grau de duresa té sentit en la mesura que els cations durs tendeixen a formar enllaços forts amb l’O^2– però no amb el S^2–, mentre que els tous tendeixen a enllaçar-se especialment amb el S^2– i altres anions més pesats com ara el Br^– i l’I^–. En clau geològica, aquesta diferenciació és important atès que l’oxigen, en la forma O^2–, és l’element més abundant en el mantell i l’escorça de la Terra i, en conseqüència, bona part dels processos geoquímics que hi tenen lloc venen condicionats per aquest fet. D’altra banda, el sofre també és un element important atès que existeix un bon nombre d’elements, els calcòfils, que tendeixen a enllaçar-s’hi donant lloc a sulfurs de menes metàl·liques com ara l’esfalerita (ZnS), l’estibina (Sb₂S₃), el cinabri (HgS) o la galena (PbS).

Un dels resultats més notables d’ordenar els elements segons la càrrega és que molts d’aquests apareixen diverses vegades. A conseqüència d’aquest sistema la majoria dels elements es representen dues vegades (per exemple, l’urani apareix com a U⁴⁺ i U⁶⁺), uns quants es representen tres cops (per exemple, el ferro apareix com a Fe, Fe²⁺ i Fe³⁺) i alguns altres més de tres (per exemple, el sofre apareix com a S^2–, S, S⁴⁺ i S⁶⁺).

Per cada element la taula mostra el número atòmic, la massa atòmica, els isòtops presents a la natura i les cadenes de desintegració radioactiva. A més, per a cada forma s’especifica el seu radi (iònic o atòmic, depenent de la seva càrrega) i el seu nom associat. Per exemple, en el cas del S⁶⁺ s’especifica “sofre com sulfat SO₄^2–”, el S⁴⁺ “sofre com sulfit SO₃^2–”, el S^2– “sofre com sulfur” i el S nadiu simplement “sofre”.

Requadre element

La mida dels símbols químics varia segons l’abundància de l’element en el conjunt de l’escorça terrestre. Les caselles associades a cada ió o element que integra la taula periòdica inclouen informació referent a la seva abundància i distribució en els diferents compartiments geoquímics terrestres. Mitjançant un sistema de símbols molt original, la taula indica la tendència dels ions a concentrar-se en el nucli, el mantell, les roques ígnies, els fons oceànics, l’aigua de mar, les aigües fluvials, els sediments, els sòls, l’atmosfera i, finalment, els diferents tipus de nutrients necessaris per a la vida i els processos biològics en general. Aquestes tendències són producte d’un gran nombre de processos termodinàmics que, de forma més o menys directa, es relacionen amb l’equilibri mineral. En aquest sentit la taula periòdica identifica les formes (carregades o neutres) que formen alguns dels grups minerals més rellevants presents a la Terra com ara el dels sulfurs, els òxids, els fluorurs o els minerals nadius.

Sistema de símbols que indica la tendència dels ions a concentrar-se en el nucli, el mantell, les roques ígnies, els fons oceànics, l’aigua de mar, les aigües fluvials, els sediments, els sòls, l’atmosfera i els diferents tipus de nutrients

Finalment, la taula periòdica inclou, a la part inferior, una sèrie d’esquemes de propietats físiques de minerals com ara la compressibilitat, la temperatura de fusió o la solubilitat. Aquests gràfics mostren les relacions que hi ha entre aquestes propietats i el grau de duresa dels cations que formen els minerals.

Mòdul de compressibilitat (Ks en GPa) dels òxids minerals de cations dur

Publicació subjecta a una llicència de Reconeixement 4.0 Internacional de Creative Commons.
Més informació