Všeobecné

Ako sa periodická tabuľka spojila: Veľká mapa histórie vedy


Periodická tabuľka je zjednodušene povedané metóda organizovania všetkých prvkov, ktoré veda v súčasnosti pozná, na základe ich veľkostí, konfigurácií elektrónov a chemických vlastností.

Na rozdiel od všeobecného presvedčenia nebol Dmitrij Mendelejev, často označovaný ako „otec“ periodickej tabuľky, prvý, kto tabuľku vyrobil. Jeho súčasná podoba je v skutočnosti zavŕšením práce mnohých vedcov po celé veky.

V nasledujúcom článku absolvujeme whist-stop prehliadku významných udalostí v histórii, ktoré prispeli k modernej periodickej tabuľke.

Pretože tento článok pojednáva viac o histórii tabuľky, ako o vysvetlení jej vedy, môžete si pozrieť toto video a zoznámiť sa s periodicitou prvkov.

Nebola by tu periodická tabuľka bez prvkov

Pred akýmkoľvek skutočným pokusom o usporiadanie prvkov museli začínajúci „organizátori“ zistiť, čo organizujú a koľko ich je.

Kovy ako zlato, cín, meď, olovo, ortuť a striebro sú známe už v staroveku, ale prvému vedeckému objavu látok, ktoré dnes nazývame prvky, by trvalo renesanciu.

Všeobecne sa uznáva, že prvým vedecky identifikovaným, technicky izolovaným prvkom bol fosfor. Tento objav sa podaril počas17. storočieod Henninga Branda, čoskoro by malo nasledovať mnoho ďalších.

Henning bol skrachovaný nemecký obchodník, ktorému sa podarilo izolovať živel a zároveň sa pokúsiť vytvoriť legendárny Kameň mudrcov. V tejto dobe veľa ľudí experimentovalo s Alchýmiou s konečným cieľom premeniť základné kovy na zlato.

Svoj objav by si nechal pre seba, až kým 1680 až kým Robert Boyle „znovuobjavil“ tento prvok a neodhalil ho vedeckému svetu.

Boyle predtým ponúkol definíciu týchto nových „prvkov“ ako: -

„tie primitívne a jednoduché orgány, z ktorých sa hovorí, že sú zložené a ktoré sú nakoniec vyriešené.“

V priebehu nasledujúcich sto rokov by ranní chemici zhromaždili veľké množstvo poznatkov o vlastnostiach prvkov a ich zlúčenín.

Do roku 1869, celkový súčet 63 prvkov bol nájdený. Vedci si začali všimnúť, že sa objavujú niektoré vzorce o vlastnostiach týchto prvkov.

Takže metódy klasifikácie týchto prvkov začali vážne.

Základom bolo Lavoisierovo základné pojednanie o chémii

V 1789, Antoine-Laurent de Lavoisier napísal a zverejnil svoj prelomový dokumentTraité Élémentaire de Chimie (Elementárne pojednanie o chémii). To neskôr preložil do angličtiny Robert Kerr.

Originál aj preklad sa všeobecne považujú za prvú skutočnú učebnicu chémie. V rámci svojej základnej práce Lavoisier definoval prvok ako látku, ktorú nie je možné chemickou reakciou rozdeliť na jednoduchšiu látku.

Bola by to definícia, ktorá by sa používala viac ako jedno storočie až do objavenia subatomárnych častíc.

Lavoisierova kniha obsahovala komplexný zoznam týchto „jednoduchých látok“, ktoré by tvorili základ pre náš moderný zoznam prvkov.

Jeho zoznam klasifikoval prvky na kovové a nekovové. Jeho systému sa kolegovia bránili, ale nová generácia vedcov si ho rýchlo osvojila. Lavoisierov systém by sa časom ukázal ako neadekvátny, pretože používal iba tieto dve klasifikácie.

Zákon triád nás posúva o krok bližšie

Keď raní chemici začali experimentovať a robiť si poznámky o vlastnostiach prvkov, čoskoro by sa mali urobiť zaujímavé pozorovania.

William Prout, anglický lekár a chemik, urobil dôležité pozorovanie, že atómové hmotnosti sa zdali byť násobkom hmotnosti vodíka v 1815. Toto by sa neskôr stalo známe ako Proutova hypotéza a pripravilo by to cestu pre neskoršie skúmanie atómovej hmotnosti a atómovej teórie.

