General

Cómo crear una tabla periódica de elementos de Mendeleev

Cada campo de la ciencia tiene su aniversario favorito. Para los físicos, estos son los Principios de Newton, un libro de 1687, que introdujo las leyes del movimiento y la gravedad. Los biólogos celebran el origen darwiniano de las especies (1859) y su cumpleaños (1809). Los astrónomos celebran el año 1543, porque fue entonces cuando Copérnico colocó el sol en el centro del sistema solar. En cuanto a la química, ni una sola razón para la celebración supera la apariencia de la tabla periódica de elementos creada hace 150 años en marzo por el químico ruso Dmitry Ivanovich Mendeleev.

La tabla periódica se ha convertido en la misma paraEstudiantes de química como calculadoras para contadores. Contiene toda la ciencia en poco más de cien cuadrados que contienen símbolos y números. Enumera los elementos que componen todas las sustancias terrestres, agrupados de tal manera que fue posible identificar patrones en sus propiedades, para determinar el propósito de la investigación química, tanto en teoría como en la práctica.

La tabla periódica es sin duda el concepto más importante en química.

Tabla periódica parecía un especialla mesa, pero él mismo quería que reflejara la profunda verdad científica que descubrió: la ley periódica. Su ley reveló relaciones familiares profundas entre los elementos químicos conocidos, que exhiben propiedades similares a intervalos regulares (o períodos), si se organizan en orden de peso atómico, y permitieron a Mendeleev predecir la existencia de elementos que aún no se han descubierto.

"Antes de la promulgación de esta ley, los productos químicos"Los elementos eran simplemente fragmentarios, hechos aleatorios en la Naturaleza", declaró Mendeleev. "Por primera vez, la ley de periodicidad nos permitió ver elementos no descubiertos a una distancia que antes era inaccesible para la visión química".

Tabla periódica no solo predijoLa existencia de nuevos elementos. Ella confirmó entonces todavía la creencia controversial en la realidad de los átomos. Ella insinuó la existencia de una estructura subatómica y previó el aparato matemático subyacente a las reglas que gobiernan la materia, que finalmente se manifestó en la teoría cuántica. Su mesa completó la transformación de la ciencia química del misticismo mágico medieval de la alquimia en un campo de rigor científico moderno. La tabla periódica simboliza no tanto los constituyentes de una sustancia como la consistencia lógica y la racionalidad fundamental de la ciencia en su conjunto.

Cómo se creó la tabla periódica

La leyenda dice que Mendeleev concibió y creóMesa propia en un día: 17 de febrero de 1869, según el calendario ruso (para la mayor parte del mundo, esto es el 1 de marzo). Pero esto es muy probablemente una exageración. Mendeleev pensó en la agrupación de elementos a lo largo de los años, y otros químicos varias veces consideraron el concepto de conexiones entre elementos en décadas anteriores.

De hecho, el físico alemán Johann WolfgangDobereiner notó las características de los elementos de agrupación en 1817. En aquellos días, los químicos aún no habían comprendido completamente la naturaleza de los átomos, como lo describe la teoría atómica de John Dalton en 1808. En su "nuevo sistema de filosofía química", Dalton explicó las reacciones químicas, sugiriendo que cada sustancia elemental consiste en un átomo de cierto tipo.

Dalton sugirió que las reacciones químicasProduce nuevas sustancias cuando los átomos se separan o se unen. Creía que cualquier elemento consiste únicamente en un tipo de átomo, que difiere de los otros en peso. Los átomos de oxígeno pesaban ocho veces más que los átomos de hidrógeno. Dalton creía que los átomos de carbono son seis veces más pesados ​​que el hidrógeno. Cuando los elementos se combinan para crear nuevas sustancias, la cantidad de reactivos se puede calcular en base a estos pesos atómicos.

Dalton estaba equivocado acerca de algunas masas - oxígenode hecho, 16 veces más pesado que el hidrógeno, y el carbono 12 veces más pesado que el hidrógeno. Pero su teoría hizo que la idea de los átomos fuera útil, inspirando una revolución en la química. La medición precisa de la masa atómica se ha convertido en un problema importante para los químicos en las próximas décadas.

Reflexionando sobre estas escalas, Dobereiner notó queCiertos conjuntos de tres elementos (los llamó tríadas) muestran una conexión interesante. El bromo, por ejemplo, tenía una masa atómica en algún lugar entre las masas de cloro y yodo, y los tres elementos mostraron un comportamiento químico similar. El litio, el sodio y el potasio también fueron una tríada.

Otros químicos han notado conexiones entre lo atómico.Masas y propiedades químicas, pero solo en la década de 1860 las masas atómicas se entendieron y midieron lo suficiente como para desarrollar una comprensión más profunda. El químico inglés John Newlands observó que la disposición de elementos conocidos en orden de aumentar la masa atómica conducía a una repetición de las propiedades químicas de cada octavo elemento. Llamó a este modelo la "ley de la octava" en el artículo de 1865. Pero el modelo de Newlands no se mantuvo bien después de las dos primeras octavas, lo que hizo que los críticos sugirieran que ordenara los elementos en orden alfabético. Y como Mendeleev pronto comprendió, la relación entre las propiedades de los elementos y las masas atómicas era un poco más complicada.

