¿Cómo suenan los elementos?

26 de marzo de 2023

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por la Sociedad Química Estadounidense

En química tenemos He, Fe y Ca, pero ¿qué pasa con do, re y mi? Melodías increíblemente hermosas no son lo primero que nos viene a la mente cuando miramos la tabla periódica de los elementos. Sin embargo, utilizando una técnica llamada sonificación de datos, un recién graduado universitario ha convertido la luz visible emitida por los elementos en audio, creando sonidos únicos y complejos para cada uno. Hoy, el investigador informa sobre el primer paso hacia una tabla periódica musical interactiva.

El investigador presentará sus resultados en la reunión de primavera de la Sociedad Química Estadounidense (ACS). ACS Spring 2023 es una reunión híbrida que se llevará a cabo virtualmente y en persona del 26 al 30 de marzo.

Anteriormente, W. Walker Smith, el único investigador del proyecto, tomó sus pasiones combinadas de música y química y convirtió las vibraciones naturales de las moléculas en una composición musical. "Luego vi representaciones visuales de las distintas longitudes de onda de luz liberadas por elementos como el escandio", dice Smith. "Eran hermosos y complejos, y pensé: 'Guau, realmente quiero convertirlos en música también'".

Los elementos emiten luz visible cuando están energizados. Esta luz se compone de múltiples longitudes de onda individuales, o colores particulares, con niveles de brillo únicos para cada elemento. Pero sobre el papel, las colecciones de longitudes de onda para diferentes elementos son difíciles de distinguir visualmente, especialmente para los metales de transición, que pueden tener miles de colores individuales, dice Smith. Convertir la luz en frecuencias de sonido podría ser otra forma de que las personas detecten las diferencias entre los elementos.

Sin embargo, ya se han creado sonidos para los elementos de la tabla periódica. Por ejemplo, otros científicos han asignado las longitudes de onda más brillantes a notas individuales tocadas por las teclas de un piano tradicional. Pero este enfoque redujo la rica variedad de longitudes de onda liberadas por algunos elementos a unos pocos sonidos, explica Smith, actualmente investigador en la Universidad de Indiana.

Para retener la mayor cantidad posible de complejidad y matices de los espectros de elementos, Smith consultó a mentores de la facultad de la Universidad de Indiana, incluido David Clemmer, Ph.D., profesor del departamento de química, y Chi Wang, DMA, profesor del Departamento de Química. Escuela de Música Jacobs. Con su ayuda, Smith creó un código informático para audio en tiempo real que convertía los datos de luz de cada elemento en mezclas de notas. Las longitudes de onda de color discretas se convirtieron en ondas sinusoidales individuales cuya frecuencia correspondía a la de la luz y su amplitud coincidía con el brillo de la luz.

Al principio del proceso de investigación, Clemmer y Smith discutieron las similitudes de patrones entre las vibraciones de la luz y el sonido. Por ejemplo, dentro de los colores de la luz visible, el violeta tiene casi el doble de frecuencia que el rojo, y en la música, una duplicación de frecuencia corresponde a una octava. Por lo tanto, la luz visible puede considerarse como una "octava de luz". Pero esta octava de luz tiene una frecuencia mucho más alta que el rango audible. Entonces, Smith redujo las frecuencias de las ondas sinusoidales en aproximadamente 10-12, ajustando la salida de audio en un rango donde los oídos humanos son más sensibles a las diferencias de tono.

Debido a que algunos elementos tenían cientos o miles de frecuencias, el código permitía que estas notas se generaran en tiempo real, formando armonías y patrones de ritmo a medida que se mezclaban. "El resultado es que los elementos más simples, como el hidrógeno y el helio, suenan vagamente como acordes musicales, pero el resto tiene una colección de sonidos más compleja", dice Smith. Por ejemplo, el calcio suena como campanas que repican juntas con un ritmo resultante de cómo las frecuencias interactúan entre sí. Escuchar las notas de algunos otros elementos le recordó a Smith un ruido de fondo espeluznante, similar a la música utilizada en películas de terror cursis. Le sorprendió especialmente el elemento zinc, que a pesar de tener una gran cantidad de colores, sonaba como “un coro angelical cantando un acorde mayor con vibrato”.

"Algunas de las notas suenan desafinadas, pero Smith se ha mantenido fiel a ello en esta traducción de los elementos a la música", dice Clemmer. Estos tonos desafinados, conocidos musicalmente como microtonos, provienen de frecuencias que se encuentran entre las teclas de un piano tradicional. Wang está de acuerdo y dice: "Las decisiones sobre qué es vital preservar al realizar la sonificación de datos son a la vez desafiantes y gratificantes. Y Smith hizo un gran trabajo al tomar esas decisiones desde un punto de vista musical".

El siguiente paso es convertir esta tecnología en un nuevo instrumento musical con una exhibición en el Museo WonderLab de Ciencia, Salud y Tecnología en Bloomington, Indiana. "Quiero crear una tabla periódica musical interactiva en tiempo real, que permita a niños y adultos seleccionar un elemento y ver una muestra de su espectro de luz visible y escucharlo al mismo tiempo", dice Smith. Agrega que este enfoque basado en el sonido tiene un valor potencial como método de enseñanza alternativo en las aulas de química, porque incluye a personas con discapacidad visual y diferentes estilos de aprendizaje.

El martes 28 de marzo a las 3:00 p. m., durante la reunión de primavera de 2023 de la ACS, Smith también presentará "The Sound of Molecules", un espectáculo que contará con clips de audio de algunos de los elementos, así como "composiciones". de moléculas más grandes.

Más información:ACS Primavera 2023: Diseño de una tabla periódica musical interactiva: sonificación de espectros de emisión de elementos visibles, www.acs.org/meetings/acs-meetings/spring-2023.html

Proporcionado por la Sociedad Química Estadounidense