O niekoľko rokov neskôr došlo k veľkému pokroku smerom k periodickej tabuľke.

Johann Dobereiner, v 1817, čoskoro si všimol, že atómová hmotnosť stroncia bola niekde medzi hmotnosťou vápnika a bária.

Ako sa ukázalo, tieto prvky mali tiež podobné chemické vlastnosti.

O niečo neskôr, v 1829, vymyslí svoj „zákon triád“. Poznamenal, že skupiny prvkov ako chlór, bróm a jód (tzv. Triáda tvoriaca halogén „tvoriace soľ“) a lítium, sodík a draslík (tzv. Triáda alkalických kovov) majú podobné chemické vlastnosti.

Johann poznamenal, že stredný prvok v týchto „triádach“ mal vlastnosti, ktoré boli priemerom ostatných dvoch, ak boli usporiadané podľa atómovej hmotnosti. Veril, že by to mohol byť iba univerzálny prírodný zákon.

Definoval ich ako „Chemicky analogické prvky usporiadané podľa vzrastajúceho poradia ich atómových hmotností vytvorili dobre označené skupiny troch zvaných triády, v ktorých sa zistilo, že atómová hmotnosť stredného prvku je všeobecne aritmetickým priemerom atómovej hmotnosti ďalších dvoch prvky v triáde. ““

Tento zákon sa stal v tom čase veľmi obľúbeným medzi jeho rovesníkmi. Medzi 1829 a 1858 mnoho významných vedcov čoskoro zistilo, že chemické vzťahy týchto triád skutočne presahujú ich hranice.

Počas tohto obdobia:-

-Fluór sa pridal k halogénovej skupine,

- kyslík, síra, selén a telúr boli zoskupené,

-Dusík, fosfor, arzén, antimón a bizmut boli tiež zoskupené.

Zdanlivo sa robili veľké kroky, ale nastal problém. Výskumu v tejto oblasti vážne bránili presné hodnoty a niektoré neboli často dostupné.

Prvý pokus Chancourtoisa o periodickú tabuľku

Francúzsky geológ Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois je všeobecne uznávaný ako prvý človek, ktorý si skutočne všimol periodicitu prvkov. Z tohto dôvodu by jeho zostavená tabuľka postavená na tomto pozorovaní mala byť pravdepodobne považovaná za vôbec prvú periodickú tabuľku prvkov.

Poznamenal, že prvky vykazovali podobné vlastnosti, keď boli usporiadané podľa atómových váh. Jeho Vis Tellunque (Telluric Helix) bol teda publikovaný v 1862. Názov pochádza z prvku Tellurium, ktorý spadal do stredu jeho schémy.

Jeho „stôl“ usporiadal prvky do špirály vo valci v poradí podľa atómovej hmotnosti. Tento valec bol skonštruovaný tak, aby na neho bolo možné za otáčku napísať 16 hmotnostných jednotiek. Takto sú úzko spojené prvky zoradené zvisle.

To ho priviedlo k tvrdeniu, že „vlastnosti prvkov sú vlastnosťami čísel“. Bol by prvým človekom, ktorý by rozpoznal, že sa zdá, že elementárne vlastnosti sa vyskytujú znova každých sedem prvkov.

Pomocou svojej tabuľky dokonca predpovedal stechiometriu niekoľkých oxidov kovov. Nanešťastie pre Chancourtoisa zahrnul do svojej tabuľky ióny a zlúčeniny, ako aj geologickú, a nie chemickú terminológiu.

Z tohto dôvodu sa jeho nápad v tom čase nikdy skutočne neujal. Jeho práca sa tiež zrealizovala až potom, čo Mendelejev o niekoľko rokov neskôr zverejnil svoj stôl.

Od triád po oktávy s Johnom Newlandsom

Prišiel ďalší veľký vývoj smerom k modernej periodickej tabuľke 1863 s Johnom NewlandsomZákon oktáv.

John, anglický chemik, publikoval svoju prácu klasifikujúcu 62 zavedených prvkov v 11 skupinách. Toto zoskupenie bolo rovnako ako jeho predchodcovia založené na tom, že mali podobné fyzikálne vlastnosti. Poznamenal tiež, že atómové hmotnosti mnohých párov podobných prvkov sa akoby zmenili o násobky 8.

