Jak vytvořit periodickou tabulku prvků Mendělejeva

Každé vědecké pole má své oblíbené výročí. Pro fyziky se jedná o Newtonovy principy, knihu z roku 1687, která zavedla zákony pohybu a gravitace. Biologové oslavují darwinovský původ druhů (1859) a jeho narozeniny (1809). Astronomové oslavují rok 1543, protože právě tehdy Koperník umístil slunce do středu sluneční soustavy. Pokud jde o chemii, ne jediný důvod pro oslavu překonává vzhled periodické tabulky prvků vytvořených před 150 lety v březnu ruským chemikem Dmitry Ivanovičem Mendělejevem.

Periodická tabulka se stala prochemičtí studenti jako kalkulačky pro účetní. Obsahuje celou vědu v něco málo přes sto čtverců obsahujících symboly a čísla. Uvádí prvky, které tvoří všechny pozemské látky, seskupené tak, aby bylo možné identifikovat vzory v jejich vlastnostech, určit účel chemického výzkumu v teorii av praxi.

Periodická tabulka je bezesporu nejdůležitějším konceptem v chemii.

Periodická tabulka vypadala jako zvláštníon sám chtěl, aby odrážel hlubokou vědeckou pravdu, kterou objevil: periodický zákon. Jeho zákon ukázal hluboké rodinné vztahy mezi známými chemickými prvky - vykazují podobné vlastnosti v pravidelných intervalech (nebo obdobích), pokud jsou uspořádány v pořadí atomové hmotnosti - a dovolil Mendeleevovi předvídat existenci prvků, které dosud nebyly objeveny.

"Před vyhlášením tohoto zákona, chemické."tyto prvky byly v přírodě jen zlomkové, náhodné skutečnosti, “uvedl Mendělejev. „Zákon periodicity nám poprvé umožnil vidět neobjevené prvky ve vzdálenosti, která byla dříve pro chemické vidění nepřístupná.“

Periodická tabulka nejen předpovídalaexistenci nových prvků. Potvrdila pak stále kontroverzní víru v realitu atomů. Naznačila existenci subatomární struktury a předvídala matematický aparát, který je základem pravidel upravujících hmotu, která se nakonec projevila v kvantové teorii. Jeho stůl dokončil přeměnu chemické vědy od středověkého magického mystiky alchymie do oblasti moderní vědecké přísnosti. Periodická tabulka symbolizuje ne tak podstatu složek jako logickou konzistenci a základní racionalitu vědy jako celku.

Jak byla vytvořena periodická tabulka

Legenda má to to Mendeleev koncipovaný a vytvořenývlastní stůl v jeden den: 17. února 1869, podle ruského kalendáře (pro většinu světa, toto je 1. března). Ale to je s největší pravděpodobností přehnané. Mendeleev přemýšlel o seskupení prvků v průběhu let a jiní chemici několikrát zvažovali koncept spojení mezi prvky v předchozích desetiletích.

Ve skutečnosti německý fyzik Johann WolfgangDobereiner si všiml rysů seskupení elementů v 1817. V té době chemici dosud zcela nepochopili podstatu atomů, jak je popsáno v atomové teorii Johna Daltona v roce 1808. Ve svém „novém systému chemické filosofie“ vysvětlil Dalton chemické reakce, což naznačuje, že každá elementární látka sestává z atomu určitého typu.

Dalton navrhl, že chemické reakcevyrábějí nové látky, když jsou atomy odděleny nebo spojeny. On věřil, že nějaký prvek sestává pouze z jednoho typu atomu, který se liší od ostatních v hmotnosti. Atomy kyslíku vážily osmkrát více než atomy vodíku. Dalton věřil, že atomy uhlíku jsou šestkrát těžší než vodík. Když jsou prvky kombinovány pro vytváření nových látek, množství reaktantů může být vypočítáno s ohledem na tyto atomové hmotnosti.

Dalton se mýlil v některých masách - kyslíkuve skutečnosti 16krát těžší než vodík a uhlík 12krát těžší než vodík. Ale jeho teorie učinila myšlenku atomů užitečnou, inspirující revoluci v chemii. Přesné měření atomové hmoty se stalo pro chemiky hlavním problémem v příštích desetiletích.

Odráží se na těchto stupnicích, poznamenal Dobereinerněkteré soubory tří elementů (nazýval je triádami) ukazují zajímavé spojení. Například brom měl atomovou hmotu někde mezi hmotností chloru a jódu a všechny tyto tři prvky vykazovaly podobné chemické chování. Lithium, sodík a draslík byly také triády.

Ostatní chemici si všimli spojení mezi atomovouhmotností a chemických vlastností, ale teprve v šedesátých letech 19. století se atomové masy dost dobře pochopily a měřily, aby se rozvinulo hlubší porozumění. Anglický chemik John Newlands poznamenal, že uspořádání známých prvků v pořadí zvyšování atomové hmoty vedlo k opakování chemických vlastností každého osmého elementu. Tento model nazval „oktávovým zákonem“ v článku 1865. Ale model Newlands neudržel se dobře po prvních dvou oktávách, který dělal kritiky navrhnou, že on uspořádá elementy v abecedním pořadí. A jak Mendělejev brzy pochopil, vztah mezi vlastnostmi prvků a atomovými hmotami byl o něco složitější.