Organización de elementos

Mendeleev nació en Tobolsk, en Siberia, en 1834.Fue el decimoséptimo hijo de sus padres. Vivió una vida vibrante, persiguiendo diferentes intereses y viajando por el camino hacia personas sobresalientes. Mientras recibía educación superior en el Instituto Pedagógico de San Petersburgo, casi muere de una enfermedad grave. Después de graduarse, enseñó en escuelas secundarias (esto era necesario para recibir un salario en el instituto), mientras que al mismo tiempo estudiaba matemáticas y ciencias naturales para obtener una maestría.

Luego trabajó como profesor y conferencista (y escribió artículos científicos) hasta que recibió una beca para un viaje de investigación en los mejores laboratorios químicos de Europa.

De vuelta en San Petersburgo, estaba sinEl trabajo, por lo tanto, escribió una excelente guía de química orgánica con la esperanza de ganar un gran premio en efectivo. En 1862, ganó el Premio Demidov. También trabajó como editor, traductor y consultor en diversos campos químicos. En 1865, regresó a la investigación, recibió un doctorado y se convirtió en profesor en la Universidad de San Petersburgo.

Poco después, Mendeleev comenzó a enseñar.química inorgánica. Preparándose para dominar este nuevo campo (para él), se mantuvo insatisfecho con los libros de texto disponibles. Por lo tanto, decidí escribir mi propia. La organización del texto requería la organización de los elementos, por lo que siempre tenía en mente la cuestión de su mejor ubicación.

A principios de 1869, Mendeleev había logrado suficienteavance para comprender que algunos grupos de elementos similares mostraron un aumento regular en las masas atómicas; otros elementos con aproximadamente las mismas masas atómicas tenían propiedades similares. Resultó que el ordenamiento de los elementos según su peso atómico era la clave para su clasificación.

Según las propias palabras de Mendeleev, élestructuró su pensamiento escribiendo cada uno de los 63 elementos conocidos en una tarjeta separada. Luego, a través de una especie de juego de solitario químico, encontró el patrón que estaba buscando. Colocando las tarjetas en columnas verticales con masas atómicas de bajo a más alto, colocó elementos con propiedades similares en cada fila horizontal. Nació la tabla periódica de Mendeleev. Esbozó una versión de borrador el 1 de marzo, la envió a imprimir y la incluyó en su libro de texto, que pronto se publicará. También preparó rápidamente un documento para presentarlo a la Sociedad Química Rusa.

"Elementos ordenados por su tamaño atómico.Las masas, muestran propiedades periódicas claras ", escribió Mendeleev en su trabajo. "Todas las comparaciones que hice me llevaron a la conclusión de que el tamaño de la masa atómica determina la naturaleza de los elementos".

Mientras tanto, el químico alemán Lothar Meyer tambiénTrabajó en la organización de los elementos. Preparó una mesa similar a la de Mendeleev, tal vez incluso antes que Mendeleev. Pero Mendeleev publicó su primera.

Sin embargo, mucho más importante que ganar.sobre Meyer, fue así como Mendeleev usó su mesa para hacer predicciones audaces sobre artículos no descubiertos. Al preparar su hoja de cálculo, Mendeleev notó que faltaban algunas de las cartas. Tuvo que dejar espacios vacíos para que los elementos conocidos pudieran alinearse correctamente. Durante su vida, tres lugares vacíos se llenaron con elementos previamente desconocidos: galio, escandio y germanio.

Mendeleev no solo predijo la existencia de estosElementos, pero también describe correctamente sus propiedades en detalle. El galio, por ejemplo, descubierto en 1875, tenía una masa atómica de 69.9 y una densidad seis veces mayor que la del agua. Mendeleev predijo este elemento (él lo llamó aluminio), solo por esta densidad y masa atómica de 68. Sus predicciones para el ecacarium correspondían a Alemania (descubierta en 1886) por la masa atómica (72 predicha, 72.3 de hecho) y densidad. También predijo correctamente la densidad de los compuestos de germanio con oxígeno y cloro.

La tabla periódica se volvió profética. Parecía que al final de este juego, este solitario elemental revelaría los secretos del universo. Al mismo tiempo, el mismo Mendeleev era un maestro en el uso de su propia mesa.

Las exitosas predicciones de Mendeleev lo llevaronEl estatus legendario de un maestro de la magia química. Pero hoy los historiadores discuten si el descubrimiento de los elementos predichos ha consolidado la adopción de su ley periódica. La adopción de la ley podría estar más relacionada con su capacidad para explicar los enlaces químicos establecidos. En cualquier caso, la precisión predictiva de Mendeleev, por supuesto, llamó la atención sobre los méritos de su mesa.