V 1864-5 posunul to ďalej a zverejnil svoju vlastnú verziu periodickej tabuľky, pričom súčasne navrhoval svoj Oktávový zákon. Johnov zákon stanovil, že akýkoľvek daný prvok vykazuje podobné správanie ako osem prvkov, ktoré za ním nasledujú v tabuľke.

Jeho stôl tak usporiadal existujúce prvky do 8 skupín. Johnova tabuľka bola tiež prvá, ktorá zobrazovala atómové číslo každého prvku.

Newlandov zákon o oktávach sa jeho rovesníkmi stretol s určitým výsmechom, čiastočne kvôli odkazu na zákon v hudobnom meradle. Jeho situácii nepomohlo, keď The Chemistry Society taktiež nevytlačila jeho prednášku z konferencie 1. marca 1866 na tému.

Bohužiaľ, jeho pohľad bol ocenený až neskôr, päť rokov po tom, čo Mendelejevov stôl vytlačila rovnaká Chemická spoločnosť. Chcelo by to aj ďalšie 50 rokov alebo tak význam periodicity ôsmich bol znovuobjavený, keď bola teória Valencea Bonda(1916) a oktetová teória chemického spojenia(1919) boli vymyslené.

Neskôr ho poctili modrou plaketou 2008 v jeho starom bydlisku The Royal Chemistry Society. Je možno malou útechou, že počas svojho života oficiálne vstúpil do slovníka chémie výraz „periodický“.

Kto bol „otcom“ periodickej tabuľky?

Pokiaľ ide o periodickú tabuľku, až potom bol sformulovaný ruský chemik Dmitrij Mendelejev. Alebo aspoň tak hovorí bežne rozprávaný príbeh.

V skutočnosti panuje nezhoda v tom, kto si skutočne zaslúži čestné udelenie titulu „Otec periodickej tabuľky“. Pre niektorých to bol jednoznačne Mendelejev, ale existujú ľudia, ktorí tvrdia, že prinajmenšom rovnaké uznanie by malo dostať Nemca Lothara Meyera. Obidvaja títo muži vytvorili veľmi podobné stoly v rovnakom čase.

Meyer zverejnil svoje 1864 učebnica, Moderné teórie chémie,so skrátenou verziou periodickej tabuľky. Tvorila ho iba asi polovica z vtedy známych prvkov, ktoré boli uvedené v poradí podľa ich valencie.

Na základe tohto príkazu tiež demonštrovalo pravidelnú zmenu zácpy so zvyšovaním hmotnosti. Nikdy nebol schopný predpovedať nové prvky pomocou svojej tabuľky, kriticky bol Mendelejev.

Túto tému rozšíril v 1868 ktoré dal pred publikáciou na preskúmanie kolegovi. Je smutné, že pre Meyera vydal Mendelejev svoju komplexnejšiu tabuľku v roku 1869 celý rok predtým, ako sa konečne objavil v tlači 1870.

Mendelejevov stôl by nakoniec zvíťazil nad Meyerovým. Čo je však najdôležitejšie, Mendelejevov systém dokázal uspokojivo predpovedať vlastnosti neznámych prvkov. Už len z tohto dôvodu sa mu v porovnaní s Meyerom pripisuje väčšie uznanie ako „otcovi“ periodickej tabuľky.

Mendeleev: Nesporný „otec“ periodickej tabuľky

Ruský chemik Dmitrij Mendelejev ako prvý vyrobil periodickú tabuľku podobnú tej, ktorú dnes pozná väčšina z nás. Rovnako ako ostatní pred ním usporiadal prvky podľa atómovej hmotnosti.

Hovorí sa, že navrhol svoj stôl hraním formy „chemického solitaire“ počas dlhých ciest vlakom. Každá karta bola jedným prvkom a na nej boli zhrnuté rôzne fakty a čísla, ako napríklad chemický symbol, atómová hmotnosť a ďalšie chemické a fyzikálne vlastnosti.

Keď Mendelejev usporiadal karty na stôl, v poradí stúpajúcej atómovej hmotnosti sa jasne ukázalo jasné zoskupenie prvkov podobných vlastností. Tak sa zrodil jeho dnes už slávny stôl.