Organizace prvků

Mendeleev se narodil v Tobolsku na Sibiři v roce 1834bylo sedmnáctým dítětem jeho rodičů. Žil živým životem, sledoval různé zájmy a cestoval po cestě k vynikajícím lidem. Při vysokoškolském vzdělávání na Pedagogickém institutu v Petrohradě téměř zemřel na vážnou nemoc. Po maturitě vyučoval na středních školách (to bylo nutné k získání platu v ústavu) a zároveň studoval matematiku a přírodní vědy, aby získal magisterský titul.

On pak pracoval jako učitel a lektor (a psal vědecké práce) dokud ne on obdržel stipendium pro rozšířenou výzkumnou cestu v nejlepších chemických laboratořích v Evropě.

V Petrohradě byl bezpráce, proto napsal vynikající průvodce organickou chemii v naději, že vyhraje velkou peněžní odměnu. V roce 1862 získal cenu Demidov. Působil také jako redaktor, překladatel a konzultant v různých chemických oborech. V roce 1865 se vrátil k výzkumu, získal titul PhD a stal se profesorem na Petrohradské univerzitě.

Brzy poté začal Mendělejev vyučovatanorganické chemie. Příprava na zvládnutí tohoto nového (pro něj) pole zůstala nespokojena s dostupnými učebnicemi. Proto jsem se rozhodla napsat vlastní. Organizace textu vyžadovala organizaci prvků, takže otázka jejich nejlepší polohy byla vždy v jeho mysli.

Začátkem roku 1869 dosáhl Mendělejev dostatečného množstvípokrok pochopit, že některé skupiny podobných prvků vykazují pravidelný nárůst atomových hmot; jiné prvky s přibližně stejnými atomovými hmotami měly podobné vlastnosti. Ukázalo se, že klíčem k jejich třídění bylo uspořádání prvků podle jejich atomové hmotnosti.

Podle Mendělejevových vlastních slov, onstrukturoval jeho myšlení psaním každý 63 pak známých elementů na samostatné kartě. Pak, přes druh chemické hry solitaire, on našel vzor, ​​který on hledal. Umístil karty ve svislých sloupcích s atomovými hmotami od nízkých po vyšší, umístil prvky s podobnými vlastnostmi do každé vodorovné řady. Zrodila se periodická tabulka Mendělejeva. Načrtl návrh verze 1. března, poslal jej k tisku a zahrnoval ji do své učebnice, která byla brzy zveřejněna. On také rychle připravil papír pro prezentaci Ruské chemické společnosti.

"Prvky seřazené podle jejich atomové velikosti."masy, ukázat jasné periodické vlastnosti “, napsal Mendeleev ve své práci. "Všechna srovnání, která jsem provedla, mě dovedla k závěru, že velikost atomové hmoty určuje povahu prvků."

Mezitím německý chemik Lothar Meyer taképracoval na organizaci prvků. Připravil stůl podobný Mendělejevovi, snad ještě dřív než Mendělejev. Ale Mendeleev publikoval svůj první.

Nicméně mnohem důležitější než vítězstvípřes Meyera, jak Mendělejev použil svůj stůl, aby učinil odvážné předpovědi o neobjevených předmětech. Při přípravě tabulky si Mendělejev všiml, že některé karty chybí. Musel opustit prázdná místa, aby se známé prvky mohly řádně vyrovnat. Během svého života byly tři prázdná místa naplněna dosud neznámými prvky: galliem, skandiem a germaniem.

Mendeleev nejen předpověděl existenci těchtoprvky, ale také podrobně popsal jejich vlastnosti. Například, Gallium, objevený v roce 1875, měl atomovou hmotnost 69,9 a hustotu šestkrát větší než voda. Mendeleev předpověděl tento prvek (on to nazýval hliník), jediný touto hustotou a atomovou hmotností 68. Jeho předpovědi pro ecacarium těsně odpovídaly Německu (objevený v 1886) atomovou hmotou (72 předpovídal, 72.3 ve skutečnosti) a hustota. Také správně předpověděl hustotu sloučenin germania s kyslíkem a chlorem.

Periodická tabulka se stala prorockou. Zdálo se, že na konci této hry by tento základní solitér odhalil tajemství vesmíru. Ve stejné době, Mendeleev sám byl mistr v používání jeho vlastní stůl.

Mendělejevovy úspěšné předpovědi ho přivedlylegendární postavení mistra chemické magie. Dnes však historici argumentují, zda objev předpokládaných prvků konsolidoval přijetí pravidelného zákona. Přijetí zákona by mohlo být více spojeno s jeho schopností vysvětlit zavedené chemické vazby. V každém případě, prediktivní přesnost Mendělejeva samozřejmě upozorňovala na zásluhy jeho stolu.