En la década de 1890, los químicos reconocieron ampliamente su ley.Como hito en el conocimiento químico. En 1900, el futuro premio Nobel de química, William Ramsay, lo calificó como "la mayor generalización jamás realizada en química". Y Mendeleev lo hizo sin saber cómo.

Tarjeta matematica

En muchos casos en la historia de la ciencia son grandes.Las predicciones basadas en nuevas ecuaciones resultaron ser ciertas. De alguna manera, las matemáticas revelan algunos secretos naturales antes de que los experimentadores las descubran. Un ejemplo es la antimateria, el otro es la expansión del universo. En el caso de Mendeleev, las predicciones de nuevos elementos surgieron sin ninguna matemática creativa. Pero, de hecho, Mendeleev descubrió un profundo mapa matemático de la naturaleza, ya que su tabla reflejaba el significado de la mecánica cuántica, las reglas matemáticas que gobiernan la arquitectura atómica.

En su libro, Mendeleev señaló que "internaLas diferencias de materia que constituyen los átomos pueden ser responsables de las propiedades recurrentes periódicas de los elementos. Pero no se adhirió a esta línea de pensamiento. De hecho, durante muchos años pensó en la importancia de la teoría atómica para su mesa.

Pero otros pudieron leer el mensaje interior.mesas En 1888, el químico alemán Johannes Wislitzen declaró que la periodicidad de las propiedades de los elementos, ordenados por masa, indica que los átomos consisten en grupos regulares de partículas más pequeñas. Así, en cierto sentido, la tabla periódica efectivamente previó (y proporcionó evidencia) la compleja estructura interna de los átomos, mientras que nadie tenía idea de cómo se veía realmente el átomo o si tenía alguna estructura interna.

Cuando Mendeleev murió en 1907, los científicossabía que los átomos se dividen en partes: electrones que llevan una carga eléctrica negativa, más un componente cargado positivamente que hace que los átomos sean eléctricamente neutros. La clave de cómo se alinean estas partes fue el descubrimiento de 1911, cuando el físico Ernest Rutherford, que trabaja en la Universidad de Manchester en Inglaterra, descubrió el núcleo atómico. Poco después, Henry Mosley, quien trabajó con Rutherford, demostró que la cantidad de carga positiva en el núcleo (la cantidad de protones que contiene, o su "número atómico") determina el orden correcto de los elementos en la tabla periódica.

La masa atómica estaba estrechamente relacionada con el número atómico.Mosley está lo suficientemente cerca como para que el ordenamiento de los elementos por masa en solo unos pocos lugares difiera del ordenamiento en número. Mendeleev insistió en que estas masas estaban equivocadas y debían volver a medirse, y en algunos casos resultó ser lo correcto. Solo quedan unas pocas discrepancias, pero el número atómico de Mozley se establece perfectamente en la tabla.

Casi al mismo tiempo, el físico danés Niels Bohr se dio cuenta de que la teoría cuántica determina la disposición de los electrones que rodean el núcleo, y que los electrones más distantes determinan las propiedades químicas de un elemento.

Arreglos similares de electrones externos seránRepita periódicamente, explicando los patrones que la tabla periódica reveló originalmente. Bohr creó su propia versión de la tabla en 1922, basada en mediciones experimentales de energía de electrones (junto con algunos consejos de ley periódica).

Tabla Bohr elementos añadidos abiertos desde 1869.años, pero fue el mismo orden periódico, abrir Mendeleev. Al no tener idea de la teoría cuántica, Mendeleev creó una tabla que refleja la arquitectura atómica dictada por la física cuántica.

La nueva mesa de Bora no fue ni la primera ni laLa última versión del diseño inicial de Mendeleev. Cientos de versiones de la tabla periódica se han desarrollado y publicado desde entonces. La forma moderna, en diseño horizontal, a diferencia de la versión vertical original de Mendeleev, se hizo muy popular solo después de la Segunda Guerra Mundial, gracias en gran parte al trabajo del químico estadounidense Glenn Seaborg.

Seaborg y sus colegas han creado varios nuevosElementos sintéticamente, con números atómicos después del uranio, el último elemento natural en la tabla. Seaborg vio que estos elementos, transuránicos (más los tres elementos que precedían al uranio), requerían una nueva fila en la tabla que Mendeleev no había previsto. La tabla de Seaborg agregó una fila para esos elementos bajo una serie similar de elementos de tierras raras que tampoco tenían lugar en la tabla.

La contribución de Seaborg en química le dio el honor de nombrarelemento propio - siborgiy con el número 106. Este es uno de varios elementos que llevan el nombre de científicos famosos. Y en esta lista, por supuesto, hay un elemento 101, abierto por Seaborg y sus colegas en 1955 y llamado Mendelevy, en honor al químico, quien, sobre todo, merecía un lugar en la tabla periódica.

Ven a nuestro servicio de noticias si quieres más historias similares.