Na základe toho použil Mendelejev svoje kľúčové dielo O vzťahu vlastností prvkov k ich atómovým hmotnostiam v 1869.

V tejto publikácii uviedol nasledujúce pozorovania: -

- Prvky vykazujú periodicitu vlastností, ak sú usporiadané podľa atómovej hmotnosti,

- Prvky s podobnými chemickými vlastnosťami majú atómovú hmotnosť podobnej hodnoty alebo sa pravidelne zvyšujú,

-Objednávanie podľa hmotnosti tiež zodpovedá ich takzvanej valencii,

- Prvky, ktoré sú široko rozptýlené, majú tendenciu byť menšími atómami,

-Veľkosť atómovej hmotnosti určuje charakter prvku, rovnako ako veľkosť molekuly určuje charakter zloženého tela,

- Existujú niektoré zatiaľ neobjavené prvky,

- Atómová hmotnosť niektorých prvkov sa javí ako nesprávna a mala by sa zmeniť a doplniť napr. Tellerium by malo byť v skutočnosti medzi 123 a 126 (nie 128 ako vtedy),

-Z ich atómových hmotností môžete urobiť nejaké predpovede o chemických vlastnostiach prvkov.

Veľkou výhodou jeho tabuľky oproti jej predchodcom bola skutočnosť, že odhaľovala vzory v prvkoch v malých jednotkách, ako sú triády, ale aj vo väčších vertikálnych, horizontálnych a diagonálnych vzťahoch medzi nimi. Je smutné, že prehral jediným hlasom, aby získal Nobelovu cenu za prínos pre chémiu.

Jeho stôl však nebol bez problémov. Aj keď zatiaľ nechával medzery, aby našiel prvky, úplne nedokázal predpovedať existenciu ušľachtilých plynov. William Ramsey nemal s ich osadením problém neskôr, je však potrebné poznamenať.

Ako problematický sa ukázal aj vodík. Môže byť umiestnený buď v skupinách alkalických kovov, v halogénoch alebo úplne samostatne v hornej časti tabuľky.

Ostatné skupiny ako Lanthanides bolo veľmi ťažké umiestniť do existujúceho formátu tabuľky. Polónium a rádium, nájdené Marie Curie v 1898, sa tiež ťažko zmestili do tabuľky.

Mendelejevova tabuľka dokonca predpovedala nové prvky

Ďalším veľkým objavom, ktorý Mendelejev urobil, bolo jeho pozorovanie, že predtým stanovené atómové hmotnosti neboli vždy presné. Jeho stôl ho občas potreboval, aby usporiadal prvky, ktoré zdanlivo porušovali domnienku následného zvyšovania atómových hmotností.

Dobrým príkladom bolo berýlium. Jeho atómová hmotnosť bola v tom čase prijatá na 14 rokov, ale niečo sa nezdalo v poriadku, jeho chemické vlastnosti nezodpovedali celkovému vzoru.

Zistil, že musí mať atómovú hmotnosť viac ako 9. Taktiež ho umiestnil do skupiny 2 nad horčík, ktorého chemické vlastnosti boli podobnejšie ako v predchádzajúcej polohe nad dusíkom.

Týmto spôsobom by zistil, že 17 prvkov je treba presunúť do nových polôh z pôvodných, ak sú jednoducho usporiadané podľa atómovej hmotnosti. Aj keď sa o mnohých z týchto prvkov preukázalo, že má pravdu, akonáhle sa ich váha prehodnotila, bolo treba niektoré umiestniť mimo poradia váh na stole, napríklad Argon.

Len čo sa všetky známe prvky spojili týmto spôsobom, objavili sa jasné medzery. Mendeleev si uvedomil, že to boli miesta pre zatiaľ neobjavené prvky.

Niekoľko z nich, ktoré nazval eka-hliník, eka-bór a eka-kremík, sa neskôr nazýva Gallium, Scandium a Germanium. Celkom pohodlne sa prispôsobili jeho predpovediam.

Aj dnes sa nachádzajú nové prvky, ktoré sa pridávajú do periodickej tabuľky.

Celkovo dokázal Mendelejev predpovedať budúci objav 10 nových prvkov. Nakoniec sa našlo sedem z nich, ale tri atómové hmotnosti, 45, 146 a 175, buď neexistujú, alebo ešte len budú objavené.