1890, chemici široce uznali jeho právo.jako milník v chemických znalostech. V roce 1900 ji budoucí laureát Nobelovy ceny za chemii William Ramsay označil za "největší generalizaci v chemii." A Mendeleev to udělal, aniž by věděl, jak.

Matematická karta

V mnoha případech v historii vědy jsou skvělépředpovědi založené na nových rovnicích se ukázaly být pravdivé. Matematika odhaluje nějaká přirozená tajemství, než je experimentátoři objeví. Jedním z příkladů je antihmota, druhou je expanze vesmíru. V případě Mendělejeva se předpovědi nových prvků objevily bez jakékoli tvůrčí matematiky. Ale ve skutečnosti Mendělejev objevil hlubokou matematickou mapu přírody, protože jeho stůl odrážel význam kvantové mechaniky, matematických pravidel, kterými se řídí atomová architektura.

Mendělejev ve své knize poznamenal, že „vnitřnírozdíly v látkách, které tvoří atomy, mohou být odpovědné za periodicky se opakující vlastnosti prvků. Ale tuto linii myšlení nedodržel. Po mnoho let přemýšlel o tom, jak důležitá je atomová teorie pro jeho stůl.

Ostatní však dokázali přečíst vnitřní poselství.tabulek. V roce 1888 německý chemik Johannes Wislitzen prohlásil, že periodicita vlastností prvků, seřazených podle hmotnosti, ukazuje, že atomy sestávají z pravidelných skupin menších částic. Periodická tabulka tedy v určitém smyslu skutečně předvídala (a poskytla důkazy) složitou vnitřní strukturu atomů, zatímco nikdo neměl žádnou představu o tom, jak by atom vlastně vypadal, nebo zda má vůbec nějakou vnitřní strukturu.

V době, kdy v roce 1907 zemřel Mendělejev, vědcivěděl, že atomy jsou rozděleny na části: elektrony, které nesou záporný elektrický náboj, plus některé kladně nabité složky, které činí atomy elektricky neutrální. Klíčem k tomu, jak se tyto části skládají, byl objev roku 1911, kdy fyzik Ernest Rutherford, který pracuje na University of Manchester v Anglii, objevil atomové jádro. Krátce poté, Henry Mosley, kdo pracoval s Rutherford, demonstroval, že množství pozitivního náboje v jádru (množství protonů to obsahuje, nebo jeho “atomové číslo”) určuje správné pořadí elementů v periodické tabulce.

Atomová hmotnost byla úzce spjata s atomovým číslemMosley je dostatečně blízko, aby se objednávání prvků hmotností pouze na několika místech lišilo od objednání v počtu. Mendeleev trval na tom, že tyto masy jsou špatné a je třeba je znovu měřit a v některých případech se ukázalo, že jsou správné. Zbývá jen několik nesrovnalostí, ale atomové číslo Mozley se perfektně hodí ke stolu.

V přibližně stejný čas, dánský fyzik Niels Bohr si uvědomil, že kvantová teorie určuje uspořádání elektronů obklopovat jádro, a to nejvíce vzdálené elektrony určují chemické vlastnosti elementu.

Podobné uspořádání vnějších elektronů budeOpakujte periodicky, vysvětlujte vzory, které Periodická tabulka původně odhalila. Bohr vytvořil jeho vlastní verzi stolu v 1922, založený na experimentálním měření elektronové energie (spolu s některými tipy od pravidelného práva).

Bohr tabulky přidány prvky otevřeny od roku 1869let, ale byla to stejná periodická objednávka, otevřena Mendělejev. Neměl žádnou představu o kvantové teorii, Mendeleev vytvořil tabulku odrážející atomovou architekturu diktovanou kvantovou fyzikou.

Nový stůl Bory nebyl ani první aninejnovější verze původního návrhu Mendělejeva. Od té doby byly vyvinuty a publikovány stovky verzí periodické tabulky. Moderní forma - v horizontálním designu, na rozdíl od původní vertikální verze Mendělejeva - se stala široce populární až po druhé světové válce, a to především díky práci amerického chemika Glenna Seaborga.

Seaborg a jeho kolegové vytvořili několik novýchsynteticky, s atomovými čísly za uranem, posledním přirozeným prvkem v tabulce. Seaborg viděl, že tyto prvky, transuranické (plus tři prvky, které předcházely uranu), vyžadovaly nový řádek v tabulce, který Mendělejev nepředvídal. Seaborgův stůl přidal řadu pro tyto prvky pod podobnou sérii prvků vzácných zemin, které také neměly místo v tabulce.

Příspěvek Seaborgu v chemii mu přinesl čest jmenovatvlastní prvek - siborgiy s číslem 106. To je jeden z několika prvků pojmenovaných po slavných vědcích. A v tomto seznamu je samozřejmě prvek 101, otevřený Seaborgem a jeho kolegy v roce 1955 a jménem Mendelevy - na počest lékárny, která si zasloužila místo v periodické tabulce.

Pokud chcete více podobných příběhů, přijďte na náš zpravodajský kanál.