À quoi ressemblent les éléments ?

26 mars 2023

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par la Société américaine de chimie

En chimie, nous avons He, Fe et Ca, mais qu'en est-il de do, re et mi ? Les mélodies d’une beauté envoûtante ne sont pas la première chose qui vient à l’esprit lorsqu’on regarde le tableau périodique des éléments. Cependant, en utilisant une technique appelée sonification des données, un récent diplômé universitaire a converti la lumière visible émise par les éléments en audio, créant ainsi des sons uniques et complexes pour chacun. Aujourd'hui, le chercheur rapporte la première étape vers un tableau périodique interactif et musical.

Le chercheur présentera ses résultats lors de la réunion de printemps de l'American Chemical Society (ACS). L'ACS printemps 2023 est une réunion hybride qui se tiendra virtuellement et en personne du 26 au 30 mars.

Auparavant, W. Walker Smith, le seul chercheur du projet, avait combiné ses passions pour la musique et la chimie et converti les vibrations naturelles des molécules en une composition musicale. "Ensuite, j'ai vu des représentations visuelles des longueurs d'onde discrètes de la lumière libérée par les éléments, tels que le scandium", explique Smith. "Ils étaient magnifiques et complexes, et je me suis dit : 'Wow, je veux vraiment les transformer en musique aussi.'"

Les éléments émettent de la lumière visible lorsqu’ils sont sous tension. Cette lumière est composée de plusieurs longueurs d’onde individuelles, ou couleurs particulières, avec des niveaux de luminosité uniques pour chaque élément. Mais sur le papier, les ensembles de longueurs d'onde des différents éléments sont difficiles à distinguer visuellement, en particulier pour les métaux de transition, qui peuvent avoir des milliers de couleurs individuelles, explique Smith. La conversion de la lumière en fréquences sonores pourrait être un autre moyen permettant aux humains de détecter les différences entre les éléments.

Cependant, la création de sons pour les éléments du tableau périodique a déjà été réalisée. Par exemple, d’autres scientifiques ont attribué les longueurs d’onde les plus brillantes aux notes uniques jouées par les touches d’un piano traditionnel. Mais cette approche a réduit la riche variété de longueurs d'onde émises par certains éléments à quelques sons seulement, explique Smith, actuellement chercheur à l'Université d'Indiana.

Pour conserver autant que possible la complexité et les nuances des spectres d'éléments, Smith a consulté des mentors du corps professoral de l'Université d'Indiana, notamment David Clemmer, Ph.D., professeur au département de chimie, et Chi Wang, DMA, professeur au département de chimie. École de musique Jacobs. Avec leur aide, Smith a construit un code informatique pour l'audio en temps réel qui convertissait les données lumineuses de chaque élément en mélanges de notes. Les longueurs d'onde de couleur discrètes sont devenues des ondes sinusoïdales individuelles dont la fréquence correspondait à celle de la lumière et leur amplitude correspondait à la luminosité de la lumière.

Au début du processus de recherche, Clemmer et Smith ont discuté des similitudes entre les vibrations lumineuses et sonores. Par exemple, parmi les couleurs de la lumière visible, le violet a presque le double de la fréquence du rouge, et en musique, un doublement de fréquence correspond à une octave. Par conséquent, la lumière visible peut être considérée comme une « octave de lumière ». Mais cette octave de lumière est à une fréquence bien plus élevée que la plage audible. Ainsi, Smith a réduit les fréquences des ondes sinusoïdales d'environ 10 à 12, ajustant la sortie audio dans une plage où les oreilles humaines sont les plus sensibles aux différences de hauteur.

Étant donné que certains éléments avaient des centaines ou des milliers de fréquences, le code permettait à ces notes d'être générées en temps réel, formant des harmonies et des motifs de battement lorsqu'elles se mélangeaient. "Le résultat est que les éléments les plus simples, tels que l'hydrogène et l'hélium, sonnent vaguement comme des accords musicaux, mais les autres ont un ensemble de sons plus complexe", explique Smith. Par exemple, le calcium sonne comme des cloches qui sonnent avec un rythme résultant de la façon dont les fréquences interagissent les unes avec les autres. L'écoute des notes de certains autres éléments a rappelé à Smith un bruit de fond effrayant, semblable à la musique utilisée dans les films d'horreur ringards. Il a été particulièrement surpris par l'élément zinc, qui, malgré son grand nombre de couleurs, sonnait comme "un chœur angélique chantant un accord majeur avec vibrato".