Je zaujímavé, že podobný stôl nakreslil ďalší muž, William Odling 1864 k tomu Mendelejevovi. Podarilo sa mu prekonať problém telúr-jód a úspešne zaradil Tálium, olovo, ortuť a platinu do správnych skupín - čo Mendelejev na prvý pokus nedokázal.

Odling za svoju prácu nikdy nedostal uznanie, pretože bol tajomníkom Chemickej spoločnosti v Londýne, čo viedlo k obvineniu z plagiátorstva. Navyše sa zaslúžil o diskreditáciu skoršej Newlandsovej periodickej tabuľky.

Problémové Noble Gases rozvíria veci a Moseley si objednáva podľa atómového čísla

Lord Rayleigh, v 1895, objavil a uviedol, že našiel nový plynný prvok, ktorý sa zdal byť chemicky inertný. Volalo sa to Argon a logicky to nezapadalo do existujúcej Mendelejevovej tabuľky.

O tri roky neskôr William Ramsey navrhol, že by sa Argon mal pravdepodobne umiestniť medzi chlór a draslík v rodine s héliom. To napriek tomu, že argón má atómovú hmotnosť vyššiu ako draslík.

Ramsey túto skupinu nazval „nulovou“, pretože mali nulovú valenciu, a teda ich inertnosť. Tiež presne predpovedal budúci objav prvku, ktorý dnes nazývame Neón.

Dnes ich nazývame Vznešené plyny. Ramseyho prácu ďalej podporila prelomová práca Henryho Moseleyho.

Jeho práca pomocou röntgenových lúčov na štúdium atómovej štruktúry by viedla k presnejšiemu umiestneniu prvkov v tabuľke. Tragicky bol Henry neskôr zabitý pri bojoch na vzdialených plážach polostrova Gallipoli (turecky Gelibolu) v r. 1915.

Dodnes sú elementy vďaka Moseleyho práci usporiadané podľa atómového čísla (počtu protónov v jadre) a nie podľa atómovej hmotnosti. To tiež objasnilo veľa vnímaných „problémov“ s usporiadanými prvkami podľa atómovej hmotnosti, na veľkú úľavu od chemikov.

Aktinidy a lantanoidy sa pridávajú do periodickej tabuľky

Posledné významné zmeny v periodickej tabuľke prvkov urobil Glenn T. Seaborg. Stalo sa tak počas jeho výskumu na projekte Manhattan v 1943.

Mal ťažkosti s izolovaním prvkov Americium a Curium a uvažoval, či by mohli patriť do inej série, ako je v súčasnosti umiestnené. Ten sa na základe rady svojich kolegov rozhodol navrhnúť zmenu Mendelejevovej tabuľky pridaním série aktinidov.

Prostredníctvom svojho výskumu tiež objavil všetky transuránové prvky od 94 do 102.

Tieto nové prvky bolo potrebné osadiť do existujúceho stola, a tak ho prekonfiguroval umiestnením série Actinide pod sériu prvkov Lanthanide. Táto prax je dnes všeobecne prijímaná a je zastúpená na moderných periodických tabuľkách.

On (a jeho kolegovia) boli tiež schopní identifikovať viac ako 100 izotopov ďalších prvkov na stole. Boli tiež schopní teoretizovať sériu superťažkých prvkov od 104 do 121 (teraz už zväčša identifikovaných) a sériu superaktinidových prvkov od 122 do 153.

Za to mu bola udelená Nobelova cena za fyziku. Na jeho počesť bol pomenovaný aj prvok 106, Seaborgium (Sg).

Ako vidíme periodickú tabuľku, aj keď sa zvyčajne pripisuje Dmitrijovi Mendelejevovi, je v skutočnosti zavŕšením storočí postupných experimentov a objavov. Napriek tomu by bolo nevhodné zbaviť ho čestného „otca“ stola.

Aj keď nebol technicky prvý, Mendelejevov stôl bol prvým najlepším pokusom o usporiadanie známych prvkov. Bola tiež schopná urobiť niekoľko predpovedí, ktoré sa časom ukážu ako správne.

Moderná periodická sústava je teda kombinovaným poznaním veľkých vedeckých myslí, ktorých pôvod je takmer taký starý ako samotná chémia.


Pozri si video: Blue Origin - Worse than ever! Artemis and the first woman on the Moon in danger? (November 2021).